入河排污口設置對下游水質(zhì)影響評價研究

魏 煒 莫品疆 杜 靜

（廣西交通職業(yè)技術學院，廣西 南寧 530023）

入河排污口設置對下游水質(zhì)影響評價研究

魏 煒 莫品疆 杜 靜

（廣西交通職業(yè)技術學院，廣西 南寧 530023）

文章針對入河排污口設置論證中水質(zhì)二維模型預測遇到的問題，在分析河流二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型所需的各參數(shù)后，用工程實例進行了詳細的演算和評價。為相關報告編寫中水質(zhì)影響評價提供了參考。

項水質(zhì)影響評價；排污口論證；二維水質(zhì)模型

1 引言

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，城市的規(guī)模不斷擴大，各種工業(yè)園區(qū)不斷涌現(xiàn)，為了保護區(qū)域水資源的開發(fā)和利用，各地對應的措施是規(guī)劃建設區(qū)域集中式污水處理工程，對工業(yè)園區(qū)的污水進行統(tǒng)一處理后集中排放[1]。入河排污口是污水處理工程的重要組成部分，屬涉河工程。根據(jù)相關的法律法規(guī)，需編制入河排污口設置論證報告，以分析入河排污口的設置對水功能區(qū)、水生態(tài)和第三者權益的影響。

要分析入河排污口設置的影響，其實質(zhì)是要論證排污口的設置對下游水域水質(zhì)的影響，這就需要對入河污染物的影響范圍進行預測，計算出不同水域的污染物濃度。根據(jù)《水域納污能力計算規(guī)程》[2]，污染物濃度的預測有三種模型：零維水質(zhì)模型、一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型、二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型。前兩種模型由于計算量少、原理簡單被大多數(shù)的入河排污口設置論證報告所應用，但是很多編制單位對于二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型的應用卻面臨著技術上的難題，無從下手。因此，本文擬嘗試用二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型來評價擬設入河排污口對下游水質(zhì)影響進行評價，以供報告編制單位提供參考。

2 河流二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型

根據(jù)《水域納污能力計算規(guī)程》[2]，河流二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型方程如公式（1）。

式中：x－預測點離排放點的距離，m；y－預測點離排放口的橫向距離（不是離岸距離），m；K1－河流中污染物降解系數(shù)，1/d；c－預測點(x,y)處污染物的濃度，mg/L；cp－污水中污染物的濃度，mg/L；Qp－污水流量，m3/s；ch－河流上游污染物的濃度(本底濃度)，mg/L；H－河流平均水深，m；u－河流流速，m/s；B－河流平均寬度，m；π－圓周率。其中，My是河流橫向混合(彌散)系數(shù)，根據(jù)公式（2）進行計算，河段為彎曲河段時My值應當放大2～5倍。

式中，g－重力加速度，m2/s；I－水面坡降，無量綱；其余符號與上式相同。

3 實例分析

3.1項目概況

某城市工業(yè)新區(qū)擬建一座污水處理廠，集中處理工業(yè)園區(qū)的生產(chǎn)、生活污水后統(tǒng)一排放至區(qū)域內(nèi)的河流，納污河流的平均坡降0.366‰。經(jīng)實地調(diào)查，規(guī)劃排入污水處理管網(wǎng)工程的污染物主要是CODcr和氨氮，污水處理廠的近期規(guī)模為3萬t/d，擬建排污口所在功能區(qū)下游有取水口1和取水口2，原有排污口在本污水處理廠建成后全部關停。項目擬建排污口位置、取水口位置、論證河段范圍示意圖見圖1。污水處理廠進水與退水的水質(zhì)標準見表1，取水口情況見表2，納污河流近10年最枯月平均流量和相關水文參數(shù)見表3。

表1　污水處理廠進水與退水水質(zhì)標準 （單位：mg/L）

表2　擬建排污口下游取水口信息

表3　納污河流論證河段斷面水文參數(shù)

3.2水功能區(qū)水質(zhì)管理目標

根據(jù)該城市對納污河流水功能區(qū)的區(qū)劃結(jié)果，擬建排污口所在水功能區(qū)為工業(yè)用水區(qū)，水質(zhì)管理標準執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》[3]（GB3838-2002）中的Ⅲ類水質(zhì)標準。依據(jù)前期的監(jiān)測結(jié)果，河段現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅱ水質(zhì)。本次論證的河段為排污口斷面至所在水功能區(qū)終止斷面，共計15km，見圖1。

圖1　擬建排污口、取水口、論證范圍位置示意圖

3.3本底濃度的確定

根據(jù)評價前期對擬建排污口上游500m、下游100m河段斷面的監(jiān)測，通過插值法得到擬建排污口斷面的本底濃度為：CODcr為6mg/L，氨氮為0.07mg/L。

3.4數(shù)學模型的建立

根據(jù)擬建污水處理廠尾水污染物的成分，選擇CODcr和氨氮作為預測評價因子，采用寧波環(huán)境科學研究院地面水環(huán)評軟件Eiaw10計算CODcr和氨氮的遷移擴散過程。計算的上邊界為擬建排污口斷面，下邊界為擬建排污口所在水功能區(qū)終止斷面，總長為15km，寬度為河面平均寬度200m。評價因子的綜合衰減系數(shù)根據(jù)該城市對納污水體給定的數(shù)值：CODcr為0.15（1/d），氨氮為0.18（1/d）。橫向擴散系數(shù)My通過公式（2）計算，由于論證河段比較彎曲，最終取計算值的2倍為0.54。模型采用矩形網(wǎng)格嵌套的劃分方法，把整個河流共劃分為30000個10m×10m方格。

3.5計算工況

根據(jù)納污河流的水文條件、污水處理廠進出水水質(zhì)標準與污水處理廠正常排放和事故排放情況組成兩種計算工況，如表4。

表4　排污影響計算工況擬定表

3.6計算結(jié)果

根據(jù)以上擬定的工況，計算 CODcr、氨氮在排入河中后的影響范圍，即計算河中濃度恢復本底濃度所需要的長度和水域面積，同時對關鍵斷面進行預測。計算河道不同斷面左岸、中泓線、右岸的濃度成果分別見表5～表8。CODcr、氨氮在不同工況下排污水域污染面積計算成果見表9、表10。

表5　污水處理廠正常工況排污CODcr影響計算成果（單位：mg/L）

表6　污水處理廠正常工況排污氨氮影響計算成果（單位：mg/L）

表7　污水處理廠事故工況排污CODcr影響計算成果（單位：mg/L）

表8　污水處理廠事故工況排污氨氮影響計算成果（單位：mg/L）

表9　各工況下排污CODcr污染水域面積計算成果單位：m2

表10　各工況下排污氨氮污染水域面積計算成果單位：m2

3.7結(jié)果分析評價

從表5可知，在污水處理廠正常工況下，CODcr排入河后至下游10m斷面處，河道的右岸濃度為9.41mg/L，河道中泓線和左岸的濃度仍然為本底濃度，說明排放的CODcr還沒有擴散開來；在排污口下游300m斷面處，河道左岸的CODcr恰好超過本底濃度，說明在此斷面排放的CODcr擴散到了左岸；在下游1100m處，斷面的濃度都恢復至本底濃度，說明CODcr的排放影響范圍為1100m。下游1700m的取水口1、下游 2580m的取水口 2斷面的濃度均低于本底濃度，說明CODcr的排放對兩個取水口的水質(zhì)不會造成影響。

同理，從表6可知，在排污口下游120m斷面處，排放的氨氮擴散到了左岸；在下游4600m處，河道斷面的氨氮濃度恢復到本底濃度；但是下游1700m的取水口1、下游2580m的取水口 2斷面的氨氮濃度均高于本底濃度，說明氨氮的排放會對兩個取水口的水質(zhì)造成一定的影響。

同理，從表7可知，在排污口下游90m斷面處，排放的CODcr擴散到了左岸；在下游5750m處，河道斷面的CODcr濃度恢復到本底濃度；但是下游 1700m的取水口 1、下游2580m的取水口2斷面的CODcr濃度均高于本底濃度，說明CODcr的排放會對兩個取水口的水質(zhì)造成一定的影響。

同理，從表8可知，在排污口下游80m處，排放的氨氮擴散到了左岸；在下游1250m處，河道斷面的氨氮濃度恢復到本底濃度；但是下游1700m的取水口1、下游2580m的取水口 2斷面的氨氮濃度均高于本底濃度，說明氨氮的排放會對兩個取水口的水質(zhì)造成一定的影響。

從表 9可知，在污水處理廠正常工況下排污，排放的CODcr的污染水域面積為212000m2，且污染的水域都仍符合Ⅱ類水質(zhì)標準；在事故工況下污水處理廠排污，排放的CODcr的污染水域面積為1143088m2，且有3088m2水域超出了現(xiàn)狀的Ⅱ類水質(zhì)標準范圍，有 858m2水域超出了河段管理目標Ⅲ水質(zhì)標準范圍。

從表10可知，在正常工況下污水處理廠排污，排放的氨氮的污染水域面積為960000m2，且污染的水域都在Ⅱ類水質(zhì)標準范圍內(nèi)；在事故工況下污水處理廠排污，排放的氨氮的污染水域面積為2485050m2，且有5050m2水域超出了現(xiàn)狀的Ⅱ類水質(zhì)標準范圍，有 560m2水域超出了河段管理目標Ⅲ水質(zhì)標準范圍。

根據(jù)以上的分析，在污水處理廠不同工況下，污水的排放影響范圍和對兩個取水口的影響評價見表11。

表11　污水處理廠不同工況下對水質(zhì)影響結(jié)果表

因此，擬建排污口的設置，在污水處理廠正常工況下排污，對下游水質(zhì)的影響長度為4600m，污染水域面積為960000m2；在事故排污時，影響下游12500m河段的水質(zhì)，污染水域面積為 2485050m2。不管在正常工況，還是事故工況下，擬建排污口的設置，都會對取水口1、取水口2的水質(zhì)產(chǎn)生一定的影響。

4 結(jié)語

本文針對入河排污口設置論證報告中二維模型預測污染物濃度的常見問題，分析河流二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型所需的各參數(shù)，并舉工程實例進行了演算評價。入河排污口論證中水質(zhì)分析提供了一個參考，具有一定的應用價值。

[1] 周夢雷,胡煥發(fā).城市新區(qū)污水處理廠入河排污口設置論證實例[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2015,(3):207-209;

[2] GB25173-2010.水域納污能力計算規(guī)程[s].北京:國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,2010.

[3] GB3838-2002.地表水環(huán)境質(zhì)量標準[s].北京:國家環(huán)境保護總局,2002.

The study on sewage outlet to the river for downstream water quality impact assessment

The article contracts to sewage outlet to the river for two-dimensional model to predict water quality of problem in demonstration,After analyzing the various parameters required for two-dimensional steady-state river mixed decay model, by project examples for a detailed calculation and evaluation. It provides a reference to the relevant water quality impact assessment in report.

Water quality impact assessment;sewage outlet to the rive;dimensional water quality model

P33

A

1008-1151(2015)11-0032-03

2015-10-10

廣西高校科學技術研究項目（KY2015YB417）。

魏煒（1988－），男，廣西灌陽人，廣西交通職業(yè)技術學院專任教師，碩士，研究方向為水文水資源及水工建筑物；莫品疆（1969－），男，廣西上林人，廣西交通職業(yè)技術學院副教授，工程師；杜靜（1979－），女，河南人，廣西交通職業(yè)技術學院副教授，工程師。