漢江干流洋縣段水功能區(qū)納污能力分析計算

曹苗苗，夏煥清，柴 娟

（1.漢中水文水資源勘測中心,陜西 漢中 723000；2.咸陽水文水資源勘測中心,陜西 咸陽 712000；3. 陜西省地下水保護與監(jiān)測中心, 陜西 西安 710003）

水功能區(qū)納污能力指對確定的水功能區(qū),在滿足水域功能要求的前提下,按給定的水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)值、設(shè)計水量、排污口位置及排污方式,功能區(qū)水體所能容納的最大污染物量,通常以t/a表示。

漢江干流洋縣段水功能區(qū)納污能力分析計算是實施洋縣境內(nèi)漢江干流水污染總量控制的依據(jù)。對影響洋縣境內(nèi)漢江干流水功能區(qū)水資源質(zhì)量和供水安全的入漢點污染源進行調(diào)查分析,以水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)為控制原則,根據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)境設(shè)計水量要求,分析確定設(shè)計流量（水量）、計算斷面（點）水質(zhì)目標(biāo)及控制參數(shù),選擇合適的水質(zhì)模型,分析計算核定各功能區(qū)的主要污染物化學(xué)需氧量和氨氮的納污能力,提出確保漢江干流水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo)的限制排污總量意見。

1 水功能區(qū)劃分及水質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)《陜西省水功能區(qū)劃》2004 ,漢江干流洋縣段一級水功能區(qū)劃分為3 個,分別為洋縣保留區(qū)、洋縣開發(fā)利用區(qū)、石泉、紫陽保留區(qū),開發(fā)利用區(qū)劃分為2 個二級水功能區(qū),分別為洋縣城關(guān)工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)和洋縣漁業(yè)用水區(qū)。

根據(jù)陜西省水環(huán)境監(jiān)測中心漢中分中心2017 年~2020 年對漢江干流洋縣段三合、洋縣、王家臺、東村監(jiān)測斷面每月進行監(jiān)測,及漢中市生態(tài)環(huán)境局對洋縣西鄉(xiāng)交界斷面監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果進行單指標(biāo)法評價,水質(zhì)較好,各項指標(biāo)均達《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838 -2002）Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)限值,各斷面均達到或優(yōu)于水功能區(qū)劃目標(biāo)水質(zhì)。

洋縣水功能區(qū)劃分及水質(zhì)現(xiàn)狀見表1。洋縣水功能區(qū)劃見圖1。

圖1 洋縣水功能區(qū)劃圖

表1 洋縣水功能區(qū)劃分及水質(zhì)現(xiàn)狀表

2 水功能區(qū)納污現(xiàn)狀

據(jù)洋縣第二次全國污染源普查入河（湖）排污口清查統(tǒng)計,洋縣境內(nèi)漢江干流共有入河排污口18 個,其中規(guī)模以上2 個,有計量設(shè)施的6 個。根據(jù)入河排污口排入水體所在水功能區(qū)進行統(tǒng)計匯總,水功能區(qū)現(xiàn)狀納污情況見表2,入河排污口分布圖見圖2。

表2 漢江干流洋縣段水功能區(qū)現(xiàn)狀納污量

圖2 洋縣入河排污口分布圖

3 納污能力計算設(shè)計條件

（1）初始斷面背景濃度（Co）

各水功能區(qū)主要控制斷面初始斷面背景濃度采用陜西省水環(huán)境監(jiān)測中心漢中分中心2017 年~2020 年枯水期（12 月~次年3 月）斷面監(jiān)測的平均值,水功能區(qū)初始斷面背景濃度是根據(jù)實際情況,參照主要控制斷面背景濃度及補充監(jiān)測斷面采用。

（2）水質(zhì)目標(biāo)（Cs）

本水功能區(qū)水質(zhì)達標(biāo),不會影響下一級水功能區(qū)水質(zhì),因此保留區(qū)目標(biāo)水質(zhì)取所在的水功能區(qū)的目標(biāo)水質(zhì),即Cs的取值為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838 -2002）規(guī)定的Ⅱ類水中COD的濃度限值15 mg/L、NH3-N的濃度限值0.5 mg/L。開發(fā)利用區(qū)目標(biāo)水質(zhì)取所在的水功能區(qū)的目標(biāo)水質(zhì),即Cs的取值為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838 -2002）規(guī)定的Ⅲ類水中COD的濃度限值20 mg/L、NH3-N的濃度限值1.0 mg/L。

（3）設(shè)計水文條件確定

①設(shè)計流量

根據(jù)《水域納污能力計算規(guī)程》（GB/T 25173 -2010）的規(guī)定,采用90%保證率最枯月平均流量或最近10 年最枯月平均流量作為設(shè)計流量。

漢江干流洋縣段上設(shè)有洋縣水文站,采用水文站1971 年~2020 年（共51 年）實測最枯月流量,根據(jù)P-Ⅲ型曲線計算90%保證率最枯月平均流量作為設(shè)計流量,推求主要控制斷面90%保證率最枯月平均流量。根據(jù)P-Ⅲ型曲線計算得洋縣水文站斷面90%保證率最枯月平均流量為17.4 m3/s。洋縣水文站1971 年~2020 年月最枯流量頻率曲線圖見圖3。

圖3 洋縣水文站1971年~2020年月最枯流量頻率曲線

②設(shè)計流速μ

本次根據(jù)洋縣水文站2018 年～2020 年實測流量資料分別繪制了流量-流速關(guān)系綜合曲線（圖4）,考慮到洋縣境內(nèi)漢江水系河道河寬、河流走向、斷面形狀及比降等特征均比較接近,因此可供本次確定設(shè)計流速參考。

圖4 洋縣水文站流量-流速綜合曲線

洋縣水文站斷面實測90%保證率最枯月平均流量為17.4 m3/s,查圖得斷面平均流速μ為0.37 m/s。

（4）綜合衰減系數(shù)K的確定

參考《陜西省水資源保護規(guī)劃》《陜西省國家重要江河水功能區(qū)納污能力核定河分階段限排總量控制方案報告》等已有納污能力計算成果中漢江流域降解系數(shù)（K值）,結(jié)合本項目所在水域管理目標(biāo)及水質(zhì)現(xiàn)狀,確定本論證河段漢江水系保留區(qū)的COD綜合衰減系數(shù)Kc=0.20 /d, NH3-N綜合衰減系數(shù)Kn=0.18 /d；開發(fā)利用區(qū)的COD綜合衰減系數(shù)Kc=0.18 /d, NH3-N綜合衰減系數(shù)Kn=0.15 /d。

（5）納污能力計算模型

根據(jù)《水域納污能力計算規(guī)程》（GB/T 25173 -2010）規(guī)定及本區(qū)域所處漢江河段的情況,采用河流的均勻混合一維水質(zhì)模型進行污染物濃度沿程變化預(yù)測,并計算污染物對水域影響范圍。

1）河段的污染物濃度按式（1）計算：

式中：C0為初始斷面的污染物濃度,mg/L；Cx為流經(jīng)x距離后的污染物濃度,mg/L；x為沿河段的縱向距離,m；u為設(shè)計流量河道斷面的平均流速,m/s；k為污染物綜合衰減系數(shù),1/s；其余符號意義同前。

2）相應(yīng)的水域納污能力按式（2）計算：

式中：M為水域納污能力,kg/s；Qp為廢污水排放流量,m3/s；Q為初始斷面的入流流量,m3/s；Cs為水質(zhì)目標(biāo)濃度值,mg/L；其余符號意義同前。

（c）當(dāng)入河排污口位于計算河段的中部時（x=L/2即）,水功能區(qū)下斷面的染物濃度及其相應(yīng)的水域納污能力分別按（3）和式（4）計算：

式中：m為污染物入河速率, g/s；Cx=L為水功能區(qū)下斷面的染物濃度,mg/L；L為計算河段長度,m；其余符號意義同前。

水功能區(qū)河段水流流程因為排污條件和河道水利工程分布復(fù)雜性的影響,統(tǒng)一采用河段中點作為排污和取水位置,即有效河段綜合自凈衰減流程為水功能區(qū)計算河段長度之半。

4 納污能力計算結(jié)果

各水功能區(qū)納污能力計算成果見表3。結(jié)果表明,漢江干流洋縣段各水功能區(qū)由于河流徑流量較大,納污能力較大,均大于水功能區(qū)現(xiàn)狀污染物入河量,但也應(yīng)強化污染治理,保障漢江水環(huán)境,維持功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)。

表3 水域納污能力計算成果表

5 限制排污總量意見

依據(jù)水資源質(zhì)量狀況和生態(tài)環(huán)境的實際情況，以水環(huán)境質(zhì)量不斷改善為遠景目標(biāo)，當(dāng)納污能力大于污染物入河量時，擬定污染物入河控制量以納污能力為限。對于納污能力小于污染物入河量的水功能區(qū)，即污染物已經(jīng)超過環(huán)境目標(biāo)和水質(zhì)已被明顯污染的水功能區(qū)，污染物入河控制量應(yīng)小于納污能力為宜。

洋縣各水功能區(qū)不存在超水質(zhì)管理目標(biāo)情況，不存在納污能力小于污染物入河量的水功能區(qū)，即不需要進行污染物消減計算和污染物流域處理量計算。擬定污染物入河控制量以納污能力為限。水功能區(qū)控制限排量見表4。

表4 水功能區(qū)控制限排量表

6 建議

（1）根據(jù)《水域納污能力計算規(guī)程》（GB/T 25173-2010）的規(guī)定,應(yīng)采用90%保證率最枯月平均流量或最近10 年最枯月平均流量作為設(shè)計流量。因為漢江干流洋縣段設(shè)有洋縣水文站,且具有從建站1971 年~2020 年實測連續(xù)系列資料,因此認(rèn)為采用90%保證率最枯月平均流量作為設(shè)計流量最為適宜。

（2）漢江干流洋縣段水質(zhì)通過陜西省水環(huán)境監(jiān)測中心漢中分中心每月實際監(jiān)測,水質(zhì)一直滿足水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo),因此確定以90%保證率最枯月流量作為設(shè)計流量計算的納污能力作為控制排污總量。