廣州市白云區(qū)納污能力計(jì)算及限制排污總量控制方案研究

黃遠(yuǎn)征，趙吉國(guó)，胡 培

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635；2.河口水利技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510635；3.廣東省水動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510635)

1 研究背景

2011年，中央一號(hào)文件“中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定”明確提出，要實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度，建立用水總量控制、用水效率控制及水功能區(qū)限制納污“三項(xiàng)制度”并劃定相應(yīng)的“三條紅線”。針對(duì)水功能區(qū)限制納污紅線，一號(hào)文件提出，要按照水功能區(qū)目標(biāo)要求從嚴(yán)核定水域納污容量，嚴(yán)格控制入河湖排污總量。2015年4月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(即“水十條”)，將科學(xué)保護(hù)水資源作為重要任務(wù)，并明確提出完善水資源保護(hù)考核評(píng)價(jià)體系[1]。在此基礎(chǔ)上，廣東省印發(fā)了《廣東省水污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》，要求切實(shí)推進(jìn)廣東省水污染防治工作，深入實(shí)施綠色發(fā)展戰(zhàn)略，開創(chuàng)廣東省生態(tài)文明建設(shè)新局面[2]。

水污染是廣州面臨的最為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，近70%的河涌水系遭受到不同程度的污染[3]。而白云區(qū)又是廣州市內(nèi)水污染問題較為嚴(yán)重的區(qū)域。根據(jù)廣州市水務(wù)局公開文件，廣州市197條黑臭水體中，有35條位于白云區(qū)境內(nèi)，數(shù)量?jī)H次于番禺區(qū)。因此，本次選取白云區(qū)為對(duì)象，開展納污能力核定及限制排污總量控制研究，為統(tǒng)籌安排水資源的開發(fā)利用和保護(hù)，實(shí)現(xiàn)水資源和水生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，保證水資源的永續(xù)利用，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供積極助力。

2 白云區(qū)區(qū)域及水質(zhì)概況

白云區(qū)隸屬于廣東省廣州市，地處珠江三角洲北緣，地理坐標(biāo)介于東經(jīng)113°08′36″至113°34′52″、北緯23°07′03″至23°25′53″之間，全區(qū)面積約為795.79 km2。屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)環(huán)流盛行，陽(yáng)光充足，雨量充沛，多年平均降雨量約為1 676.16 mm。白云區(qū)境內(nèi)河流眾多，主要包括流溪河流域水系、白泥河流域水系及珠江西航道水系，均屬珠江水系。因受地勢(shì)影響，河流多為東北-西南流向。

本文選取白云區(qū)140條河流及35個(gè)水庫(kù)2018年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)(如表1所示)。結(jié)果顯示：白云區(qū)現(xiàn)狀水體水質(zhì)較差，140條河流中，現(xiàn)狀水質(zhì)達(dá)Ⅲ類的1條，僅占比0.71%；現(xiàn)狀水質(zhì)劣V類的河流數(shù)量為116條，占比為82.86%。主要超標(biāo)因子為氨氮及COD。35個(gè)水庫(kù)中，現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅲ類的1個(gè)，占比為2.86%；現(xiàn)狀水質(zhì)為劣Ⅴ類的水庫(kù)數(shù)量9個(gè)，占比為25.71%。主要超標(biāo)因子為氨氮。因此，結(jié)合白云區(qū)實(shí)際情況及《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》《關(guān)于開展全國(guó)重要江河湖泊水功能區(qū)納污能力核定和分階段限排總量控制方案制定工作的通知》[4]等要求，選擇氨氮及COD作為控制因子對(duì)白云區(qū)水體納污能力進(jìn)行計(jì)算。

表1 白云區(qū)水體(河流及水庫(kù))水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

3 納污能力計(jì)算

水域納污能力是指在設(shè)計(jì)水文條件下，滿足計(jì)算水域的水質(zhì)目標(biāo)要求時(shí)，該水域所能容納的某種污染物的最大數(shù)量。水域納污能力是制定水功能區(qū)限排方案的重要基礎(chǔ)及依據(jù)，其大小是河道污染物排放量及水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)之間動(dòng)態(tài)關(guān)系的反應(yīng)[5-7]。對(duì)于不同的水體，由于現(xiàn)狀水質(zhì)和水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)不同，采用不同的方法確定納污能力。

3.1 納污能力計(jì)算方法

1)一維衰減模型

根據(jù)白云區(qū)實(shí)際情況，采用一維衰減模型進(jìn)行河流納污能力計(jì)算：

C=C0·e-Kx/u

(1)

式中C0、C(x)分別為初始斷面、控制斷面污染物濃度，mg/L；K為綜合降解系數(shù)，1/s；u為河流斷面平均流速，m/s；x為排污口下游斷面距控制斷面縱向距離，m。

為簡(jiǎn)化計(jì)算，在一維衰減水質(zhì)模型中，將河段內(nèi)的多個(gè)排污口概化為一個(gè)集中的排污口，且將設(shè)置該排污口位置為河段中點(diǎn)處，即該集中點(diǎn)源的實(shí)際自凈長(zhǎng)度為河段長(zhǎng)的一半。若設(shè)河段長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則污染物自凈長(zhǎng)度為L(zhǎng)/2。假定污水量與河道流量相比忽略不計(jì)，則對(duì)于下游控制斷面，其污染物濃度為：

(2)

式中W為該計(jì)算河段污染物排放量，g/s；Qr為上游來水流量，m3/s。根據(jù)控制斷面處的水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)，對(duì)上式進(jìn)行反解，即可求出該河段的納污能力為：

W=(CS-C0exp(-kL/u))exp(kL/2u)Qr

(3)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2030年白云區(qū)河流納污能力COD為6 837.71 t/a，氨氮為248.55 t/a。

2)均勻衰減模型

選擇均勻混合模型對(duì)白云區(qū)水庫(kù)納污能力進(jìn)行計(jì)算：

(4)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2030年白云區(qū)水庫(kù)納污能力COD為1 227.95 t/a，氨氮為84.75 t/a。

3.2 參數(shù)率定

1)衰減系數(shù)K

衰減系數(shù)K是污染物在水體中衰減變化的速率，常與河流的水文條件、污染物特征等因素相關(guān)[8]。國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局華南環(huán)境科學(xué)研究所研究了珠江流域氨氮及COD的衰減規(guī)律，計(jì)算得到珠江流域氨氮衰減系數(shù)介于0.03～0.30 d-1之間，COD衰減系數(shù)介于0.07～0.60 d-1之間[9]?？紤]白云區(qū)現(xiàn)狀水體流動(dòng)性較差，水體中溶解氧含量較低、底泥污染較為嚴(yán)重，水體的吸附、降解能力不足等因素，白云區(qū)氨氮綜合衰減系數(shù)取值為0.03 d，COD綜合衰減系數(shù)取值為0.07 d。

2)設(shè)計(jì)流速

根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》，計(jì)算河流水域納污能力，應(yīng)采用90%保證率最枯月平均流量或近10 a最枯月平均流量作為設(shè)計(jì)流量。白云區(qū)范圍內(nèi)沒有控制性水文站點(diǎn)，因此，選用牛心嶺站、廣州蒸發(fā)站2個(gè)常規(guī)雨量站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，推算得到白云區(qū)90%保證率最枯月流量。

3.3 納污能力計(jì)算結(jié)果

以白云區(qū)各水體所在的水功能區(qū)劃2030年水質(zhì)目標(biāo)為該水體水質(zhì)目標(biāo)，計(jì)算得到白云區(qū)2030年水域納污能力。2030年白云區(qū)河流水功能納污能力COD為6 837.71 t/a，氨氮為248.55 t/a；水庫(kù)水功能區(qū)納污能力COD為1 227.95 t/a，氨氮為84.75 t/a(見表2)。

表2 白云區(qū)水體納污能力 t/a

4 限制排污總量控制方案

4.1 限排總量控制原則

由水域的納污能力和污染物入河量，綜合考慮河流、水庫(kù)的水質(zhì)狀況、當(dāng)?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟(jì)條件和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，確定污染物進(jìn)入庫(kù)水體的最大數(shù)量，稱為污染物入河(庫(kù))控制量[10]。本著維持并逐步改善水域水質(zhì)的要求，白云區(qū)水域限制排污總量主要控制原則如下：① 當(dāng)水域污染入河量小于水域納污能力時(shí)，取水域污染物入河量作為水域限排控制量；② 當(dāng)水域污染物入河量大于水域納污能力時(shí)，以計(jì)算的納污能力作為水域限排控制總量。

4.2 污染物入河量分析

白云區(qū)污染源主要包括點(diǎn)源污染與面源污染，其中，點(diǎn)源污染主要來自工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)集中生活污水、分散式生活退水，其主要排入對(duì)象為白云區(qū)各河流；面源污染主要包括農(nóng)業(yè)徑流等，其主要排入對(duì)象為就近各水體(含河流及水庫(kù))。根據(jù)白云區(qū)實(shí)際情況，分別從生活、工業(yè)、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種植等方面，對(duì)污染物入河量進(jìn)行分析計(jì)算。其中，生活污染源部分，按照城鎮(zhèn)污水處理率計(jì)算進(jìn)入污水處理廠的污水量，并參考《全國(guó)水環(huán)境容量核定基數(shù)指南》，污水處理廠入河系數(shù)取值1.0。對(duì)于農(nóng)村生活污水，考慮白云區(qū)農(nóng)村生活污水處理工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不高、運(yùn)行效率較低等實(shí)際情況，入河系數(shù)取值0.5；工業(yè)污染源入河系數(shù)取值1.0；畜禽養(yǎng)殖污染源部分，使用國(guó)家環(huán)?？偩滞扑]的排泄系數(shù)、排泄量及入河系數(shù)進(jìn)行計(jì)算[11]；農(nóng)業(yè)種植污染源部分，參考《全國(guó)水環(huán)境容量核定基數(shù)指南》中相關(guān)系數(shù)及《廣州市流溪河流域水功能區(qū)納污能力核定及限制排污總量控制方案》中確定的入河系數(shù)進(jìn)行計(jì)算[12]。白云區(qū)污染源入河量計(jì)算結(jié)果見表3。

4.3 計(jì)算結(jié)果

在對(duì)白云區(qū)污染物入河量進(jìn)行計(jì)算及分配的基礎(chǔ)上，結(jié)合3.3節(jié)的計(jì)算結(jié)果及4.1節(jié)相關(guān)原則，對(duì)白云區(qū)水域污染物入河(庫(kù))控制量及削減量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表4所示。

表3 白云區(qū)污染物入河量 t/a

表4 白云區(qū)污染物入河(庫(kù))控制量及削減量 t/a

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

1)采用一維衰減模型核算了白云區(qū)各河流的納污能力。2030年白云區(qū)河流COD納污能力為6 837.71 t/a，氨氮納污能力為2 485.5 t/a。采用均勻衰減模型核算了白云區(qū)各水庫(kù)的納污能力。2030年白云區(qū)水庫(kù)COD納污能力為1 227.95 t/a，氨氮納污能力為 84.75 t/a。

2)現(xiàn)狀白云區(qū)河流水質(zhì)整體水質(zhì)較差，劣Ⅴ類河流數(shù)量仍較多。水庫(kù)水質(zhì)較河流好，但大部分也存在較大污染。從污染源入河量來看，白云區(qū)現(xiàn)狀入河量貢獻(xiàn)最大的為生活污染，生活污染對(duì)COD及氨氮的貢獻(xiàn)率均在65%左右；其次為工業(yè)污染和農(nóng)業(yè)種植污染。

3)2030年白云區(qū)限制排污總量控制方案為：河流COD限制排污總量為6 837.71 t/a，其入河削減量需達(dá)155 968.68 t/a；氨氮納污能力為2 485.5 t/a，其入河削減量需達(dá)到2 424.30 t/a。水庫(kù)COD納污能力為1 227.95 t/a，其入庫(kù)削減量需達(dá)24.52 t/a；氨氮納污能力為84.75 t/a，其入庫(kù)削減量需達(dá)14.28 t/a。

5.2 建議

1)建立治水治污網(wǎng)格管理機(jī)制。在全區(qū)3 066個(gè)網(wǎng)格設(shè)置治水治污網(wǎng)格員，形成以流域?yàn)轶w系、網(wǎng)格為單元，橫向到邊、縱向到底，全覆蓋、無盲區(qū)的治水網(wǎng)格體系。以河長(zhǎng)辦工作為抓手，全面加強(qiáng)對(duì)區(qū)域內(nèi)存在污染問題的排查及整治。

2)持續(xù)加強(qiáng)水污染源頭整治。按照“三個(gè)一批”要求，深入開展“散亂污”場(chǎng)所整治；以河涌藍(lán)線范圍為界限，全面拆除沿河違法建筑物；按照“一口一策”的原則，深入實(shí)施河涌排水口整治，對(duì)每個(gè)排水口逐一溯源確定溢流原因，有針對(duì)性的進(jìn)行分流、接駁；完善、壓縮站雨污分流設(shè)施和功能，確保壓縮站匯水面積內(nèi)的雨水與壓縮車間垃圾污水和沖洗分流。

3)建立健全水域納污紅線管理問責(zé)體系，完善水域監(jiān)測(cè)體系，并建立流域水資源保護(hù)和水污染防治協(xié)調(diào)機(jī)制，建立水域限制納污紅線管理制度。明確各街道政府作為本轄區(qū)納污紅線管理指標(biāo)落實(shí)的責(zé)任主體，落實(shí)納污紅線管理作為綜合評(píng)價(jià)和相關(guān)職能部門業(yè)績(jī)考核的重要內(nèi)容。