松滋市水功能區(qū)納污能力核算與分析

摘要：結(jié)合湖北省松滋市水功能區(qū)劃成果、現(xiàn)狀水質(zhì)情況、點源面源污染源類型及排污口特征，分別采用河流水功能區(qū)納污能力零維、一維水質(zhì)模型，核算與分析松滋市水功能區(qū)納污能力。相關研究成果可為松滋市河湖長制的實施及水污染防治工作的開展提供一定的參考。

關鍵詞：水功能區(qū)；水質(zhì)達標率；納污能力；一維模型

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）10-0-03

59

Accounting and Analysis of Pollution Holding Capacity of Water Function of Songzi City

TANG Jun1， YANG Fan2， CHEN Kun1， ZHOU Dong2

（1. Jingzhou Hydrological and Water Resources Survey Bureau， Jingzhou 434000， China;

2. Bureau of Hydrology and Water Resources Survey of Xianning City， Hubei Province， Xianning 437100， China）

Abstract： Based on the results of the water functional zoning， the current water quality situation， the types of point source and non-point source pollution sources， and the characteristics of sewage outlets of Songzi city， Hubei province， zero dimensional and one-dimensional water quality models of river water functional zones were used to calculate and analyze the pollutant carrying capacity of Songzi city’s water functional zones. The relevant research results can provide certain reference for the implementation of the river and lake chief system and the development of water pollution prevention and control work in Songzi city.

Keywords： water function zone ; water quality compliance rate ; pollution holding capacity; one-dimensional model

水功能區(qū)納污能力是指在滿足水域功能要求的大前提下，并在給定的設計基礎水文條件、水功能區(qū)水質(zhì)目標、入河排污口位置及排污方式的情形下，水功能區(qū)水體所能容納的最大污染物量。《水域納污能力計算規(guī)程》（GB/T 25173—2010）是目前納污能力計算方面最權(quán)威的專業(yè)規(guī)程，在全國范圍內(nèi)得到了廣泛的運用，但由于各地區(qū)水域特征不同，規(guī)程不能指導全國所有水域條件下的納污能力計算。因此，國內(nèi)學者進行了多方面研究[1-3]。本次松滋市納污能力核算，結(jié)合全國水利普查成果和近些年湖北省水環(huán)境監(jiān)測中心荊州分中心對松滋市排污口的調(diào)查、監(jiān)控數(shù)據(jù)，最終選取化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮、總磷作為污染物控制指標，在設計水文條件下（應采用90%保證率最枯月平均流量），采取零維、一維水質(zhì)模型計算松滋市水功能區(qū)的納污能力。

1 水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀及污染物入河量

1.1 水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀

松滋市13個主要河流水功能區(qū)共有13個水質(zhì)監(jiān)測斷面，湖北省水環(huán)境監(jiān)測中心荊州分中心在水功能區(qū)布設了水質(zhì)監(jiān)測斷面并進行了多年的周期性監(jiān)測，監(jiān)測頻次為每年6次，監(jiān)測參數(shù)有水溫、pH值、溶解氧、氨氮、五日生化需氧量（Biochemical Oxygen Demand after 5 days，BOD5）、氰化物、砷、COD、揮發(fā)酚、六價鉻、汞、鎘、鉛、銅、鋅、硒、總磷以及氟化物18項。其結(jié)果顯示：按全年期全指標水質(zhì)評價，基準年水功能區(qū)達標的水質(zhì)監(jiān)測斷面有10個，達標率76.9%；按全年期雙指標水質(zhì)評價，基準年水功能區(qū)達標的水質(zhì)監(jiān)測斷面有12個，達標率92.3%。分析可知，主要超標項目為氨氮和總磷。

根據(jù)各水功能區(qū)面源污染、點源污染入河調(diào)查結(jié)果，統(tǒng)計各水功能區(qū)現(xiàn)狀水平年污染物全年入河總量，經(jīng)核算松滋市主要河流水功能區(qū)現(xiàn)狀污染物入河量如下：COD入河量為3 992.65 t/a，氨氮入河量為191.53 t/a，總磷入河量為38.05 t/a。

2 納污能力計算設計條件

2.1 初始濃度值

松滋市主要河流均有較長系列的水質(zhì)監(jiān)測資料，部分水功能區(qū)監(jiān)測資料不足的則進行補充監(jiān)測。各水體的第一個水功能區(qū)初始斷面初始濃度（C0）均取實測資料的平均值[4]。

2.2 水質(zhì)目標濃度

水功能區(qū)水質(zhì)目標濃度的取值，主要是以水功能區(qū)劃確定的水功能區(qū)類別為依據(jù)。各河流計算單元的控制斷面水質(zhì)目標濃度，原則上直接采用該單元所處的水功能區(qū)水質(zhì)目標濃度（CS），CS的取值可參照規(guī)范《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）[5]。

2.3 綜合衰減系數(shù)

本次納污能力核算采用實測法計算綜合衰減系數(shù)（K）值，其計算公式如式（1）所示。選取一個無支流匯入、無入河排污口的順直、斷面走向穩(wěn)定的河段，在上游（a點）和下游（b點）分別布設采樣點，監(jiān)測水流流速以及污染物濃度值。

（1）

式中：u為斷面的平均流速，m/s；?X為上游、下游兩斷面之間的距離，m；Ca為上游斷面污染物的濃度，mg/L；Cb為下游斷面污染物的濃度，mg/L。

3.4 納污能力計算模型

納污能力計算模型包含零維模型、一維模型[6-7]。

零維模型主要適用于污染物均勻混合的中小河流及水網(wǎng)地區(qū)；一維模型主要適用于河道寬深比不大，在較短時間內(nèi)污染物在橫斷面能夠均勻混合的中小河流地區(qū)。

3.4.1 河流零維模型

河段的污染物濃度按照式（2）推求。

C=（CpQp+C0Q）/（Qp+Q）（2）

式中：C為污染物濃度，mg/L；Cp為排放廢污水的污染物濃度，mg/L；Qp為排污口廢污水的排放流量，m3/s；Q為初始斷面的河道入流流量，m3/s。

相應的水域納污能力按照式（3）計算。

M=（Cs-C0）（Q+Qp）（3）

式中：M為水域納污能力，g/s。

3.4.2 河流一維模型

河段的污染物濃度按照式（4）計算。

（4）

式中：Cx為距離初始斷面x m的污染物濃度值，mg/L；x為距離初始斷面的縱向距離，m；u為設計流量下河道橫斷面的平均流速，m/s。

對應水域的納污能力按照式（5）計算。

M=（Cs-Cx）（Q+Qp）（5）

2.5 模型的選擇

污染物在河段內(nèi)能夠均勻混合，可以采用河流零維模型計算水域納污能力。污染物在河段橫斷面上游區(qū)域均勻混合，可采用河流一維模型，主要適用于Q小于150 m3/s的中小型河段[8-9]。

3 納污能力計算成果

計算得到的納污能力結(jié)果如表1所示。由表1可知，松滋市納污能力核算13條主要河流的計算納污能力中，COD為8 219.85 t/a、氨氮為295.77 t/a、總磷為52.25 t/a，松滋市主要河流水功能區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)氨氮、COD、總磷總體污染物超標情況較好，將現(xiàn)狀的污染物入河量對比計算的納污能力，水功能區(qū)中只有洛溪河松滋開發(fā)利用區(qū)氨氮超標1.44倍和涴米河松滋開發(fā)利用區(qū)總磷超標1.04倍，超標的倍數(shù)均比較低，表明松滋市經(jīng)過近些年的流域系統(tǒng)治理后整體水功能區(qū)水質(zhì)情況良好。對于氨氮、COD、總磷水質(zhì)指標未超標的水功能區(qū)，以現(xiàn)狀納污能力為限制排放總量；氨氮、總磷部分水功能區(qū)出現(xiàn)超標，但本次洛溪河松滋開發(fā)利用區(qū)和涴米河松滋開發(fā)利用區(qū)的超標倍率較低，計劃到規(guī)劃年水功能區(qū)氨氮、總磷全部達標，本次仍以現(xiàn)狀納污能力為限制排放總量[10]。

4 結(jié)論

本次松滋市納污能力核算13條主要河流的計算納污能力中，COD為8 219.85 t/a、氨氮為295.77 t/a、總磷為52.25 t/a。結(jié)合松滋市排污現(xiàn)狀，水環(huán)境所承受的壓力較大，如果不采取對應措施，未來隨著排污壓力的增加，必將對水域環(huán)境造成污染，需要結(jié)合區(qū)+emgTIfhgG3Mq/POm6BiU74h8MydOmxQR7AcaMsSrCo=域納污能力的計算結(jié)果，多層面制定排污總量控制計劃，逐步推行防污減排計劃，以期實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。

參考文獻

1 張秀菊，楊 凱，蔡愛芳，等.不確定性參數(shù)對水體納污能力的影響分析[J].中國農(nóng)村水利水電，2012（1）：13-17.

2 黃 茁，馮 雪，趙 鑫，等.基于數(shù)值模擬的納污能力計算方法探討[J].長江科學院院報，2015（6）：15-19.

3 蘇楚雯.基于水動力水質(zhì)數(shù)值模型的汾河動態(tài)納污能力研究[D].沈陽：遼寧大學，2023.

4 羅小勇.基于水功能區(qū)的納污能力計算理論方法及應用》[M].北京：中國水利水電出版社，2016.

5 張 璇.水功能區(qū)（河段）納污能力動態(tài)分析計算及過程化管控研究[D].西安：西安理工大學，2020.

6 莊付磊，劉新征，周成寬.聊城市水環(huán)境承載現(xiàn)狀及納污能力分析[J].黑龍江水利科技，

2024（9）：30-33.

7 黎 瑜.仁化縣河道納污能力及污染排放量預測研究[J].廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學院學報，2024（2）：14-17.

8 劉英學.邢臺水功能區(qū)納污能力核定和控制總量研究[J].水科學與工程技術(shù)，2024（1）：

15-17.

9 劉慶華.邢臺市水功能區(qū)達標分析與總量控制方案研究[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2023（15）：126-129.

10 劉靖文.英德市水功能區(qū)達標整治難點與解決策略[J].陜西水利，2023（2）：181-183.