潮白新河下游流域水环境容量计算及分析

2014-03-23张征云刘红磊

海河水利 2014年5期

李莉，张征云，刘红磊，于丹

（天津市环境保护科学研究院，天津 300191）

1 概述

水环境容量是反映水生态环境与社会经济活动密切关系的度量尺度，是一个比较复杂含糊的概念，目前比较公认的水环境容量表述为：在不影响与一水体正常使用的前提下与满足社会经济可持续发展和保持水生态系统健康的基础上，参照人类环境目标要求某一水域所能容纳的某种污染物的最大负荷量或保持水体生态系统平衡的综合能力[1]。

2 潮白新河流域概况

潮白河上游分为潮河和白河两大支流，分别发源于河北省的丰宁县和沽源县，两河在密云县河槽村汇合后始称潮白河。潮白河流经香河县入潮白新河，在吴村闸以下约20 km 处进入天津市。潮白河吴村闸以下河道经1972年调直、扩宽，至河口宁车沽防潮闸称潮白新河。潮白新河自河北省香河县吴村闸开始，经天津市宝坻区史各庄镇张贾庄村入境，流经宝坻区、宁河县、滨海新区塘沽于塘沽宁车沽防潮闸汇永定新河入渤海湾，全长99.2 km，其中天津市辖区内河道长度81 km，河道设计功能为泄洪（非汛期用于农灌）。

3 计算参数确定

3.1 流量确定

潮白新河在天津入海，入海口的入海水量监测数据为潮白河设计流量的确定提供了重要依据。潮白新河1985—1999年15年间入海水量见表1。通过水文比拟法，得到潮白新河90%、75%保证率下的入海流量分别为0.762、3.53 m3/s，以此作为宁车沽闸的末端流量。

运用同样的方法，通过对水利资料的查询及计算获得潮白新河上朱刘庄闸、里自沽闸90%保证率下的流量（分别为0.579、0.594 m3/s），以此作为潮白新河宝坻区段和宁河县段水环境容量核算的起始基准断面流量；引青入潮河的流量为0.113 m3/s。而在75%保证率下，朱刘庄闸、里自沽闸的流量分别为2.69、2.76 m3/s，引青入潮河的流量为0.525 m3/s。

表1 1985—1999年潮白新河入海水量（宁车沽断面）

在潮白新河河畔设置的分洪闸、泄洪涵、取水泵站等从潮白新河取水的都可以看作是潮白新河的取水口，共计18 个（其中宝坻区8 个、宁河县10个）。潮白新河河畔较多闸坝接纳灌溉退水、地表径流或是生活污水，这些泄涵、闸坝可看作是潮白新河的排污口，共计8 个（其中宝坻区2 个、宁河县6 个）。为获得每个取水口或进水口（排污口）的流量数据，假设：①在每个计算区段，上下监测断面的流量差值为该区段中取水口及排污口流量之和；②除监测断面外，各泵、闸的设计流量与各自的实际流量成正比（这些断面不以行洪为目的，其流量设计亦不针对几年一遇洪水）。据此计算，可得每个取水口或进水口（排污口）的基准流量数据，以此作为潮白新河下游流域水环境容量计算的基础。计算结果，见表2-3。

表2 潮白新河下游宝坻区段支流、渠、闸位置及计算流量

表3 潮白新河下游宁河县段支流、渠、闸位置及计算流量

3.2 设计流速确定

相比于流量资料，潮白新河的流速资料更为缺乏。参考与之水文条件相似的蓟运河，利用1978年海河流域水文年鉴第二册中的蓟运河的流量、流速实测值，确定其初始流速为0.08 m/s。根据水环境容量计算软件中的条件要求，以0.10 m/s 进行水环境容量计算。

3.3 污染物初始浓度及降解系数确定

（1）污染物初始浓度。按照以下原则，确定每条河流污染物的初始浓度。①潮白新河污染物的初始浓度按照上游监测断面的目标水质确定；②在其他情况下，判断计算河流的实际监测水质，如果实际监测水质优于目标水质，则污染物初始浓度为实际监测值，反之则采用水质目标为初始浓度。

潮白新河现状水质为综合劣V 类，上游来水水质不达标（V 类）。因此，采用目标水质（V 类）标准作为河流水体污染物初始浓度，即COD 浓度为40.00 mg/L、NH3-N浓度2.00 mg/L。

（2）污染物降解系数。在进行理想水环境容量计算过程中，需要确定综合降解系数以及入河系数等参数。天津市的河流实际监测的水质情况多为V 类和劣V 类，且缺乏有系统的综合降解系数以及入河系数的实测和研究成果。因此，根据一般河道水质降解系数参考值，选定COD 的综合降解系数为0.20（1/d）、NH3-N 的综合降解系数为

0.10（1/d）。

4 模型选择

潮白新河属于人工影响剧烈、闸坝泵站众多的河流，闸门的开启时间不规则，综合考虑各方面因素，潮白新河属于狭长河流，并且深度不大，排污口的废水排放量与河流的流量比例适当，污染物在较短的时间内基本能混合均匀，故横向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略。采用一维模型进行正向模拟，并对河流的流速值进行适当修正，使其满足河流污染物一维稳态衰减微分方程进行水环境容量的计算条件[2]。

式中：u 为河流断面平均流速（m/s）；x 为沿程距离（km）；K为综合降解系数（1/d）；C为沿程污染物浓度（mg/L）；C0为前一个节点后污染物浓度（mg/L）。

具体操作方法采用中国环境科学研究院研发的水环境容量核算模型进行。

5 水环境容量计算

将确定的计算单元的设计流量、设计流速、监测断面情况、排污口情况、支流情况、排污口入河系数、污染物降解系数等计算要素带入模型中，通过排污口污染物（COD、NH3-N）浓度的调节，可以得到潮白新河61%河段水质达标时下游流域的理想水环境容量。通过计算可知，90%保证率下及61%河段水质达标时潮白新河下游流域近期水环境容量为：COD2 382 t/a、NH3-N 74 t/a；远期水环境容量为：COD1 783 t/a、NH3-N 61 t/a。而在75%保证率下及61%河段水质达标时潮白新河下游流域近期水环境容量为：COD10 998 t/a、NH3-N 354 t/a；远期水环境容量为：COD8 468 t/a、NH3-N 286 t/a。具体分区县计算结果，见表4-5。