北洛河水环境容量研究

赵永红

（陕西省三门峡库区华阴河务局 陕西 华阴 714200）

1 北洛河概况

北洛河属黄河流域，为黄河二级支流，渭河一级支流。发源于榆林市定边县白于山南麓王盘山乡石涝沟郝庄梁，流向东南经吴起、志丹至甘泉县折向南，再经富县、洛川、黄陵，于白水县进入关中平原地区，经澄城县、蒲城县后，在大荔县东南三河口注入渭河。河流全长680.3km，平均比降1.79‰，其中上游平均比降2.51‰，下游平均比降1.34‰，总落差达1175 m。干流从河源至甘泉县道佐埠为上游，长297km；道佐埠至白水河口为中游，长229km；白水河口以下为下游，长154km。

2 北洛河水功能区划

根据《陕西省水功能区划报告》，北洛河干流共划分三个一级水功能区：北洛河吴旗源头水保护区、北洛河延安保留区、北洛河延安、渭南开发利用区；三个二级功能区：北洛河延安农业用水区、延安、渭南农业用水区、北洛河大荔农业用水区。

北洛河干流水环境功能区划如表1所示。

3 水环境容量计算因子及地表水环境质量标准限值

根据所收集到的水质监测资料以及水质评价结果，通过分析研究，选择化学需氧量（COD）和氨氮（N H3-N）作为污染因子，计算其水环境容量，其水环境质量标准限值如表2所示。

4 水环境容量计算模型的选择

当污染物进入河段后，在一定范围内经过平流输送、纵向离散和横向混合过程后，假设完全混合均匀，根据物质平衡原理，可建立起如下一维水质模型基本方程：

在稳态情况下，解析解为：

式中，C（X）——下断面的浓度，mg/L；

C0——上断面的浓度，mg/L；

Q0——上断面的来水流量，m3/s；

CA——排污口（支流）浓度，mg/L；

QA——排污口（支流）来水流量，m3/s；

K——综合降解系数，1/d；

X——计算河段距离，km；

U——河流流速，km/d。

根据污染物在各河段横断面上均匀混合的特点，本文采用河流一维模型计算河流水环境容量。

表1 北洛河干流水环境功能区划

表3 北洛河干流水环境容量计算单元划分

表4 洛河各站实测径流变化

图1 排污口概化示意图

表6 北洛河干流各功能区COD水环境容量计算结果

表7 北洛河干流各功能区氨氮水环境容量计算结果

根据水环境容量的定义，以水质目标和水体自净规律为依据，采用如下水环境容量计算模型：

式中，W——各水功能区水环境容量，kg/d；

Cs——水功能区水质目标，mg/L；

C0——上断面的水质控制目标浓度，mg/L；

Q0——上断面的来水流量，m3/s；

Ci——排污口（支流）标准排放（水质目标控制）浓度，mg/L；

QA——为排污口（支流）来水流量，m3/s；

K——污染物综合降解系数，1/d；

X——水功能区上断面到下断面的距离，km；

Xi——简化后排污口到下计算断面的距离，km；

U——水功能区设计流量下的河段平均流速，km/d；

86.4——单位换算系数。

5 设计条件的确定

5.1 计算单元的确定

根据《陕西省水功能区划报告》断面设置原则，确定了北洛河水环境容量计算单元，具体如表3所示，各功能区即为各计算单元。

5.2 水功能区设计流量、流速的确定

本文选取北洛河干流各水文站1956年～2000年（1961年～2000年）流量监测数据进行水文频率计算，将90%保证率最枯月平均流量作为设计流量。

利用各水文站实测流量、流速资料，建立流量—流速关系曲线，分析计算北洛河干流的设计流量下河段的设计流速。设计流速计算公式如下：

式中，u——设计流速，m/s；

Q——设计流量，m3/s；

A——过水断面面积，m2。

表5为北洛河各水文站设计流量成果表。

5.3 初始浓度值C0的确定

上断面初始浓度C0为上一个计算单元的水质控制目标；控制断面浓度Cs则为各计算单元所在的功能区水质目标浓度。

5.4 综合降解系数的确定

参考收集到的一些河流的K值以及其他流域的研究成果，结合陕西省水资源综合规划专题四成果之—《陕西省水资源保护评价》，确定北洛河水体污染物综合降解系数为：CODcr综合降解系数0.3 d-1，氨氮综合降解系数0.2 d-1。

6 北洛河水环境容量计算

在计算水环境容量之前，需要将排污口概化（排污口概化示意如如图1所示），以此降低计算的复杂性，本文将所有的排污口概化成一个集中的污染源，根据一维水环境容量计算公式以及各参数，计算各段水环境容量。

北洛河各功能区COD水环境容量计算结果如表6所示。

由表6可以看出，北洛河延安保留区、延安农业用水区、延安、渭南农业用水区、大荔农业用水区COD的水环境容量分别为：745t/a、843t/a、2166t/a、2031t/a，其中延安、渭南农业用水区的水环境容量最大，占北洛河干流COD水环境容量的37.44%。

北洛河各功能区COD水环境容量计算结果如表7所示。

由表7可以看出，北洛河延安保留区、延安农业用水区、延安、渭南农业用水区、大荔农业用水区氨氮的水环境容量分别为：76 t/a、50 t/a、185 t/a、186 t/a，其中大荔农业用水区的水环境容量最大，占北洛河干流氨氮水环境容量的37.42%。

7 小结

本文根据北洛河的河流特点、功能区划结果以及水质目标，选择适合北洛河的水质模型并在其基础上对排污口进行概化，推导出河段水环境容量计算公式，计算出90%保证率下的水环境容量。

（1）北洛河干流90%保证率下的COD水环境容量为5785t/a；延安保留区、延安农业用水区、延安、渭南农业用水区、大荔农业用水区的水环境容量分别为：745 t/a、843 t/a、2166 t/a、2031 t/a，其中延安、渭南农业用水区的水环境容量最大，占北洛河干流COD水环境容量的37.44%。

（2）北洛河干流90%保证率下的氨氮水环境容量为497 t/a；延安保留区、延安农业用水区、延安、渭南农业用水区、大荔农业用水区氨氮的水环境容量分别为：76 t/a、50 t/a、185 t/a、186 t/a，其中大荔农业用水区的水环境容量最大，占北洛河干流氨氮水环境容量的37.42%。