復(fù)州河水功能區(qū)納污能力分析

李國(guó)杰

（綏中縣大風(fēng)口水庫(kù)管理處，遼寧綏中 125203）

1 研究背景

復(fù)州河發(fā)源于普蘭店市同益鄉(xiāng)老帽山南麓，是大連地區(qū)第二大河流。流經(jīng)普蘭店市的安波、同益和瓦房店市的松樹(shù)、太陽(yáng)、老虎屯、復(fù)州、三臺(tái)子等10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，于三臺(tái)子鄉(xiāng)西藍(lán)旗的老羊頭注入渤海，其中復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)是接納沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活和工業(yè)污水的主要河段。隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的發(fā)展，原來(lái)分散排放通過(guò)地表徑流排入河道的污水，現(xiàn)已基本通過(guò)污水處理廠(chǎng)及截污納管工程以集中排放形式進(jìn)入河道，因此水功能區(qū)的納污能力計(jì)算成果，對(duì)水功能區(qū)的管理及沿河排污口排污量的總量控制至關(guān)重要。但在相同的水文設(shè)計(jì)條件下，不同的計(jì)算方法得出的納污能力計(jì)算結(jié)果，卻有很大的差異。因此通過(guò)復(fù)州河水功能區(qū)納污能力分析研究，對(duì)中小河流水體納污能力計(jì)算工作具有重要的指導(dǎo)意義和借鑒作用。

2 研究方法

2.1 納污能力計(jì)算的常用方法

水功能區(qū)納污能力是指在一定設(shè)計(jì)水文條件下和排污情況下，為滿(mǎn)足水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)要求，水體所能容納某種污染物的最大數(shù)量。納污能力計(jì)算方法主要有模型計(jì)算法和污染負(fù)荷計(jì)算法。研究主要根據(jù)復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)的特點(diǎn)，遵循GB/T25173-2010《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》和《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃地表水資源保護(hù)技術(shù)細(xì)則》的相關(guān)要求，采用不同的模型計(jì)算方法，分別計(jì)算特征污染物COD，NH3-N的水功能區(qū)納污能力。

式中：M為水域納污能力,kg/d；Cs為水體水質(zhì)目標(biāo)濃度，mg/L；k為污染物綜合衰減系數(shù)，1/d；Cx為流經(jīng)x距離后污染物濃度，mg/L；Q為斷面設(shè)計(jì)流量，m3/s；Qp為廢污水排放流量，m3/s；C0為初始斷面污染物濃度，mg/L；x為沿河段的縱向距離，m；u為設(shè)計(jì)流量下的流速，m/s。

對(duì)于某一功能區(qū)段，計(jì)算時(shí)可將河段內(nèi)多個(gè)排污口概化為一個(gè)集中的排污口，相當(dāng)于一個(gè)集中點(diǎn)源，該集中點(diǎn)源的實(shí)際自?xún)糸L(zhǎng)度為河段長(zhǎng)的1/2，則功能區(qū)段下斷面污染物濃度為：

式中：m為污染物排放量，kg/d。

方法二[2]：用一維水質(zhì)模型模擬污染物沿河流縱向的遷移問(wèn)題，其假設(shè)設(shè)承載能力為，根據(jù)概化，單位河長(zhǎng)納污量應(yīng)為W/L，建圖示坐標(biāo)系，在河段內(nèi)選一微段，長(zhǎng)為，坐標(biāo)為，流速為u，則，此微段污染物輸運(yùn)至處的剩余質(zhì)量為：

單位時(shí)間，經(jīng)過(guò)x=L所在斷面的污染物總質(zhì)量，應(yīng)為上游L長(zhǎng)河段內(nèi)排放的各微段的質(zhì)量降解至斷面剩余質(zhì)量的迭加。

式中：為河段納污能力,kg/d；為沿河段的縱向距離，m。

2.2 模型參數(shù)的估值方法

水功能區(qū)設(shè)計(jì)流量采用頻率計(jì)算方法，頻率計(jì)算方法采用經(jīng)驗(yàn)頻率曲線(xiàn)法，其公式為數(shù)學(xué)期望公式：

式中：p為頻率，%；n為實(shí)測(cè)資料系列長(zhǎng)，個(gè)；m位實(shí)測(cè)資料由大到小的排列序號(hào)。

對(duì)于無(wú)水文實(shí)測(cè)資料的河流，以生態(tài)基流作為設(shè)計(jì)水量，生態(tài)基流計(jì)算方法采用Tennant法。

污染物綜合衰減系數(shù)一般采用野外實(shí)測(cè)法或利用數(shù)值解模型通過(guò)試錯(cuò)法求解。計(jì)算模型為：

式中：CA，CB為上、下斷面污染物的濃度mg/L。

2.3 模型參數(shù)的估值

設(shè)計(jì)水量采用1956—2000年45年實(shí)測(cè)水文系列資料計(jì)算，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)設(shè)計(jì)水量為0.50 m3/s，相應(yīng)流速為0.14 m/s。區(qū)間來(lái)水采用Tennant法估算，東風(fēng)水庫(kù)出口到九道河匯入口區(qū)間、九道河匯入口到太陽(yáng)河匯入口區(qū)間、太陽(yáng)河匯入口到珍珠河匯入口區(qū)間、珍珠河匯入口到嵐崮河匯入口區(qū)間分別為0.054，0.036，0.048，0.042 m3/s。

綜合衰減系數(shù)按式（6）計(jì)算，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)污染物綜合衰減系數(shù)CODcr為0.30/d，NH3-N為0.34/d。

3 結(jié)果分析計(jì)算

3.1 水功能區(qū)現(xiàn)狀

復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)段為東風(fēng)水庫(kù)出口至入?？?，全長(zhǎng)47.4 km，水質(zhì)控制斷面為復(fù)州河大橋，功能為農(nóng)業(yè)用水，水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)為Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)2016年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)，復(fù)州河?xùn)|風(fēng)水庫(kù)出口枯水期水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，豐水期達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),超Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)為CODcr；復(fù)州河3臺(tái)入?？诳菟?、豐水期水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)；均優(yōu)于Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的水功能區(qū)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)。

3.2 取排水狀況

現(xiàn)有2處農(nóng)業(yè)用水取水口，一處為復(fù)州河西蘭旗提水站取水口取水方式為抽提，取水量95.4萬(wàn)m3；一處為杏樹(shù)園攔河閘右岸取水口；取水方式為自流，取水量884萬(wàn)m3。

復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)有駝山鄉(xiāng)、楊家鄉(xiāng)、老虎屯鎮(zhèn)、復(fù)州城鎮(zhèn)、三臺(tái)鄉(xiāng)、太陽(yáng)升鄉(xiāng)、閻店鄉(xiāng)、仙峪灣鎮(zhèn)、崗店街道，生活污水通過(guò)地表徑流直接入河的主要為復(fù)州城鎮(zhèn)和太陽(yáng)升鄉(xiāng)生活污水，兩個(gè)污水處理廠(chǎng)污水年排放量約548萬(wàn)t，主要污染物CODcr192 t，氨氮19.2 t。

3.3 納污能力計(jì)算

在設(shè)計(jì)水文條件下（見(jiàn)2.3），東風(fēng)水庫(kù)出水及區(qū)間來(lái)水水質(zhì)設(shè)為Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，即CODcr為20 mg/L，NH3-N為1.0 mg/L；復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)設(shè)為Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，即CODcr為30 mg/L，NH3-N為1.5 mg/L。不同計(jì)算方法計(jì)算結(jié)果如下：

1）按照方法一式（1）計(jì)算，即 GB/T25173-2010《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》規(guī)定的方法，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)出口水質(zhì)CODcr和氨氮的納污能力分別為368.8 t/a和19.0 t/a。

2）按照方法一式（2）計(jì)算，即《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》將入河排污口概化的方法，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)CODcr和氨氮的納污能力分別為221.5 t/a和12.1 t/a。

3）按照方法二（3）計(jì)算，即《全國(guó)水資源綜合規(guī)劃地表水資源保護(hù)技術(shù)細(xì)則》要求的方法，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)CODcr和氨氮的納污能力分別為669.4 t/a和37.0 t/a。

為驗(yàn)證計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，按照環(huán)境容量的定義計(jì)算環(huán)境容量，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)CODcr和氨氮的環(huán)境容量分別為747.8 t/a和41.3 t/a。

4 結(jié)果與討論

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看。對(duì)比3種計(jì)算模式，按照方法二（3）的計(jì)算結(jié)果最大，約為環(huán)境容量的90%，最接近于環(huán)境容量，而且計(jì)算過(guò)程也較為簡(jiǎn)單；次之為方法一（1）的計(jì)算結(jié)果，約為環(huán)境容量的49%，遠(yuǎn)低于環(huán)境容量，計(jì)算過(guò)程需要按照匯入源項(xiàng)，逐段演算污染物初始濃度，計(jì)算過(guò)程相對(duì)復(fù)雜些；方法一（2）的計(jì)算結(jié)果最小，約為環(huán)境容量的30%，計(jì)算過(guò)程仍需要按照匯入源項(xiàng)，但不需要逐段演算污染物初始濃度計(jì)算過(guò)程也較為簡(jiǎn)單。

從計(jì)算方法來(lái)看，方法一得出的納污能力僅考慮了水體自?xún)艉蟮氖Ｓ喹h(huán)境容量，較為安全、保守；計(jì)算方法二得出的納污能力不僅考慮了水體自?xún)艉蟮氖Ｓ喹h(huán)境容量，也考慮了水體的自?xún)袅俊?/p>

從計(jì)算結(jié)果與水功能區(qū)納污狀況及水質(zhì)情況看，按照方法一得出的水功能區(qū)納污能力接近（CODcr)或低于（氨氮）水功能區(qū)納污量，水功能區(qū)水質(zhì)應(yīng)該接近或超過(guò)Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)；按照計(jì)算方法二得出的水功能區(qū)納污能力遠(yuǎn)大于水功能區(qū)納污量，水功能區(qū)水質(zhì)應(yīng)該優(yōu)于Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。從實(shí)際監(jiān)測(cè)的水質(zhì)現(xiàn)狀看，水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，由此可見(jiàn)方法二得出的水功能區(qū)納污能力更能反映水功能區(qū)的實(shí)際情況。

綜合以上分析，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)納污能力采用計(jì)算方法二較為合適，復(fù)州河復(fù)州城農(nóng)業(yè)用水區(qū)納污能力確定為CODcr669.4 t/a和氨氮37.0 t/a。

［1］GB/T25173-2010，水域納污能力計(jì)算規(guī)程［S］.

［2］韓龍喜.中小型河道納污能力計(jì)算方法研究［J］.河海大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，30（1）.