入河排污口設(shè)置論證中有支流匯入時(shí)污染物擴(kuò)散情況分析

蔡惠軍，侯 珺

（長(zhǎng)江上游水文水資源勘測(cè)局,四川 宜賓 644007）

1 引言

依照長(zhǎng)江流域綜合利用規(guī)劃和水資源保護(hù)規(guī)劃的要求,遵循合理開(kāi)發(fā)、節(jié)約使用、有效保護(hù)原則,分析排污口相關(guān)資料,論證排污口設(shè)置對(duì)水功能區(qū)水質(zhì)、水生生物和第三者權(quán)益的影響,及區(qū)域污染物削減措施效果；根據(jù)受納水體納污能力,排污總量控制、水生態(tài)保護(hù)等要求,對(duì)排污口設(shè)置合理性進(jìn)行分析論證,優(yōu)化排污口設(shè)置方案,并提出相應(yīng)水資源保護(hù)措施。

2 論證范圍

論證范圍為受排污口影響的主要水域和影響范圍內(nèi)的第三方取、用水戶(hù)。

論證工作基本單元為水功能區(qū),其中,排污口所在水功能區(qū)和可能受到影響的周邊水功能區(qū),為論證重點(diǎn)區(qū)域；涉及魚(yú)類(lèi)產(chǎn)卵水域等生態(tài)敏感點(diǎn)的,論證范圍可不限于上述水功能區(qū)。未劃分水功能區(qū)的水域,影響范圍內(nèi)的水域均需納入論證范圍。

3 分析方法

3.1 排污方式

排污口排污量較大時(shí),應(yīng)單獨(dú)劃分處理。

其他排污口,可適當(dāng)簡(jiǎn)化。

（1）若排污口間距較近,可將多個(gè)排污口簡(jiǎn)化為一個(gè)。

概化后排污口位置的計(jì)算：

式中：X集為簡(jiǎn)化排污口到功能區(qū)下斷面或控制斷面的距離；Qi為第i個(gè)排污口（或支流匯入口）的水量；xi為第i個(gè)排污口（或支流匯入口）到功能區(qū)下斷面的距離；Ci為第i個(gè)排污口（或支流匯入口）的污染物濃度。

（2）間距較遠(yuǎn)且排污量相對(duì)小的分散排污口,可作為非點(diǎn)源污染,僅對(duì)水質(zhì)本底值造成影響,不納入排污口優(yōu)化分配計(jì)算。

3.2 數(shù)學(xué)分析模型的建立

污染物以岸邊排放方式進(jìn)入水體后,沿豎直、水平和垂直方向輸移擴(kuò)散,在近岸水域形成一定寬度污染帶。在寬深比較大的江流中,垂向擴(kuò)散時(shí)間較短,濃度分布均勻。

一般參照《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》中河流模型對(duì)污染物的影響范圍,采用零維或一維水質(zhì)模型計(jì)算。

論證河段劃分為3種：Q≥150 m3/s的為大型河段；15 m3/s＜Q＜150 m3/s的為中型河段；Q≤15 m3/s的為小型河段。

3.2.1 河流零維模型

（1）適用條件

零維模式也稱(chēng)完全混合模式,通常只考慮濃度達(dá)穩(wěn)定后的穩(wěn)態(tài)解。常用于河流模擬中單元內(nèi)部計(jì)算,不單獨(dú)使用。

（2）采用公式

1）混勻濃度計(jì)算采用下列公式：

式中：Co為污染物混勻濃度,mg/L；Qp為廢污水污染物濃度,mg/L；CQ為初始斷面污染物濃度,mg/L；Qp為廢污水排放流量,m3/s；Q為初始斷面入流流量,m3/s。

2）混勻長(zhǎng)度計(jì)算公式：

式中：L為達(dá)到充分混合斷面長(zhǎng)度,m；B為河流寬度,m；a為排放口到近水岸邊的距離,m；本項(xiàng)目a=0。H為平均水深,m；u為河流平均流速,m/s；g為重力加速度,9.8 m/s3；I為河流底坡,‰。

3.2.2 河流一維模型

（1）適用條件

一維模型用于均勻穩(wěn)定流場(chǎng)單點(diǎn)源排放計(jì)算。若源強(qiáng)恒定,可得一個(gè)穩(wěn)定解；若源強(qiáng)為瞬時(shí)排放,或以恒定速度排放一個(gè)時(shí)段,可得不同時(shí)刻的動(dòng)態(tài)分布解。若源強(qiáng)為不均勻持續(xù)排放,或不同河段降解系數(shù)不同,則須使用數(shù)值解。

（2）采用公式

若不考慮彌散作用（如S-P模型）,則：

式中：x/ux可簡(jiǎn)化為t,即河水流到x處所需時(shí)間；x為預(yù)測(cè)點(diǎn)到排放口距離,m；c為預(yù)測(cè)點(diǎn)（x）處污染物濃度,mg/L；c0為排放口處污水、河水混勻后污染物濃度（不含本底值）,mg/L；ux為河流流速,m/s；Mx為河流縱向混合（彌散）系數(shù),m2/s；ch為河流中污染物本底濃度,mg/L；K為河流中污染物降解速率,1/d。

上式中,未疊加河流本底濃度。若需考慮本底濃度,則按不擴(kuò)散、只降解原則,將與以上計(jì)算結(jié)果疊加。

3.3 計(jì)算條件和參數(shù)

（1）水文條件

河道中的水質(zhì)問(wèn)題常出現(xiàn)在枯水季節(jié)。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外通常采用枯水期90%保證率最小月平均流量或近10 年河流最枯月平均流量作為設(shè)計(jì)流量。若論證河段內(nèi)有水利工程控制,可用水利工程最小下泄流量或河道內(nèi)生態(tài)基流作為設(shè)計(jì)流量。

（2）綜合降解系數(shù)K的取值

污染物綜合降解系數(shù)確定方法有：分析借用法、實(shí)測(cè)法、經(jīng)驗(yàn)公式法等。

本文實(shí)例分析中采用分析借用法來(lái)確定K值。

分析借用法是分析借用計(jì)算水域過(guò)往工作和研究中的相關(guān)資料。無(wú)資料時(shí),可采用鄰近河流的水文氣象特征、污染物狀況及地理等相似資料。

（3）本底濃度

參考上游水環(huán)境功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值,以對(duì)應(yīng)國(guó)家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上限值為本底濃度。對(duì)于跨界水環(huán)境功能區(qū)的本底濃度界定,需同時(shí)結(jié)合國(guó)家和?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）政府部門(mén)規(guī)定的出、入境斷面水質(zhì)濃度限值。

3.4 有較大支流匯入時(shí)分析方法

根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》,有較大支流匯入時(shí),以匯入斷面為節(jié)點(diǎn),將支流概化為獨(dú)立排污口,分段計(jì)算納污能力,不納入排污口優(yōu)化分配。

如河段內(nèi)無(wú)其他取排口且僅有一條較大支流匯入,可將河段分為2 段,3 個(gè)節(jié)點(diǎn),依次為1、2、3,見(jiàn)圖1。由于支流匯入,不同河段應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用零維和一維模型計(jì)算。

圖1 有支流匯入的河段示意圖

在河段2 內(nèi)進(jìn)行計(jì)算時(shí),污染物排放流量為上游河段設(shè)計(jì)流量；污染物排放濃度為支流匯合口斷面處的污染物濃度與上游河段污染物擴(kuò)散到節(jié)點(diǎn)2 處濃度的疊加。

圖中：Cp為排放廢污水污染物濃度, mg/L;Qp為廢污水排放流量, m3/s ;CQ1為起始斷面污染物濃度, mg/L;Q1為起始斷面入流流量, m3/s；L1為河段1 內(nèi)污染物混勻長(zhǎng)度,m；C01為河段1 內(nèi)污染物混勻濃度,mg/L;Q1-1為節(jié)點(diǎn)1 處河流流量,即河段1 的設(shè)計(jì)流量,m3/s;CQ2為入節(jié)點(diǎn)2 處污染物濃度,mg/L;Q2為入節(jié)點(diǎn)2 處河流流量, m3/s；CQ支為支流匯合口處斷面的污染物濃度,mg/L;Q支為支流匯合口出斷面入流流量,即支流設(shè)計(jì)流量,m3/s；Q3為出節(jié)點(diǎn)2 處河流流量,即河段2 的河流流量,m3/s；CQ3為出節(jié)點(diǎn)2 處污染物濃度,mg/L;L2為河段2 的污染物混勻長(zhǎng)度,m；C02文河段2 內(nèi)污染物混勻濃度,mg/L;C3為節(jié)點(diǎn)3 處污染物濃度,mg/L;K1、K2分別為河段1、河段2 的污染物綜合衰減系數(shù),d-1。

分析可知：

（1）節(jié)點(diǎn)1 處河流設(shè)計(jì)流量為初始斷面入流流量與廢污水排放流量的疊加,即Q1-1=Q2=Qp+Q1；

（2）節(jié)點(diǎn)2 處出流流量為節(jié)點(diǎn)2 處入流流量（河段1 的設(shè)計(jì)流量）與支流匯合口斷面處支流設(shè)計(jì)流量的疊加,即Q3=Q2+Q支；

（3）C01、C02、L1、L2均可通過(guò)零維模型計(jì)算；

（4）CQ2、C3可由一維模型計(jì)算。

3.5 實(shí)例分析

以四川騰龍酒業(yè)釀造有限公司（籟棚廠(chǎng)區(qū)）排污口設(shè)置論證為例,在不考慮河段本底濃度基礎(chǔ)上,以CODcr、NH3-N、TP為指標(biāo),分析有支流匯入時(shí)污染物的擴(kuò)散情況。

廠(chǎng)區(qū)排污口位于長(zhǎng)江一級(jí)支流南廣河上,為已建工業(yè)排污口,排放方式為連續(xù)排放。排污口下游約2.2 km有宋江河匯入,見(jiàn)圖2,論證河段長(zhǎng)10.9 km。

圖2 論證河段示意圖

3.5.1 參數(shù)的選取

（1）水文特性

1）論證河段南廣河、宋江河的多年平均流量均小于150 m3/s,可看作中小型河段。

2）河段內(nèi)河道糙率取值0.045；河段內(nèi)平均比降分別為0.733‰、0.532‰。

3） 河段1 的Q1為6.5 m3/s ；廠(chǎng)區(qū)廢水排放流量為0.023 m3/s,僅為Q1的0.35%,可忽略不計(jì),即河段1 的Q2采用初始斷面入流流量6.5 m3/s。

4）宋江河匯合口斷面處入流流量為0.6 m3/s,即河段2的Q3為7.1 m3/s。

（2）K的取值

對(duì)各河段COD、氨氮資料進(jìn)行分析,得到K與河段流域的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系為：KCOD=0.050+0.68、KNH3-N=0.061+0.551。

KTP的取值根據(jù)《長(zhǎng)江宜賓段總磷的遷移轉(zhuǎn)化特征分析》,選取水利特性、污染狀況以及地形地貌相似河段作為參考。

最終確定論證河段K的取值見(jiàn)表1。

表1 渭河中游城市段堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)參數(shù)表

（3）本底濃度的取值

論證河段所在水功能區(qū)為南廣河珙縣、宜賓保留區(qū),水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類(lèi)。

河段初始入流斷面污染物濃度分別為：CODcr為9.8 mg/L、NH3-N為0.28 mg/L、TP為0.03 mg/L。

綜上,論證河段本底濃度取值為初始斷面污染物濃度值。

（4）排污方式的選取

宋江河匯合口距廠(chǎng)區(qū)排污口約2.2 km,且宋江河多年平均流量為9.53 m3/s,可將宋江河概化為獨(dú)立排污口,不納入排污口優(yōu)化分配計(jì)算。

3.5.2 計(jì)算結(jié)果

（1）污染物混均濃度及長(zhǎng)度預(yù)測(cè)

根據(jù)廢水排放強(qiáng)度和相關(guān)參數(shù),采用河流零維模型計(jì)算,結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 各河段污染物混均濃度及長(zhǎng)度

經(jīng)零維模型計(jì)算分析,同一河段污染物混合長(zhǎng)度是一致的,污染物混勻濃度均能滿(mǎn)足所在河段水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)值。

（2）各節(jié)點(diǎn)處污染物濃度及流量

表3 論證河段內(nèi)各節(jié)點(diǎn)污染物濃度及對(duì)應(yīng)流量

經(jīng)一維模型計(jì)算分析可知,在河段1 內(nèi),入河污染物濃度基本可降解至本底值；但有較大支流匯入時(shí),TP在節(jié)點(diǎn)3處剛好降解至本底值,污染物擴(kuò)散距離較大,影響河流水質(zhì)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）入河排污口設(shè)置論證是應(yīng)對(duì)排污口設(shè)置混亂、布設(shè)不合理以及污染物不達(dá)標(biāo)排放等問(wèn)題的有效途徑,是論證入河排污口設(shè)置可行性、合理性的重要依據(jù)。

（2）本文分析了有較大支流匯入時(shí),應(yīng)根據(jù)支流匯合口與排污口的間距以及匯合口斷面處污染物量,選取不同的方式進(jìn)行概化。若將論證河段分為2 段時(shí),在河段2 內(nèi)進(jìn)污染物排放流量為上游河段的設(shè)計(jì)流量；污染物的排放濃度為支流匯合口斷面處的污染物濃度與上游河段污染物擴(kuò)散到節(jié)點(diǎn)2處的濃度的疊加。

（3）經(jīng)零維模型計(jì)算分析可知,相同河段的污染物混合長(zhǎng)度是一致的。

（4）經(jīng)一維模型計(jì)算分析可知,在河段1 內(nèi),入河污染物的濃度基本可以降解到本底值；但有較大支流匯入時(shí),TP在節(jié)點(diǎn)3 處（10.9 km）剛好降解到本底值。不考慮支流匯入時(shí),TP的擴(kuò)散距離為8.5 km,小于有支流匯入時(shí)的擴(kuò)散距離。

4.2 建議

（1）在進(jìn)行入河排污口設(shè)置論證時(shí),我們應(yīng)根據(jù)《入河排污口監(jiān)督管理辦法》相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、規(guī)程,嚴(yán)格按照論證基本程序進(jìn)行,實(shí)事求是。

（2）入河排污口的設(shè)置在滿(mǎn)足河段水功能區(qū)納污能力或水環(huán)境容量的前提下,應(yīng)盡量避免有支流匯入或其他取排口的河段。

（3）為保護(hù)水環(huán)境、保障水資源,建議在今后的入河排污口設(shè)置時(shí),提高污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)。