關(guān)于水環(huán)境質(zhì)量底線在地市級(jí)城市“三線一單”計(jì)算方法與過程探討

趙庚 翟濱 王蔭波

摘要：指出了“三線一單”中的一線為環(huán)境質(zhì)量底線，環(huán)境質(zhì)量底線又劃分為水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境質(zhì)量底線。對(duì)水環(huán)境質(zhì)量底線在地市級(jí)城市“三線一單”研究報(bào)告編制中的工作方式、計(jì)算要求等方面進(jìn)行了探討，以供有關(guān)專業(yè)人士參考。

關(guān)鍵詞：三線一單;水環(huán)境質(zhì)量底線;環(huán)境容量計(jì)算;污染源計(jì)算

中圖分類號(hào)：X321

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1674-9944（2020）14-0129-02

1?引言

“三線一單”中的三線為環(huán)境質(zhì)量的三個(gè)底線，即水環(huán)境、大氣環(huán)境、土壤環(huán)境質(zhì)量底線[1，5]。本文對(duì)水環(huán)境質(zhì)量底線在地市級(jí)城市“三線一單”研究報(bào)告編制中工作方式、計(jì)算要求等方面進(jìn)行說明，以供有關(guān)專業(yè)人士探討。

水環(huán)境質(zhì)量底線是以改善水環(huán)境質(zhì)量為核心，按照流域水文情勢(shì)、地質(zhì)地貌、土地利用并兼顧行政邊界及水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)的原則，將子流域匯水單元與鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政邊界和監(jiān)測(cè)斷面擬合，構(gòu)建具備“監(jiān)測(cè)斷面-控制河段-對(duì)應(yīng)陸域”水陸響應(yīng)關(guān)系的水環(huán)境控制單元，然后以控制單元為基礎(chǔ)，基于水環(huán)境傳輸本底特征，結(jié)合水質(zhì)狀況與功能，考慮水環(huán)境承載力、污染特征，識(shí)別水環(huán)境優(yōu)先保護(hù)單元、重點(diǎn)管控單元、一般管控單元，劃定水環(huán)境分區(qū)[2]。綜合提出基于水環(huán)境控制單元的質(zhì)量、總量、準(zhǔn)入及環(huán)境治理要求，實(shí)施“一張清單”的水環(huán)境系統(tǒng)管理。水環(huán)境質(zhì)量底線的確定是劃定管控單元和分區(qū)的基礎(chǔ)，是整個(gè)水環(huán)境系統(tǒng)管理的前提[5]。計(jì)算的數(shù)據(jù)資料來源必須真實(shí)可靠、計(jì)算方法過程必須科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，并充分考慮當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源、地形、經(jīng)濟(jì)等因素的影響。

具體來說分以下步驟：構(gòu)建控制單元-污染源清單建立-水質(zhì)目標(biāo)確定-水環(huán)境質(zhì)量底線容量計(jì)算和承載力評(píng)估。以下將詳細(xì)探討北方某地級(jí)市的水環(huán)境質(zhì)量底線計(jì)算過程。

2?控制單元構(gòu)建

根據(jù)水系傳輸規(guī)律、排污特征，考慮行政區(qū)劃、水功能區(qū)劃、水源保護(hù)區(qū)，以當(dāng)?shù)刎瀼芈鋵?shí)國家、省水污染防治行動(dòng)計(jì)劃劃分的8個(gè)控制單元作為基礎(chǔ)。

首先采用ArcGIS SWAT模塊通過Automatic Watershed Delineation模塊集結(jié)處理洼地填充、流向、匯流累積量及水系提取。添加實(shí)際水系以及流域邊界通過“burn-in”選項(xiàng)對(duì)實(shí)際河網(wǎng)所在柵格進(jìn)行“強(qiáng)迫”，增加?xùn)鸥駞R水能力，提取的水系基本符合實(shí)際水系。一般評(píng)價(jià)設(shè)置匯流累積量閾值為1500，即某個(gè)柵格的上游有1500個(gè)柵格的水流流經(jīng)這個(gè)柵格，則將這個(gè)柵格定義為河流[4]。柵格的分辨率為5 m×5 m，也就是說，如果某個(gè)柵格其上游的匯水面積超過3.75 hm2，則認(rèn)為是河流[6]。其次對(duì)控制斷面針對(duì)水域敏感性，在干流各城市下游、支流匯入干流前、跨界（區(qū)縣）水體、重要功能水體、河流源頭區(qū)、湖（庫）主要泄水口、城市建成區(qū)下游處均考慮設(shè)置控制斷面，并從已有的國控、省控、市控、縣控監(jiān)測(cè)斷面中選取后進(jìn)行優(yōu)化，以該市現(xiàn)有的35個(gè)監(jiān)測(cè)斷面為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考慮主要支流前的監(jiān)測(cè)斷面，控制斷面選取30個(gè)并分解全市8個(gè)控制單元。將8個(gè)控制單元內(nèi)各水文響應(yīng)單元與全市87個(gè)鎮(zhèn)行政邊界矢量圖層疊加，并把飲用水源地、濕地保護(hù)區(qū)、珍稀瀕危水生生物作為優(yōu)先保護(hù)單元，據(jù)此形成全市159個(gè)水環(huán)境管理控制單元（圖1）。

3?水污染源清單建立

3.1?生活污染源

根據(jù)全國污染源普查《城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》計(jì)算，計(jì)算數(shù)據(jù)來源為全市87個(gè)鎮(zhèn)（街道）城鎮(zhèn)人口和農(nóng)業(yè)人口分布特征及污水管網(wǎng)覆蓋率參數(shù)并根據(jù)土地利用特征細(xì)分至各管控單元，城市污水處理率按90%計(jì)，城鎮(zhèn)污水處理率按50%計(jì)。該市城區(qū)生活污水均納入污水處理廠統(tǒng)一處置，鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地建有小型污水處理設(shè)施或通過管網(wǎng)納入附近污水處理廠。農(nóng)村生活污水采用生物塘、氧化塘、小型污水處理設(shè)施、自然村組團(tuán)建設(shè)污水處理設(shè)施等多種方式，處理后的廢水多用于肥田。根據(jù)面源生活污水入河系數(shù)研究，面源入河量不到產(chǎn)生量的1/10，入河系數(shù)按0.1計(jì)算。具體計(jì)算時(shí)需綜合考慮各管控單元內(nèi)城鎮(zhèn)和農(nóng)村各自的人口密度、人均生活用水量、污水處理率、污染物入河系數(shù)、形成徑流的概率等因素，計(jì)算結(jié)果能反應(yīng)各流域個(gè)區(qū)域的部分指標(biāo)超標(biāo)的重要原因。

3.2?農(nóng)業(yè)面源

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院《全國水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》提供的農(nóng)田徑流流失系數(shù)，進(jìn)行區(qū)域內(nèi)種植業(yè)污染物計(jì)算。在計(jì)算中需根據(jù)各地的實(shí)際情況對(duì)土壤類型、坡度、農(nóng)作物類型、土壤類型、化肥施肥用量和降水量等各個(gè)參數(shù)進(jìn)行修正;農(nóng)業(yè)面源計(jì)算數(shù)據(jù)來源為土地利用現(xiàn)狀矢量文件并細(xì)化至各控制單元，利用GIS計(jì)算出各控制單元水田和旱田面積。農(nóng)業(yè)面源入河系數(shù)綜合多方文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)研，農(nóng)業(yè)面源入河系數(shù)取為0.1。建議區(qū)分豐水期和枯水期的差異化入河系數(shù)來提高計(jì)算精確度。

3.3?畜禽養(yǎng)殖源

畜禽養(yǎng)殖源計(jì)算數(shù)據(jù)來源為該市農(nóng)委提供的各鎮(zhèn)蛋禽、肉禽、豬年末存欄量或出欄量并細(xì)化至各管控單元，根據(jù)《全國污染源普查畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊(cè)》進(jìn)行計(jì)算總量，根據(jù)南京環(huán)境科學(xué)研究所對(duì)全國畜禽養(yǎng)殖污染入河的研究，結(jié)合北方該市的當(dāng)?shù)貙?shí)際情況后評(píng)估污染物入河系數(shù)不到9%，計(jì)算時(shí)取保守值0.1。

3.4?地表徑流源

地表徑流污染負(fù)荷計(jì)算采用單位負(fù)荷法，地表徑流源數(shù)據(jù)來源為該市土地利用現(xiàn)狀矢量文件。

3.5?污水處理廠源

目前該市共有21座集中污水處理廠，日處理廢水110.0萬t，污水處理廠主要集中在城市區(qū)域、縣城及各工業(yè)園區(qū)等，其中涉及工業(yè)廢水集中污水處理廠12座，生活污水集中污水處理廠9座。計(jì)算數(shù)據(jù)來源于各污水處理廠的在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過計(jì)算，該城市生活污水處理率達(dá)96.9%，建制鎮(zhèn)駐地基本實(shí)現(xiàn)了生活污水集中處理。

3.6?工業(yè)源

采用“二污普”資料，篩選直接排入水體的點(diǎn)源計(jì)算。對(duì)以上6種污染源清單建立后應(yīng)統(tǒng)計(jì)分析。如各個(gè)污染源對(duì)水環(huán)境污染貢獻(xiàn)占比等，分析后可以得出各類污染物的控制潛力順序，為下一步重點(diǎn)污染源、重點(diǎn)污染物的治理提供部分依據(jù)。

4?水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)確定

近期2020年的目標(biāo)是在當(dāng)?shù)刎瀼芈鋵?shí)“水污染防治行動(dòng)計(jì)劃”考核的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對(duì)重點(diǎn)管控單元加嚴(yán)要求;遠(yuǎn)期2035年的目標(biāo)是在水十條和當(dāng)?shù)貐^(qū)域生態(tài)環(huán)境戰(zhàn)略規(guī)劃的基礎(chǔ)上，對(duì)未來的水環(huán)境質(zhì)量改善作出的戰(zhàn)略安排。同時(shí)水環(huán)境質(zhì)量底線確定注重空間化，結(jié)果注重?cái)嗝婵煽己?、目?biāo)可達(dá)、具體可操作的特點(diǎn)。將水環(huán)境質(zhì)量底線的考核落實(shí)到例行監(jiān)測(cè)斷面。為此，該市提出了到2020年末，全市主要河流基本恢復(fù)水環(huán)境功能，全部消除V類水體，水質(zhì)優(yōu)良（達(dá)到Ⅲ類水以上）比例高于44%;到2025年，全市河流水質(zhì)全面達(dá)到功能區(qū)要求，主要飲用水源地全面達(dá)到Ⅲ水質(zhì)要求，水質(zhì)優(yōu)良比例高于50%;到2035年全市水環(huán)境質(zhì)量明顯提升，水生態(tài)系統(tǒng)功能全面恢復(fù)，水環(huán)境安全得到有效保障，水質(zhì)優(yōu)良比例高于75%的目標(biāo)。

5?水環(huán)境質(zhì)量底線的容量計(jì)算

基于“流域-河段-控制單元”，以環(huán)境質(zhì)量底線為要素，在給定水域范圍和水文條件，規(guī)定排污方式和水質(zhì)目標(biāo)的前提下，計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)該控制單元水域最大允許納污量，即為該控制單元水環(huán)境容量[3]。該市對(duì)水環(huán)境容量計(jì)算是根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程（GB/T 25173-2010）》（水利部）和《全國水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》（環(huán)境規(guī)劃院）中的計(jì)算要求、基本程序和方法，采用一維模型方法計(jì)算滿足水質(zhì)目標(biāo)要求下的環(huán)境容量。在計(jì)算時(shí)，建議充分考慮各控制單元內(nèi)的水域概化、控制點(diǎn)（邊界）的選擇、本底濃度、水文條件、降解系數(shù)等因素，還應(yīng)遵守從嚴(yán)原則，如水源地保護(hù)區(qū)不允許排污等因素[7]。

該市通過對(duì)水環(huán)境質(zhì)量底線的計(jì)算，以159個(gè)水控制單元為基礎(chǔ)，結(jié)合水質(zhì)污染現(xiàn)狀，考慮城鎮(zhèn)生活面源、農(nóng)村生活面源、農(nóng)業(yè)面源、畜禽養(yǎng)殖源、地表徑流源、工業(yè)集中污水處理廠源、生活集中污水處理廠源7類污染源對(duì)各相應(yīng)控制單元內(nèi)污染貢獻(xiàn)程度，明確各控制單元“污染現(xiàn)狀-7類污染源貢獻(xiàn)”，識(shí)別水環(huán)境質(zhì)量維護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域，并逐一明確管控要求，從而構(gòu)建分區(qū)管控體系。分區(qū)管控體系提出后，各分區(qū)落實(shí)到各控制單元，進(jìn)一步明確各控制單元各污染物的削減量，有效地實(shí)施“一張清單”的水環(huán)境系統(tǒng)管理。

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