規(guī)劃環(huán)評(píng)中水環(huán)境容量計(jì)算和總量控制指標(biāo)分析

劉 爽 周尚龍* 劉 旭

(1.陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710048；2.長(zhǎng)慶油田分公司第八采油廠，陜西 西安 710021； 3.新世界(沈陽(yáng))房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

規(guī)劃環(huán)評(píng)中水環(huán)境容量計(jì)算和總量控制指標(biāo)分析

劉 爽1周尚龍2* 劉 旭3

(1.陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710048；2.長(zhǎng)慶油田分公司第八采油廠，陜西 西安 710021； 3.新世界(沈陽(yáng))房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110004)

運(yùn)用一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型和水環(huán)境容量模型，計(jì)算了產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃實(shí)施后渭河常興段的水環(huán)境容量，說(shuō)明了規(guī)劃實(shí)施對(duì)區(qū)域水環(huán)境的影響，并提出了產(chǎn)業(yè)園總量控制建議指標(biāo)，為規(guī)劃環(huán)評(píng)中水環(huán)境容量計(jì)算和總量控制指標(biāo)分析提供借鑒。

水環(huán)境容量，剩余環(huán)境容量，總量控制，規(guī)劃環(huán)評(píng)

0 引言

水環(huán)境容量是規(guī)劃環(huán)評(píng)中研究水環(huán)境承載力的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，也是水環(huán)境污染控制和治理的重要依據(jù)。水環(huán)境容量指在保證某一水體水質(zhì)符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的前提下，單位時(shí)間內(nèi)能夠容納的某種污染物的最大允許負(fù)荷量，它的大小取決于水體的自然特性、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和污染物本身的特性等。

本文以眉縣紡織產(chǎn)業(yè)園(簡(jiǎn)稱“產(chǎn)業(yè)園”)規(guī)劃實(shí)施前后，其所在渭河流域常興段的水環(huán)境容量變化情況為例，說(shuō)明規(guī)劃實(shí)施對(duì)區(qū)域水環(huán)境的影響，并提出產(chǎn)業(yè)園總量控制建議指標(biāo)。

1 水環(huán)境容量模型

1.1 基本假定條件

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，本次計(jì)算假定：

1)評(píng)價(jià)河段(即渭河常興大橋斷面至法湯大橋斷面之間的河段)河道斷面沿流程構(gòu)造均勻，可概化為順直均勻河道，且該段無(wú)支流匯入；

2)評(píng)價(jià)河段各鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)廢水和鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水按集中排放污染源計(jì)算，即點(diǎn)源，不考慮非點(diǎn)源(面源和線源)污染影響，其排放方式為岸邊連續(xù)排放，其排污條件不隨時(shí)間發(fā)生變化；

3)COD和NH3-N的降解假設(shè)為一級(jí)反應(yīng)，地下水、底泥、泥沙吸附及解吸等作用不考慮；

4)評(píng)價(jià)河段按照枯水期計(jì)算水環(huán)境容量。

1.2 水質(zhì)模型的選定

渭河屬于中型河流，對(duì)此類河流的較長(zhǎng)河段，通常只關(guān)心污染物濃度的沿程變化，其橫向和豎向的污染物濃度梯度可以忽略，因此，可采用一維模型來(lái)模擬河流水質(zhì)。假定水體的水文條件和排污條件所構(gòu)成的水質(zhì)處于穩(wěn)定狀態(tài)(即水體污染物的濃度不隨時(shí)間變化)，同時(shí)忽略縱向彌散作用，描述河流污染物一維穩(wěn)態(tài)衰減規(guī)律的微分方程為：

(1)

在初始條件C=C0下，式(1)的解為：

(2)

其中:

(3)

其中，u為河流斷面縱向平均流速，m/s；x為河水流經(jīng)距離，m；Cx為河水流經(jīng)距離x處河水污染物的濃度，mg/L；C0為初始斷面處(x=0)河水污染物的濃度，mg/L；K為污染物降解系數(shù)，d-1；C1為河流中污染物的本底濃度，mg/L；C2為排入河流的污水污染物濃度，mg/L；Q為河流水體的流量，m3/s；q為排入河流的污水的流量，m3/s。

1.3 水環(huán)境容量計(jì)算模型

水環(huán)境容量計(jì)算模型是在利用水質(zhì)模型模擬出河流水質(zhì)的基礎(chǔ)上，對(duì)水環(huán)境容量進(jìn)行計(jì)算。河流水環(huán)境容量的計(jì)算模型很多，但其基本形式都是：水環(huán)境容量=稀釋容量+自凈容量+遷移容量。河流水環(huán)境容量的計(jì)算方法日趨成熟，針對(duì)不同的自然環(huán)境特征和河流特征，有不同的水環(huán)境容量計(jì)算模型。本文選取的水環(huán)境容量計(jì)算模型[1]為：

E=E1+E2+E3=Q(Cs-C0)+KVCs/86 400+qCs

(4)

式中：E——環(huán)境容量,g/s； E1——稀釋容量，g/s； E2——自凈容量，g/s； E3——區(qū)間來(lái)水附加遷移容量，g/s； Q——河流設(shè)計(jì)流量，m3/s； Cs——水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L； C0——河流初始濃度,mg/L； K——綜合降解系數(shù)，d-1； V——水體體積，m3，V=Q/u×L； u——河流平均流速，m/s； L——河段長(zhǎng)度，m； q——排污流量或支流流量,m3/s。

1.4 計(jì)算條件的確定

1)渭河評(píng)價(jià)河段功能區(qū)及執(zhí)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和陜西省水環(huán)境功能區(qū)劃(陜政辦發(fā)[2004]100號(hào))，產(chǎn)業(yè)園所在區(qū)域地表水渭河主要使用功能為取水，水環(huán)境功能區(qū)劃確定為Ⅲ類；水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，即COD≤20mg/L，NH3-N≤1.0mg/L。

2)綜合降解系數(shù)。

污染物綜合降解系數(shù)是計(jì)算水體納污能力的一項(xiàng)重要參數(shù)。不同的污染物、不同的水體、不同的環(huán)境條件，其綜合降解系數(shù)是不同的。根據(jù)查閱相關(guān)學(xué)術(shù)論文[2，3]，暫定評(píng)價(jià)河段COD和NH3-N的綜合降解系數(shù)分別為：KCOD=0.45d-1，KNH3-N=0.1d-1。

3)設(shè)計(jì)水文條件。

根據(jù)距離渭河評(píng)價(jià)河段最近的魏家堡水文站[4]統(tǒng)計(jì)資料，確定評(píng)價(jià)河段的設(shè)計(jì)水文條件：評(píng)價(jià)河段(渭河常興大橋斷面—法湯大橋斷面)長(zhǎng)度8.3km，枯水期平均流量13.6m3/s，平均流速0.65m/s。

4)其他計(jì)算參數(shù)。

a.河流初始濃度C0。

根據(jù)寶雞市環(huán)境保護(hù)局網(wǎng)上公開(kāi)的寶雞市2012年～2014年渭河流域縣界斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，確定以常興大橋斷面近三年的例行監(jiān)測(cè)資料平均值作為本次評(píng)價(jià)河段初始濃度C0，其中，C0(COD)=15.3mg/L，C0(NH3-N)=0.60mg/L。

b.排污流量q。

根據(jù)實(shí)際調(diào)查和查閱相關(guān)資料，評(píng)價(jià)河段不考慮支流匯入，僅考慮產(chǎn)業(yè)園排污流量，即q=0.066m3/s。

2 水環(huán)境容量的計(jì)算和總量控制分析

2.1 水環(huán)境容量的計(jì)算

1)水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果。

根據(jù)式(4)計(jì)算出評(píng)價(jià)河段水環(huán)境容量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 評(píng)價(jià)河段水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果一覽表

由表1可知，評(píng)價(jià)河段水環(huán)境容量ECOD=2 627.89t/年，ENH3-N=179.98t/年。

2)規(guī)劃實(shí)施后，剩余環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果。

假設(shè)不考慮評(píng)價(jià)河段其他污染源，僅考慮本次規(guī)劃實(shí)施后，其廢水污染物排放對(duì)渭河的影響，則剩余環(huán)境容量計(jì)算公式為：

X=λE-P

(5)

其中，X為剩余環(huán)境容量，t/年；P為污染物入河量，t/年；E為環(huán)境容量，t/年；λ為環(huán)境容量利用系數(shù)。

根據(jù)式(5)得出評(píng)價(jià)河段剩余環(huán)境容量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 評(píng)價(jià)河段剩余環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果一覽表

由表2可以看出，規(guī)劃實(shí)施后，評(píng)價(jià)河段COD和NH3-N均有剩余環(huán)境容量，分別為XCOD=1 997.48t/年，XNH3-N=133.50t/年。

3)水環(huán)境容量分析。

由于評(píng)價(jià)河段的徑流量變化較大，豐水期的徑流量>平水期的徑流量>枯水期的徑流量，而一般情況下，流量越大，水環(huán)境容量越大。因此，在排污量相同的情況下，豐水期的水環(huán)境容量>平水期的水環(huán)境容量>枯水期的水環(huán)境容量。根據(jù)水環(huán)境容量分析結(jié)果，本次規(guī)劃實(shí)施后，評(píng)價(jià)河段尚有剩余的水環(huán)境容量，分別為XCOD=2 148.05t/年，XNH3-N=131.68t/年，規(guī)劃實(shí)施對(duì)渭河水環(huán)境影響較小。

2.2 總量控制指標(biāo)分析

2.2.1 總量控制建議指標(biāo)

根據(jù)水環(huán)境容量分析結(jié)果，提出園區(qū)廢水污染物總量控制建議指標(biāo)：COD≤104.83t/年，NH3-N≤10.48t/年。

2.2.2 產(chǎn)業(yè)園廢水污染物總量控制指標(biāo)來(lái)源分析

1)規(guī)劃實(shí)施后，排入渭河的廢水污染物區(qū)域削減量分析。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和咨詢相關(guān)部門，目前產(chǎn)業(yè)園北區(qū)已建成，不再引入新的企業(yè)入駐，其廢水處理方式為：排入現(xiàn)有污水站—氧化塘處理后排入渭河；南區(qū)尚未開(kāi)始建設(shè)。規(guī)劃實(shí)施后，北區(qū)廢水和南區(qū)廢水通過(guò)園區(qū)排水管網(wǎng)集中收集，全部納入園區(qū)污水處理廠集中處理，處理后出水滿足GB18918-2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)方可排入渭河。則規(guī)劃實(shí)施前后，排入渭河的廢水污染物變化情況見(jiàn)表3。

表3 規(guī)劃實(shí)施前后排入渭河的廢水污染物變化情況一覽表 t/年

由表3可以看出，規(guī)劃實(shí)施后，北區(qū)排入渭河的污染物量將得到有效的削減，南區(qū)規(guī)劃實(shí)施后雖然新增一定量的廢水污染物，但從產(chǎn)業(yè)園整體考慮，與實(shí)施前相比，排入渭河的廢水污染物總量顯著減少?？梢?jiàn)，規(guī)劃實(shí)施后，產(chǎn)業(yè)園所在區(qū)域廢水污染物將得到有效的削減，削減量分別為COD239.025t/年，NH3-N153.367t/年。因此，產(chǎn)業(yè)園的總量控制指標(biāo)完全可在現(xiàn)有北區(qū)總量控制指標(biāo)中獲得，不必重新申請(qǐng)，其來(lái)源有保證。

2)規(guī)劃實(shí)施過(guò)程中，不符合園區(qū)產(chǎn)業(yè)定位的企業(yè)遷出后可余出的總量分析。根據(jù)規(guī)劃分析，寶雞新豐化工有限公司等企業(yè)與園區(qū)整體產(chǎn)業(yè)定位相差較大，評(píng)價(jià)建議在條件成熟的情況下考慮將這部分企業(yè)遷出。根據(jù)目前實(shí)際收集到的企業(yè)排污數(shù)據(jù)估算，預(yù)計(jì)遷出后可減排廢水699 270m3/年，減排COD34.964t/年，減排NH3-N3.496t/年。廢水污染物的減排為園區(qū)置換出富余的總量，即可余出COD34.964t/年，NH3-N3.496t/年，間接為后續(xù)入駐企業(yè)提供富余的總量。

綜上所述，規(guī)劃環(huán)評(píng)提出的園區(qū)廢水污染物總量控制建議指標(biāo)在渭河評(píng)價(jià)河段的水環(huán)境容量范圍之內(nèi)，隨著園區(qū)污水處理廠的建成運(yùn)行及不符合園區(qū)產(chǎn)業(yè)定位的企業(yè)遷出，區(qū)域廢水污染物將得到有效的削減，產(chǎn)業(yè)園總量控制指標(biāo)來(lái)源有保證。

3 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用實(shí)例對(duì)規(guī)劃環(huán)評(píng)中水環(huán)境容量進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算說(shuō)明，為規(guī)劃環(huán)評(píng)提供了切實(shí)可行的水容量計(jì)算方法，從而為確定園區(qū)總量控制指標(biāo)提供了依據(jù)，還提出了園區(qū)總量控制建議指標(biāo)，并分析了總量來(lái)源，具有一定的借鑒意義。

需要指出的是，本文僅對(duì)點(diǎn)源污染條件下評(píng)價(jià)河段水環(huán)境容量進(jìn)行了計(jì)算，并給出總量控制建議指標(biāo)，考慮到產(chǎn)業(yè)園所在區(qū)域周邊存在大量的基本農(nóng)田，還可把非點(diǎn)源污染對(duì)評(píng)價(jià)河段水環(huán)境容量的影響做進(jìn)一步研究，進(jìn)而納入到水污染總量控制體系中，更好的進(jìn)行污染控制。

[1] 熊 風(fēng)，羅 潔.河流水環(huán)境容量計(jì)算模型分析[J].中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2005，31(1)：116-117.

[2] 李家科，周君君，李懷恩，等.考慮非點(diǎn)源污染影響的河流污染物總量控制研究[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，8(3)：269-277.

[3] 周 洋，周孝德，馮民權(quán).渭河陜西段水環(huán)境容量研究[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，27(1)：7-11.

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Calculation of water environmental capacity and analysis of total amount control in PEIA

LIU Shuang1ZHOU Shang-long2*LIU Xu3

(1.Shaanxi Modern Architecture Design & Research Institute， Xi’an 710048， China； 2.Changqing Oilfield Company Oil Production Plant No.8， Xi’an 710021， China； 3.New World(Shenyang)Property Development Limited， Shenyang 110004， China)

By using the I-D water quality and water environmental capacity models, water environmental capacity for Weihe in Changxing after implementing the industrial park plan is calculated. It illustrates the influence of planning and implementation to regional water environment and proposes indexes of total amount in the industrial park. It provides the guidance for the calculation of water environment capacity and the analysis of total amount control in PEIA．

water environmental capacity, remaining environmental capacity, total amount control, PEIA

1009-6825(2014)36-0171-03

2014-10-18

劉 爽(1983- )，女，碩士，工程師； 劉 旭(1987- )，女，碩士，助理工程師

周尚龍(1981- )，男，工程師

X143

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