| 标题 | 嘉鱼县水功能区纳污能力计算方法的探讨 |
| 范文 | 张凡 [摘 要]从水功能区纳污能力的概念出发，探讨嘉鱼县水功能区纳污能力计算方法。选取需要改善水质的渡普河保留区作为河流水功能区的代表、选取水体呈现富营养化的大岩湖保留区作为湖库水功能区的代表，分别选取合适的水质模型，并对模型参数进行估算，最终计算出各水功能区现有纳污能力，从而为嘉鱼县水资源保护与规划提供科学依据。 [关键词]水功能区；纳污能力；水质模型；计算 [中图分类号]X52 [文献标识码]A 水功能区纳污能力是指在满足水域功能要求的前提下，在给定的水功能区水质目标、设计水量、入河排污口位置及排污方式下，水功能区水体所能容纳的最大污染物量。纳污能力是实施水功能区管理的基本依据。 中共中央2011年1号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》明确提出建立水功能区限制纳污制度。同年湖北省水利工作会上，再次提出了“各级政府要把限制排污总量作为水污染防治和污染减排工作的重要依据，完善水功能区划，科学核定河（湖、库）水功能区的纳污能力，制定入河（湖、库）污染物排放总量控制指标”。 纳污能力核定是制定限排总量控制方案的基础，而纳污能力核定和限排总量控制方案的制定既是落实国家最严格水资源管理制度、建立纳污红线的具体措施，也是改善水域环境、有效控制污染物进入水域的重要依据，并为水资源保护、水污染防治工作提供重要技术支持。 1 计算范围与内容 1.1 计算范围 本次纳污能力计算主要是以探讨嘉鱼县水功能区纳污能力的计算方法为目的，选取了渡普河和大岩湖分别作为河流和湖库的代表进行纳污能力计算。 1.2 计算指标 根据区域水质现状和水污染特点，本次纳污能力计算中渡普河控制指标确定为CODMn、NH3-N和TP，大岩湖控制指标确定为TN和TP。 1.3 计算内容 本次纳污能力计算以水功能区为单元，综合嘉鱼县当地的水文水资源情况、入河（湖）排污口状况及水资源开发利用现状，选取合适的模型分析得出的，直接反映了水域的水环境承载能力。 2 计算条件 2.1 设计水文条件 2.1.1 设计流量或库容的确定 水功能区纳污能力计算的设计条件，以计算断面的设计流量（水量）表示。根据《水域纳污能力计算规程》，现状条件下，一般采用最近10年最枯月平均流量（水量）或90%保证率最枯月平均流量（水量）作为设计流量（水量）。集中式饮用水水源地，采用95%保证率最枯月平均流量（水量）作为其设计流量（水量）。无水文资料的，采用内插法、水量平衡法、类比法等方法推求设计流量。 湖（库）的设计水量一般采用近10年最低月平均水位或90%保证率最枯月平均水位相应的蓄水量。根据湖（库）水位资料，求出设计枯水位，其所对应的湖泊（水库）蓄水量即为湖（库）设计水量，水库也可采用死库容相应的蓄水量作为设计水量。本次计算的大岩湖因缺乏水位资料采取湖泊规划中的生态水位所相应的畜水量作为设计水量。 2.1.2 断面设计流速的确定 无资料时，采用经验公式V=αQβ计算断面流速，α、β为经验系数，由实测资料回归将实测流速转换为设计条件下的流速。 2.2 入河排污口的概化 污染物一般是沿河岸分多处排放的，一般受资料和经费所限，很难准确计算每一排污口所排放的污染物对河流水质的影响。为简化计算，需要将计算河段内的多个入河排污口概化为一个集中排污口。本次计算中排污口概化采用权重法，通过每一个排污口对河段内排污总量的贡献值确定概化后排污口的位置，公式见式（2.2）。另外，如有较大支流，则将支流作为入河排污口处理，排放流量为支流入河前的断面流量。因渡普河属于小型河段，无较大支流，故本次报告中可不考虑支流的排放量。 3 计算模型的选择及其模型参数估算 3.1 模型的选择 3.1.1 渡普河 渡普河为宽深比不大的中小型河流，污染物质在较短的河段内，基本能在断面内均匀混合，断面污染物浓度橫向变化不大，根据污染物扩散特性，宜采用一维水质模型计算纳污能力。 此次计算结合水环境容量的概念，不考虑现状污染物的浓度影响，只考虑河段的入河流量影响，通过公式（3.1）以及物料平衡原则，推导出河段污染物浓度计算公式，推导过程如下，其中图3-1为计算示意图。 图中，各参数的单位同前。其中，河段长度为L，初始断面浓度为C0，入流流量为Q，概化后排污口的污染物浓度为Cp，排放流量Qp，入河速率m（m=CpQp），距终止断面距离为x。污染物流经排污口前的浓度为C1，根据公式（3.1），计算得到C1浓度： 则公式（3.6）即为河流一维模型纳污能力计算公式。 式中，M为水域纳污能力，g/s；C0为初始水质浓度，mg/l；CS 为水质浓度目标值，mg/l；K为污染物综合衰减系数，1/s；L为河段长，m；u为设计流速，m/s；Q为初始断面的入流流量（设计值），m3/s；QP为废污水排放流量，m3/s。 3.1.2 大岩湖 依据《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173-2010）之规定，对于湖（库）及河段在数学模型的选择均作出了明确的规定。 根据水质监测结果显示，大岩湖呈轻度富营养化，其营养状态指数超过了50，宜采用富营养化模型计算纳污能力。 式中，MN为氮或磷的纳污能力，t/a；Ls为单位湖（库）面积上氮或磷的纳污能力，mg/m2a；A为湖（库）水面积，m2；Ps为湖（库）中氮（磷）的年平均控制浓度，g/m3；h为设计流量下湖（库）的平均水深，m；Qa为湖（库）的年入流水量，m3/a；Rp为氮、磷在湖（库）中的滞留系数，1/a；V为设计条件下的湖（库）容积，m3；W出为年出湖（库）的氮、磷量，t/a；W入为年入湖（库）的氮、磷量，t/a。 3.2 模型参数的确定 3.2.1 初始浓度值C0的确定 根据上一个水功能区的水质目标值来确定C0，即上一个水功能区的水质目标值就是下一个功能区的初始浓度值C0。 源头水初始浓度C0可根据实际情况取GB3838-2002中Ⅰ或Ⅱ类水目标极限值或直接取源头水在设计流量下的实测浓度。 3.2.2 目标浓度值Cs的确定 各水功能区水质目标的确定是纳污能力计算的基本依据。水功能区水质目标的取值，主要以水功能区划确定的水功能区类别为依据。 水质控制指标采用能反映水体污染特征的高锰酸盐指数、氨氮、总氮和总磷作为必控指标，其标准值执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），详见表3-1。 3.2.3 综合衰减系数K的确定 为简化计算，在水质模型中，将污染物在水环境中的物理降解、化学降解和生物降解概化为综合衰减系数K。 本次计算中的渡普河，其综合衰减系数K采取《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173-2010）中的两点实测法进行确定。 選取一个顺直、水流稳定、无支流汇入、无入河排污口的河段，分别在其上游（A点）和下游（B点）布设采样点，监测污染物浓度值和水流流速，按下式计算k值： 实测法均监测3组数据取其平均值。 4 纳污能力计算成果与分析 4.1 纳污能力核定成果 嘉鱼县渡普河纳污能力计算结果：CODMn共计27.09t/a，氨氮9.64 t/a，总磷4.67 t/a。嘉鱼县大岩湖纳污能力计算结果：总磷7.40 t/a，总氮88.48t/a。 4.2 合理性分析 4.2.1 渡普河 根据嘉鱼县水利局提供的资料和实地调查，渡普河河段内较明显入河排污口有5处，根据污染物入河量计算结果显示高锰酸盐指数和总磷的入河污染量小于其纳污能力，氨氮的入河污染量超过了其纳污能力较多，与水质监测结果中的氨氮含量超标一致。 4.2.2 大岩湖 根据现状监测分析，大岩湖整体水质较差，主要超标污染物为总磷、总氮，且根据水质监测结果，总磷、总氮明显超标，且水体呈现轻度富营养化。 根据嘉鱼水利局提供的资料结合实地调查，大岩湖虽然无明显入河排污口，点源污染控制较好，但面源污染较为严重。周边农业畜禽污染及水产养殖污染较为严重，居民大范围养鱼。目前，大岩湖养殖面积近两万亩，已接近湖泊水面的80%，养殖密度过大，大大超过了湖泊的生态环境承载能力。随着大岩湖发展围栏围网养殖、精养鱼池，不仅致使湖区水体有机污染严重，而且围网阻碍水体的自然流动，严重影响水体的自净功能。主要污染指标有COD、TN、TP、NH3-N等，其中总磷、总氮污染含量已经超过其纳污能力，与湖区水质监测结果中高锰酸盐指数略微超标、总氮多次超标、总磷含量超标1倍、水体呈现轻度富营养化状态的结果基本一致。 综上所述，结合入河排污口和面源污染调查情况综合考虑，本次纳污能力计算成果基本符合嘉鱼县内水功能区的水质现状及变化趋势。 [参考文献] [1] 郑华山，臧红霞，郑如楠.商丘市水功能区纳污能力计算与分析[J].中国科技纵横，2015（04）. [2] 王长明.沧州市水功能区纳污能力计算及污染物总量控制建议[J].水政水资源，2014（05）. |
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