河北省水体纳污能力预测分析

张 芸，刘克岩，王秀兰

（河北省水文水资源勘测局，河北石家庄 050031）

河北省在近30年的经济快速增长中，水资源也经历了一个高速开发的时期。近10年，是河北省全面建设小康社会和沿海经济强省的关键时期，社会经济快速发展，工农业用水逐步增加；未来10年，经济发展趋于稳定，且随着全省节能减排、污水回用等措施的开展，工农业用水也将趋于稳定。为此，选择2020年为预测年。

水体纳污能力的计算公式为：

式中：Q为水功能区设计流量；q为水功能区入河污水量；Cs为水功能区水质目标；C0为水功能区上断面污染物浓度；k为污染物综合衰减系数；V为水功能区水体体积。从式（1）中看出，影响水体纳污能力大小的主要因素包括枯季河道径流量、水环境状况、废污水处理及入河情况以及南水北调中线工程供水后供排水变化情况4个方面。通过分析上述各因素变化规律，得出全省2020年水体纳污能力预测结果。

1 枯季河道径流量预测

河道径流量是影响水体纳污能力大小的主要因素。枯季河道径流量变化与全年河道径流量变化趋势有联系但又有较大差别。

1.1 地表水变化趋势分析

河北省降水年内分布不均，汛期（6—9月）降水占全年的70%～80%，汛期河道径流明显高于其他月份。以大清河水系沙河阜平站为例进行说明，阜平站位于王快水库上游，属于山区站，受人为因素影响较小，通过该站的流量变化反映河北省水资源整体变化情况，较有代表性。资料采用1950—1999年阜平站实测月平均流量，以10年为单位，对10年内各月的流量取平均值，绘制20世纪50—90年代平均流量变化图，见图1。从图1中可以看出，平均流量随着时间的推移而逐渐减小，汛期尤其明显，以8月份为例，50年代月平均流量高达100.2 m3/s，60年代就下降到62.5 m3/s（下降了40%左右），到了90年代只有24.5 m3/s、仅是50年代平均流量的24%，其他月份也有逐渐减小的趋势。

图1 大清河水系阜平站流量年代变化

1.2 枯季河道径流量预测

枯季河道径流量预测方法是对1958—2008年枯季实测径流量进行分析，以2007年为现状年，在河北省八大水系选取有连续监测资料的代表站点进行50年的水量趋势分析，以点带面应用于整个水系。冀东沿海水系由于有跨流域引水且引水量所占比重较大，采用两种方法分析，方法一是：冀东沿海水系沙河和泉水河，1980年之后有跨流域引水且引水量持续稳定，2020年枯季水资源量应与现状相差不大，故这两条河流采用2007年枯季径流量资料作为2020年预测值；其他站点采用方法二，即以天然径流量减去农业还原量的剩余量来进行趋势分析。

预测结果表明，2020年各水系枯季流量与2007年相比均呈下降趋势。其中，子牙河水系下降趋势显著；内陆河、大清河、北三河、滦河、漳卫南运河、冀东沿海水系下降趋势平缓。永定河水系石匣里站拟合曲线，如图2所示。

图2 石匣里站枯季流量变化趋势拟合曲线

1.3 2020年枯季水资源量预测结果

根据各水系拟合曲线，计算出2007、2020年各代表站的枯季流量拟合值和年变化率，用该年变化率与各水功能区2007年枯季实际流量值推算出该水系各水功能区2020年的枯季流量。各水系预测结果，见表1。

表1 各水系枯季流量预测结果

由表1看出，各水系年变化速率均为负值，子牙河水系枯季流量年变化率最大，其次是永定河水系，冀东沿海水系最小。所有水系，2020年枯季流量的预测值均不同程度地减小，这将使得2020年水体纳污能力亦减小。

2 污染源治理及污水处理厂建设影响预测

污染源治理及污水处理厂建设对纳污能力的影响，一是通过影响水体水质、进而影响污染物综合衰减系数，二是处理后的中水回用造成入河水量减少。由于污水处理厂主要建于11个设区市和二级市，因此其影响范围主要为大中城市下游的河流。

根据《河北省环境保护“十一五”规划》目标，COD排放总量在2005年排放总量的基础上削减15%。截至2008年，河北省新建的减排工程大部分进入运行阶段，COD排放量比2005年净削减率为9%，超额完成8%的中期减排目标要求。至2020年，COD和氨氮的排放量削减15%的目标能够实现。随着污染物排放量的减少，入河污水量将相应减少，并且随着污水处理厂的运行，其出水水质将优于现状，中水回用的比例将增大，这些均造成入河水量的减少。

考虑上述因素，2020年入河污水量按照比现状减小15%的比例进行城市下游河道纳污能力预测。仅考虑这单一因素，2020年全省COD、氨氮枯季水体纳污能力将比2007年减小4%。

3 南水北调中线供水影响预测

南水北调中线供水对水体纳污能力的影响，主要是在增加用水的同时增大了污水排放量和入河量，从而对受水区城市下游河流水体纳污能力造成影响。

河北省南水北调中线工程受水区包括石家庄、邯郸、邢台、保定、廊坊、沧州、衡水7个设区市及所属县（市）等多个重要工业区，2020年南水北调将正式供水用于工业、生活用水，其来水量将对受水区水资源进行补充，从而减少地下水的开采。

3.1 预测方法

预测方法分为三步：第一，根据《河北省水资源公报》多年统计数据，计算出工业、生活用水的增长率，从而预测2020年受水区工业、生活用水量比现状年的增加量。第二，根据《全国水资源保护规划》的污水排放系数、入河系数，预测2020年增加的污水排放量及入河量。第三，考虑中水回用、生态景观用水等需求，分析南水北调中线供水对纳污能力的影响。

3.2 预测结果

1997—2007年10年间，受水区工业、生活用水量逐年增长，年增长率为2.5%，工业、生活用水两者增长趋势相差不大，工业用水的增长率仅略高于生活用水0.4个百分点。据此预测，至2020年受水区工业、生活用水量将达到30.2亿m3，比2007年增长7.4亿m3。

受水区7个市污水排放系数在0.36～0.64之间，平均为0.48，不考虑其他因素，污水排放量将增加4.5亿t。根据现状入河系数考虑中水回用等因素，2020年污水入河系数按照现状的10%考虑，预测出2020年南水北调供水后整个受水区增加的污水入河量为0.31亿t。

主要影响河流为牛尾河、府河、沧浪渠、滏阳河、龙河。不考虑其他因素，南水北调中线供水后受水区水体纳污能力将比2007年增加3%。

4 地表水环境状况变化趋势分析

水环境变化对水体纳污能力的影响，主要是通过对污染物综合衰减系数的影响实现的。综合衰减系数是计算水体纳污能力的一项重要参数，是反映污染物沿程变化的综合系数，它体现污染物自身的变化，也体现了环境对污染物的影响，对于不同的污染物、不同的环境条件其值是不同的。对于一条河流来说，如果污染物浓度高，其进行衰减的时间和距离就长，相应的纳污能力就小。根据1998—2007年间水质监测资料，山区及平原河流水质有缓慢变差的趋势，而水库及洼淀水质类别变化不大。从富营养状况上看，7座水库和白洋淀有上升趋势，12座水库和衡水湖有下降趋势，上升比例占38%，下降比例占62%，这说明近些年污染治理初见成效。到2020年，全省水质恶化趋势将得到缓解，那时的污染物浓度与现在相差不大，因此河北省地表水环境的变化趋势对水体纳污能力的影响较小。

5 河北省水体纳污能力预测结果

将上述因素同时考虑，经分析计算得出2020年枯季河北省COD、氨氮的水体纳污能力为152 965.6、6 291.2 t，比2007年减小27%。按照水系统计，2020年纳污能力与2007年相比，北三河水系减小比例最大，COD和氨氮分别减小了61.0%和70.8%；其次是漳卫南运河水系，COD和氨氮分别减小了48.2%和51.1%；纳污能力变化最小的冀东沿海水系，与现状年相比，COD和氨氮的减小比例仅为14%。详见表2。

表2 2020年河北省水体纳污能力预测结果 t

在影响水体纳污能力的4个因素中，废污水处理及入河情况和南水北调中线工程供水变化情况对城镇下游河流水体纳污能力影响较大，水环境状况变化间接影响水体纳污能力且影响较小，而河道流量减少所带来的影响最为显著，河道流量的多少是决定水体纳污能力大小的关键。近年来，河北省降水量连年偏枯，造成地表水资源量逐年减少，因此各水系的水体纳污能力也随之减小。目前，全省入河污染物量远大于水体纳污能力，要实现水功能区划目标需要付出艰辛努力。从纳污能力预测结果看出，如果延续近十几、二十几年水文气象条件，全省纳污能力将继续降低，水污染治理更加任重而道远。