渭河干流下游水環(huán)境水生態(tài)預(yù)警

張春玲，周曉強(qiáng)，趙麗蕓

（陜西省水文水資源勘測中心,陜西 西安 710068）

1 渭河流域現(xiàn)狀

1.1 流域概況

渭河,是黃河的最大支流。發(fā)源于甘肅省定西市渭源縣鳥鼠山,主要流經(jīng)今甘肅天水、陜西省關(guān)中平原的寶雞、咸陽、西安、渭南等地,至渭南市潼關(guān)縣匯入黃河。

渭河干流,橫跨甘肅東部和陜西中部。全長818 km,流域總面積13.5 萬km2,陜西境內(nèi)河長504.4 km,流域面積67108 km2,其中渭河華縣水文站以下控制面積2.9萬km2,占總面積的21.1%。華縣至潼關(guān)段,較大支流有：羅汶河、方山河、柳葉河、長澗河、羅敷河、北洛河以及列斜溝,其中北洛河是渭河華縣下的最大的支流,年均徑流量約1 億m3。

北洛河,渭河的第二大支流,發(fā)源于陜西省定邊縣白于山,流經(jīng)白水、澄城、蒲城,在大荔縣韋林鎮(zhèn)的倉西村匯入渭河,全長680 km,平均比降1.79‰,總落差1175 m。

1.2 水資源概況

渭河多年平均徑流量75.7 億m3,陜西境內(nèi)為53.8 億m3。徑流地區(qū)分布不均,總的趨勢是自南而北減小,秦嶺、關(guān)山區(qū)高,塬區(qū)、谷地區(qū)低；西部大于東部,中游比下游徑流豐富。渭河全流域多年平均年輸沙量4.48 億t,其中渭河干流1.27億t,洛河0.84億t。泥沙主要來自渭河林家村以上,涇河張家山以上,洛河狀頭以上。泥沙主要集中在6月～9月,占全年來沙量的96%以上。

1.3 渭河干流下游水質(zhì)情況

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）,采用單因子評價法進(jìn)行評價,渭河干流華縣至潼關(guān)入黃段水質(zhì)狀況:目前渭河干流華縣以下至潼關(guān)入黃段監(jiān)測有華縣、吊橋、潼關(guān)3 個水質(zhì)斷面,2019 年水質(zhì)類別均為Ⅲ類水質(zhì)。

渭河支流水質(zhì)狀況：匯入該河段的支流由西向東依次有支流羅汶河、方山河、羅敷河、北洛河、柳葉河、長澗河和列斜溝橋,根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查監(jiān)測和陜西省水環(huán)境監(jiān)測中心的北洛河入渭口、羅紋、羅敷堡監(jiān)測的年均資料,水質(zhì)具體情況見表1。

表1 渭河下游華縣至潼關(guān)入黃段2019年水質(zhì)現(xiàn)狀

渭河干流華縣及以下主要支流中,南山支流水質(zhì)大部分較好,除羅紋河、長澗河、裂斜溝外,其它河流基本水質(zhì)類別基本在Ⅱ～Ⅲ類,羅紋河、長澗河、裂斜溝受支流排污的影響水質(zhì)較差,水質(zhì)類別劣于Ⅴ類。渭河北岸僅有北洛河1條支流匯入,北洛河水質(zhì)整體尚可,全年平均水質(zhì)類別Ⅲ類,偶爾也有劣Ⅴ類出現(xiàn)。

水功能區(qū)水質(zhì)評價：根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）,采用單因子評價法進(jìn)行評價。

渭河干流下游：渭河渭南農(nóng)業(yè)用水區(qū)和渭河華陰緩沖區(qū)2019年均為Ⅲ類水質(zhì),黃河渭南、運(yùn)城漁業(yè)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)2019年為Ⅱ類水質(zhì),均優(yōu)于水質(zhì)控制目標(biāo)。

2 渭河流域下游存在問題

2.1 生態(tài)流量不足,存在不達(dá)標(biāo)現(xiàn)象

由于上游水庫攔截致使生態(tài)流量不足,流域生產(chǎn)生活污染較為嚴(yán)重。致使渭河下游華縣至潼關(guān),部分?jǐn)嗝嫠|(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo),偶有斷流現(xiàn)象。

2.2 生活垃圾、氮磷使用,造成面源污染

在渭河下游存在農(nóng)村生活垃圾、污水和人畜糞便,化肥、農(nóng)藥的大量使用,不能完全被作物吸收外,大部分殘留在土壤和水分中,然后隨農(nóng)田退水和地表徑流進(jìn)入水體,造成污染,對河流水質(zhì)造成嚴(yán)重影響。

2.3 少數(shù)支流水質(zhì)較差影響干流達(dá)標(biāo)

目前渭河水質(zhì)雖然逐年變好,但是其主要支流北洛河、羅紋河水質(zhì)仍然較差,基本上均為Ⅴ類及劣Ⅴ類,嚴(yán)重影響了渭河的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

2.4 再生水利用不足

陜西省普遍存在再生水利用率不高的問題,西安市2019年底城市再生水利用率也僅為18.63%（含一級A標(biāo)準(zhǔn)中水補(bǔ)充湖池）。其原因主要是陜西省再生水利用設(shè)施和配套管網(wǎng)建設(shè)相對滯后,再生水管理體系不健全,再生水資源利用途徑有限。

3 水環(huán)境預(yù)警體系的建立

3.1 研究區(qū)域內(nèi)排污口

根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況,渭河干流華縣至潼關(guān)段沒有直接入河的排污口。區(qū)域內(nèi)污染物主要通過北洛河、羅紋河、長澗河等支流排入渭河干流。

3.2 區(qū)域內(nèi)支流口水量及污染物量

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查,匯入該河段的支流由西向東依次有羅紋河、方山河、羅敷河、北洛河、柳葉河、長澗河和列斜溝橋等七條。計算各支流匯入該段的污染物貢獻(xiàn)量。通過面積比擬法計算出無水文資料的支流流量,2020年各支流流量、主要污染物濃度具體結(jié)果見表2。再根據(jù)公式W=QC計算出污染物入河量,2020年每月及全年污染物入河量具體見表3。

表2 2020年年均流量、主要污染物濃度

表3 納污能力計算主要參數(shù)取值表

3.3 預(yù)警指標(biāo)的確定

從渭河干流主要污染狀況及現(xiàn)階段國家各職能部門對污染指標(biāo)的控制綜合考慮,以及COD和氨氮是目前污染最普遍、最嚴(yán)重的兩項因子,確定COD和氨氮為本次預(yù)警研究的控制指標(biāo)。

3.4 預(yù)警方法的確定

本次預(yù)警研究根據(jù)汛期和全年水量最小月份的不同保證率流量,計算出相應(yīng)的納污能力,確定河段的限排量,提出區(qū)域內(nèi)污染物入河量的閾值,以保障渭河入黃水質(zhì)達(dá)到水功能區(qū)Ⅳ類目標(biāo)。

3.4.1 納污能力計算

本次計算將渭河華縣以下以支流口為節(jié)點,進(jìn)行了劃分,將渭河干流華縣以下劃分為8段進(jìn),在考慮支流污染物貢獻(xiàn)的情況下,根據(jù)《水域納污能力計算規(guī)程》（GB/T 25173-2010）,分別采用汛期及非汛期最枯月5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、90%、95%保證率下的流量計算出各河段不同水量下的納污能力,確定不同流量下的納污量限值。納污能力的計算過程充分考慮渭河沿岸支流在不同水期,不同保證率水量下污染物通量進(jìn)入渭河,對渭河污染物的貢獻(xiàn)。主要參數(shù)取值見表4,各水文站汛期、非汛期各保證率最枯月設(shè)計流量、流速成果表5。

表4 2020年每月及全年污染物入河量 單位：t

表5 各水文站汛期、非汛期各保證率最枯月設(shè)計流量、流速成果表

續(xù)表5

3.4.2 預(yù)警模型確定

根據(jù)納污能力計算成果,建立不同水量在支流影響情況下納污能力與水量的關(guān)系。從汛期最枯月不同保證率流量與納污能力關(guān)系圖可以得出,汛期最枯月不同保證率流量與納污能力成冪關(guān)系；而非汛期最枯月不同保證率流量與納污能力成多項式關(guān)系。見圖1、圖2。

圖1 汛期最枯月不同保證率流量與COD納污能力關(guān)系圖

圖2 汛期最枯月不同保證率流量與氨氮納污能力關(guān)系圖

3.4.3 預(yù)警體系的建立

河流納污容量受到影響的因素較多,包括流量、流速、河流現(xiàn)狀污染物濃度、現(xiàn)狀區(qū)域內(nèi)污染物入河量、面源污染物入河等,其中流速影響較小且主要受河道自然狀態(tài)影響難以人為控制,面源污染受降雨及區(qū)域工、農(nóng)業(yè)等因素影響,且面源影響情況較為復(fù)雜難以定量控制。因此本次預(yù)警體系的主要控制因子選取上述3個控制因子。

（1）流量

按照國家及水利部對河道生態(tài)流量的要求,流量控制主要以水利部門批復(fù)渭河華縣水文站的生態(tài)流量為控制閥值。

（2）河流現(xiàn)狀污染物濃度

河流現(xiàn)狀污染物濃度,即渭河華縣斷面的COD和氨氮的含量。根據(jù)上一章納污能力計算的過程中,對于下游主要支流匯入對渭河水質(zhì)的影響分析,華縣斷面的COD濃度必須控制在28.5 mg/L,氨氮濃度必須控制在1.5 mg/L,才能保證在下游主要支流現(xiàn)狀污染物濃度下對渭河污染物量的貢獻(xiàn)情況下,渭河水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

（3）現(xiàn)狀區(qū)域內(nèi)污染物入河量

渭河華縣以下污染物入河量控制指標(biāo),在綜合考慮下游區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及渭河入黃水質(zhì)達(dá)標(biāo)的情況下,分別采用渭河干流華縣以下汛期及非汛期最枯月不同保證率流量情況下河流的納污能力作為控制限值。同時汛期時COD入河量的限制排污量可以通過圖1進(jìn)行查詢或者采用冪函數(shù)公式：y=1035x0.7483進(jìn)行計算；氨氮可以通過圖2進(jìn)行查詢或者采用冪函數(shù)公式：y=68.487x0.6391進(jìn)行計算。非汛期時COD入河量的限制排污量可以通過圖3進(jìn)行查詢或者采用多項式公式：y=-1.7773x2+339.04x+1755.5進(jìn)行計算；氨氮可以通過圖4進(jìn)行查詢或者采用多項式公式：y=-0.1351 x2+22.378 x+130.4進(jìn)行計算。

圖3 非汛期最枯月不同保證率流量與COD入河限制量關(guān)系圖

圖4 非汛期最枯月不同保證率流量與氨氮入河限制量關(guān)系圖

3.5 預(yù)警體系合理性分析

以2015年7月COD和氨氮監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗證。2015年7月采用汛期公式計算出納污能力分別COD為1889.18 g/s,氨氮為69.2 g/s,而狀頭的貢獻(xiàn)量分別為COD 201.65 g/s,氨氮4.03 g/s,均小于計算結(jié)果,與實測總體吊橋斷面濃度減小的結(jié)論基本相符。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

（1）由于預(yù)警過程中河流長度的差異,給預(yù)警結(jié)果帶來一定影響,但預(yù)警模式與方法基本可信。

（2）納污能力計算中衰減解系數(shù)（K）的取值CODCr的K值的確定對預(yù)警結(jié)果也有一定影響。

（3）預(yù)警河段監(jiān)測數(shù)據(jù)越多,預(yù)警結(jié)果越準(zhǔn)確。

4.2 建議

4.2.1 健全管理制度，建立監(jiān)測預(yù)警機(jī)制

針對渭河下游華縣至潼關(guān)段,統(tǒng)籌水資源開發(fā)利用節(jié)約保護(hù)全過程,提出完善水資源管理制度、加強(qiáng)監(jiān)控能力建設(shè)。①在現(xiàn)狀污染物入河量未削減到水域納污能力范圍內(nèi)之前,該水域原則上不得新建、擴(kuò)建入河排污口。②嚴(yán)格執(zhí)行《陜西省黃河流域污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 61/224-2018）加大中水回用。③嚴(yán)格執(zhí)行《入河排污口監(jiān)督管理辦法》,對入河排污口進(jìn)行綜合整治。④嚴(yán)格控制內(nèi)源和面源以控制入河污染物的排放總量。結(jié)合面源綜合防治要求,提出農(nóng)藥和化肥減施、農(nóng)村固體廢棄物資源化利用、畜禽養(yǎng)殖場廢棄物處理利用、農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)測體系建設(shè)等對策措施建議。⑤嚴(yán)格控制渭河華縣至潼關(guān)的污染物排放量,在排污口、支流口設(shè)立自動監(jiān)測站,充分利用現(xiàn)有水文站,在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上,利用水資源質(zhì)量評價系統(tǒng)建立水生態(tài)、水環(huán)境預(yù)警。

4.2.2 統(tǒng)籌調(diào)配多種水源，合理提高河流納污能力

渭河流域各水庫應(yīng)該確保河流生態(tài)流量,保證渭河水量充沛,能夠滿足河流稀釋自凈的需要。同時分析區(qū)域供水結(jié)構(gòu)、非常規(guī)水源利用潛力、外調(diào)水的需要與可能,在保障合理生態(tài)用水的前提下,按照充分利用本地地表水、適度開采地下水、加大非常規(guī)水利用、提高水循環(huán)利用水平、合理增加外調(diào)水的原則,提出優(yōu)化區(qū)域供水結(jié)構(gòu)、提高水資源承載能力的措施建議,增加渭河流域的水量,增大渭河流域的納污能力,促進(jìn)渭河水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

4.2.3 加強(qiáng)支流的污染防治力度

目前渭河水質(zhì)雖然逐年變好,但是其主要支流北洛河、羅紋河水質(zhì)仍然較差,基本上均為Ⅴ類及劣Ⅴ類,嚴(yán)重影響了渭河的水質(zhì)達(dá)標(biāo)。要徹底改善好渭河的水質(zhì)必須對污染嚴(yán)重的支流加強(qiáng)治理力度。

緊緊抓住把黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展列入重大國家戰(zhàn)略的歷史性機(jī)遇,把渭河流域和渭河生態(tài)區(qū)生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展納入黃河流域發(fā)展規(guī)劃中。在“十四五”期間,建議中央財政加大政策支持和資金投入,為渭河流域和渭河生態(tài)區(qū)建設(shè)發(fā)展提供更多的支持。推動渭河流域和渭河生態(tài)區(qū)的節(jié)水、調(diào)水、水資源配置等關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)程,推進(jìn)流域生態(tài)治理保護(hù)和水土保持,推進(jìn)調(diào)水和生態(tài)補(bǔ)水工程建設(shè),加強(qiáng)對已建工程維修管護(hù),改善渭河流域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。深入挖掘渭河歷史文化淵源和文化所蘊(yùn)含的時代價值,傳承、保護(hù)和創(chuàng)新渭河水文化。力爭把渭河打造為黃河流域重要支流治理標(biāo)桿,體現(xiàn)渭河擔(dān)當(dāng)。