甘河加格达奇段水功能区排污控制区纳污能力测算

司国佐，周连芳

(大兴安岭水文局，黑龙江加格达奇165000)

随着现代科技进步、工农业生产的迅猛发展以及人类生活日新月异的变化，造成对水环境的影响日益突出，大量的工业废水和生活污水(有的甚至未经处理)排入附近的江、河、湖、海等水体，造成不少水域的严重污染。水环境污染严重制约了经济的发展，危害生态环境、影响人民生活和身体健康。我国在总结西方国家经验基础上探索了适合我国国情的水污染防治路线:采用人工处理与合理利用自然净化能力结合的技术路线，实行浓度控制和总量控制相结合的管理制度。这些管理制度是建立在合理利用纳污能力(水环境容量)这个基点上的，因此掌握水域的纳污能力，必将为水污染的防治和控制管理提供重要的科学依据。从一定意义上讲，水域的纳污能力也是一种资源，只有弄清了水域的纳污能力，才能合理利用纳污能力，对其既不造成破坏又不造成浪费，为水资源的合理开发、综合利用提供决策依据。

水域纳污能力是指在设计水文条件，某种污染物满足水功能区水质目标要求所能容纳的该污染物的最大数量。纳污能力实际上由三部分组成，即稀释容量、迁移容量和净化容量，稀释容量、迁移容量取决于水域的水量和流速，净化容量取决于水体对污染物的降解程度。水域纳污能力的大小取决于功能区的来水水质、水质保护目标、水功能区的长度、水功能区所在河流的设计流量与流速，以及污染物综合衰减系数等因素。本文对甘河加格达奇段水功能区排污控制区的纳污能力进行测算。

1 基本概况

素有“万里兴安第一城”的加格达奇，是大兴安岭地区行政公署驻地，也是全区的政治、经济、文化中心和交通枢纽，城市人口15.6万人。整个加格达奇区唯一的地表水资源就是境内只有55 km的甘河，它是嫩江上游右岸的第一大支流，甘河全长490 km，为地方的工业生产及饮用水做出了巨大的贡献。特别是1998年国家对大兴安岭实施天然林保护工程后，经济类型由林业经济向林区经济转型，木材精深加工、绿色特色食品、北药、矿产等多种接续和替代产业蓬勃发展，促进了地方经济的发展繁荣，当地政府出台一系列招商引资的好政策，不断吸引外地投资。任何产业的发展都离不开水资源，在利用水资源的同时也会对水资源造成污染。无论发展哪种产业，前提都应保护大兴安岭的这片绿色。经济的发展固然重要，在发展经济的同时，要做到污染防治与生态环境保护并重，决不能走先污染后治理的这条路，这是大兴安岭作为生态功能示范区主体功能区规划的要求。因此，在开发前和开发过程中，必须加强矿产资源开发与生态环境治理的监督管理，掌握当地水域的纳污能力，合理利用水资源，这对发展地方经济具有重要的理论意义和现实意义。

《根据黑龙江省地表水功能区标准》DB23/T740—2003，大兴安岭加格达奇段水功能区划分为甘河加格达奇市饮用、工业用水区，甘河加格达奇排污控制区及甘河白桦过渡区共3个区。全区居民的生活污水及工业废水均排放到甘河加格达奇排污控制区，掌握此区的纳污能力，无疑成为地方政府进行水污染防治和控制管理的决策依据，同时也是合理利用水资源，发展地方经济的重要依据。本文正是基于现实需要，对甘河加格达奇排污控制区的纳污能力进行了测算，而对于河道较短的饮用水源区纳污能力为0，过渡区可参照排污控制区的计算方法进行测算，本文不做测算。甘河加格达奇段各水功能区的范围及相应水质目标见表1:

表1 甘河加格达段水功能区划及水质标准

2 水域纳污能力的计算方法

2.1 水质模型

甘河河道属于宽深比不大的中型河道，污染物质在排放到水体中后，在较短的纵向距离河段内基本上能在断面内达到均匀混合状态，污染物浓度在断面上横向变化不大，忽略不灵敏因子纵向分散的作用，可用一维水质数学模型模拟污染物沿河流纵向的迁移转化规律。一维水质数学模型公式为:

式中:Co为初始断面的污染物浓度，mg/L;Cx为经过x为距离后的污染物浓度，mg/L;K为污染物综合衰减系数，1/s;x为沿河段的纵向距离，m;u为设计流量下河道断面的平均流速，m/s。

考虑到同一功能区内沿河经常分布多个入河排污口，计算时，需要将排污口的分布加以概化，概化主要有两种方法，概化为均匀分布或概化为一个集中点。下面是将入河排污口概化在功能区的集中点时的功能区下断面的污染物浓度及其相应的水域纳污能力的计算公式。

式中:CL为水功能区下断面污染物浓度，mg/L;L为水功能区的长度，m;L1为入河排污口距离下断面的纵向距离，m;Q为设计流量，m3/s;其余符号意义同前。

式中:Cs为水功能区下断面污染物的目标浓度，mg/L;其余符号意义同前。

2.2 水质模型参数的确定

2.2.1 设计流量和设计流速

采用保证率为75%的最枯月平均流量;设计流速为设计流量对应的断面流速。根据甘河加格达奇水文站资料情况，选取建站自有资料1972年～2008年共37 a中每年的最枯月平均流量作为样本，进行P－Ⅲ型频率计算，求得P=75%保证率下的设计流量为0.968 m3/s，设计流量下的过水断面的平均流速为0.30 m/s。

2.2.2 污染物的综合衰减系数

污染物的综合衰减系数不单是污染物在河道中随水流输移过程中，由于物理、化学和生物作用而发生降解，而且其降解速度与河流的水文条件，如水深、流量、流速、水温、泥沙、污染物含量以及河道的形态等因素有关，因此将各种影响因素概化为污染物的综合衰减系数K，作为综合反映污染物降解的强弱程度。在实际应用中，不同河流不同时期影响因素千差万别、复杂多变，使得K很难确定，《水域纳污能力计算规程》(SL348―2006)中给出的3种方法中，分析借用法与经验公式法精度较难保证，而实测法要求的实验条件较严格，很难操作，此3种方法均不适用。本文根据当地的实际情况，将2005年、2009年两个水功能区监测年份中检测得到的加格达奇水文站、东风经营所及入河排污口的污染物检测数据、加格达奇水文断面实测水位资料相应的河段流量、流速，及设定的K等带入水质模型，在排污控制区、过渡区内逐日模拟东风经营所断面及白桦断面污染物浓度变化与实测浓度值比较来拟订综合衰减系数。经过多次对K的调整，选取模拟过程与实测值拟合较好时的系数。并将污染物在两个不同功能区中选好的系数进行均值计算，最后得出甘河加格达奇段COD的K=－0.19/d－1，NH3－N的K=－0.17/ d－1。中国环境规划院在《全国地表水水环境容量技术复核要点》2004年提出了水质降解系数参考值见表2。

表2 水质降解系数参考值表

本次分析的河段水体水质状况属于Ⅱ－Ⅲ类，所以综合衰减系数K在上表推荐的参考值范围，说明成果有一定的合理性，可以在甘河加格达奇段采用。

2.2.3 初始断面的污染物浓度及水质目标值

初始断面污染物浓度Co取2004－2008年的多年平均值;水质目标以《黑龙江省地表水功能区标准》DB23/T740—2003所规定的管理水质目标作为控制标准，目标值则根据《地表水环境质量标准GB3838－2002》中相应的水质类别对应的数据来确定。

2.3 水域纳污能力的测算

不同的水功能区划对水质的要求不一，可用地表水环境质量标准GB3838－2002控制，而排污控制区在标准中未作水质要求，要计算排污控制区的纳污能力，必须根据过渡区出水水质目标Cs白桦推求过渡区入口断面允许的最大浓度C东风表示。由《黑龙江省地表水功能区标准》DB23/T740—2003查得过渡区出水断面目标水质是Ⅲ类。根据公式(2)计算甘河加格达奇段排污控制区下断面东风经营所断面的最大允许浓度。

本文计算的排污控制区内只有一处入河排污口，且其位置靠近排污控制区上断面，将排污口位置处理为恰在排污控制区上断面处。根据公式(3)计算排污控制区的纳污能力。

4 结论

通过对甘河加格达段水功能区排污控制区纳污能力的测算，得出此排污控制区的COD纳污能力为1 260.2 kg/d，氨氮纳污能力为86.3 kg/d。由于甘河属于季节性河流，一年当中丰、平、枯各水期的水文因素相差很悬殊。在计算纳污能力时选择的设计流量，如按全国统一选择90%保证率或者近10 a最枯月流量，北方的河流计算单元设计流量非常小，甚至为零，根据中国环境规划院在《全国地表水环境容量核定有关技术问题的说明》2004年建议北方河流，可考虑按照75%保证率进行选择参考设计流量，进行水环境容量(纳污能力)计算，得到可参考的水环境容量。本文是按照75%保证率进行选择参考设计流量的条件下进行甘河加格达段水功能区排污控制区纳污能力的测算，得到可参考的纳污能力。为更准确地测算到甘河加格达段水功能区排污控制区的纳污能力，还应在基准条件下测算的可参考的纳污能力基础上，再进行不同水期的纳污能力测算，测算方法同上。

［1］ 黑龙江省技术监督局.DB23/T740－2003黑龙江省地表水功能区标准［S］.哈尔滨:黑龙江省科学技术出版社，2004.

［2］ 国家环境保护局，国家质量监督检验检疫总局.GB3838－2002地表水环境质量标准［S］.北京:中国环境科学出版社，2002.

［3］ 中华人民共和国水利部.SL348－2006水域纳污能力计算规程［S］.北京:中国水利水电出版社，2006.

［4］ 张文志.采用一维水质模型计算河流纳污能力中设计条件和参数影响分析［J］.中国西部科技，2007(5):43－45.