山西省沁河流域水环境承载能力与限制排污总量控制分析

□陈琳

(山西省防汛应急抢险总队山西太原030002)

山西省沁河流域水环境承载能力与限制排污总量控制分析

□陈琳

(山西省防汛应急抢险总队山西太原030002)

本文以化学需氧量COD和氨氮NH3-N为污染物控制目标，根据山西省沁河流域水功能区划、水质现状和保护目标等情况，运用河流一维模型计算出沁河流域的水环境承载能力，并提出了污染物总量控制方案和水资源保护的一些措施，为落实最严格的水资源管理制度，加强水功能区限制纳污红线管理提供科学的依据。

沁河流域、水环境承载能力、排污总量控制

本文DOI编码：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2015.06.019

《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》（中发[2011]1号）、《国务院关于实行最严格水资源管理制度的意见》（国发[2012]3号），明确提出建立水功能区限制承载制度，确立水功能区限制承载红线，从严核定水域承载容量，严格控制入河湖排污总量。为了贯彻落实最严格的水资源管理制度，强化水资源保护的监督管理，迫切需要从严核定承载容量，建立以限制排放总量为核心的水功能区限制承载制度。

近年来，随着经济的飞速发展，工农业等产生的废污水排放量急剧增加，山西省沁河流域的河流水质状况也日益恶化，因此对沁河流域水功能区进行承载能力的核定和限制排污总量控制分析，是落实最严格水资源管理制度的重要基础，也将为各级政府防治水污染、强化水资源保护提供强有力的依据。

1　沁河流域及水功能区概况

沁河水系包括沁河干流和其支流丹河发源于山西省沁源县霍山南麓，位于东经111°55'～113°30'，北纬35°11'～37°08'，居山西省东南部，包括长治市、临汾市和晋城市。由北向南流经沁源、安泽、沁水、泽州、阳城五县，进入河南省的沁阳、武陟，于南贾村汇入黄河。河长485km，流域面积13 532 km2，其中最大支流丹河2 980 km2，干流落差1 674m，平均比降4.15%。根据《山西省水功能区划》，沁河水功能一级区划共划分6个功能区，其中2个保护区、2个缓冲区和2个开发利用区，即沁河沁源源头水保护区、沁河临汾晋城开发利用区、沁河阳城缓冲区、丹河高平源头水保护区、丹河晋城开发利用区、丹河晋城缓冲区，在2个开发利用区中又划分为沁河沁源县饮用农业用水区、沁河安泽县饮用工业用水区、丹河任庄水库农业工业用水区等7个二级水功能区。

在水功能区上，分别以一级与二级功能区为基本统计单元，不同水功能区排污口分布见表1，其中开发利用区为排污口调查的重点，共调查排污口77处。

表1　沁丹河水系不同水功能区入河排污口分布表

在不同量级废污水的水资源分布上，沁河干流入河排污口以废水量10～100万m3/a为主，丹河以废水量10万m3/a以下排污口为主,不同量级废污水的水资源分布见表2。

表2　沁丹河水资源分区不同量级排污口分布统计表

2　水环境承载的能力分析

水环境的承载能力也称为水体纳污能力，主要指对确定的水功能区，在满足水域功能要求的前提下，按照给定的设计水文条件，功能区水体所能容纳的最大污染物量。

2.1模型选择

水功能区承载能力的计算应当根据实际情况来确定不同的数学计算模型。根据污染物在各河段横断面上均匀混合的特点，采用河流一维模型计算水域承载能力。公式为：

式中：W——水功能区承载能力，t/a；

q——水功能区入河污水量，m3/s；

Cs——水功能区水质目标，mg/L；

Q——水功能区设计流量，m3/s；

C0——水功能区上断面污染物浓度，mg/L；

k——污染物综合衰减系数，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，m/s。

2.2控制指标的确定

按照《山西省水功能区划》中规定的水质目标对照相应标准予以确定。以COD、氨氮为主要污染控制指标。

2.3模型参数的确定

2.3.1设计流量的确定。1）控制站设计流量确定各控制站以95%保证率最枯月平均流量作为设计流量。2）水功能区设计流量确定。有水文站的水功能区，设计流量直接采用控制站设计流量进行分析计算。无水文资料的河段，设计流量按以下原则确定：

a）距水文站较近，区间无较大的支流加入或大的取水口，直接借用邻近水文站的资料推求设计流量；

b）距水文站较远，区间有较大的支流加入或大的取水口，通过水量平衡计算，确定设计流量。

2.3.2断面设计流速确定。利用水文站断面及流量资料，点绘水位～流量、水位～面积关系

根据设计流量推求设计面积，采用公式计算:

式中：——设计流速(m/s)；

——设计流量(m3/s)；

——过水断面面积(m2)。

2.3.3初始浓度值C0的确定。根据上一个水功能区的水质目标值来确定C0，即上一个水功能区的水质目标值就是下一个功能区的初始浓度值C0。

2.3.4综合降解系数的确定。综合降解系数反映了污染物在水体作用下降解速度的快慢。研究表明，降解系数不但与河流的水文条件，如流量、流速、河宽、水深、泥沙含量等一系列的因素有关，更为重要的是降解系数还与河道的污染程度有关。污染物降解系数可用实测资料反推或水团追踪法求取，亦可经类比分析确定。利用实测水质资料反推K值，计算公式如下：

式中：C1——河段上断面污染物浓度(mg/L)；

C2——河段下断面污染物浓度(mg/L)；

Vs——河段平均流速(km/d)；

吟x——上、下断面距离(km)。

山西省水文水资源勘测局2003年在汾河下游选取无支流和排污口汇入的柴庄河段进行试验，根据上下断面的监测值、水流流速、河长距离等参数，对CODcr和氨氮的降解系数分别进行计算，其结果是：CODcr的降解系数为0.40d-1,氨氮的降解系数为0.22d-1。

在缺乏实测资料的情况下，综合衰减系数根据以下经验公式进行确定：

式中：u——设计流量下河段平均流速(m/s)。

根据沁河实际情况，并参考汾河实验的结果，COD的k值取值范围在0.2～0.48（1/d）之间，平均为0.34（1/d）；氨氮的k值取值范围在0.12～0.32（1/d）之间，平均为0.22（1/d）。

由于流量、水质情况的差异，综合衰减系数会有所不同。

2.4水环境承载能力计算结果

按照确定的计算原则和采用水质计算模型，根据不同的河段断面形态和水力特性、污染物扩散特征以及各河段水体功能和水质管理目标，以各水功能区为计算单元，自上而下逐段进行水域承载能力的计算。各水功能区水环境承载能力计算结果见表3。

沁丹河水系COD和NH3-N的承载能力分别为8444.8t/a和374.0t/a，见表3。

表3　沁丹河水系水环境承载能力统计表

2.5承载能力结果分析

在一级水功能区上，承载能力最大的为开发利用区，其COD和氨氮的承载能力分别为7969.8t/a和352.0t/a，分别占水系总承载能力的94.4%、94.1%；而沁丹河源头水保护区为河流重点保护河段，禁止在本段进行对水质不利的开发利用活动，其承载能力则计为0。在二级水功能区上，承载能力最大水功能区为农业用水区，其COD和氨氮的承载能力分别为4 264.6t/a和196.1t/a，沁丹河水系不同功能区承载能力统计结果见表4。

3　污染物总量控制方案

污染物总量控制的目的是河道水质达到水功能区水质目标。考虑到沁河水质较好、丹河中下游水质已遭受严重污染的现实，本次限制排污总量原则是流域内各行政区排放的主要污染物总量不再增加，具体计算方法为：若功能区现状入河量小于或者等于该功能区的允许承载量，否则该目标控制总量将视其为功能区入河污染物的控制总量；反之，将该功能区允许承载量作为其入河污染物控制总量。沁丹河水系各水功能区污染物限制排放总量统计见附表4。

以分析计算范围内水功能区为基础统计得沁河COD、NH3-N限制排污总量分别为901.7t/a和103.4t/ a，丹河COD、NH3-N限制排污总量分别为461.7 t/a和37.7t/a。沁丹河流域限制排放总量成果见表5。

表4　沁丹河流域水功能区承载能力统计结果表

表5　沁丹河流域限制排污总量意见统计表

4　水资源保护对策的措施

4.1制定一些保护方面的措施

1）制定一些饮用水资源的保护区和一些比较集中的饮用水源地保护方案，重点在于落实和监督管理举措，以防水资源的枯竭和水体等方面的污染，确证城乡居民的饮用水安全。

2）做好沁河源头的生态系统保护和建设工作，保护好河源的生态环境。利用当地的自然资源和地理优势，重点发展一些绿色产业和生态农业，采取一系列的措施来提高当地的水资源及水环境的承载能力。

3）严格按照保护优先原则和经济社会可持续发展的原则，限制在较好的水源质量区域内建设一些规模大和污染重的开发项目。

4）提高人们的节水意识，大力推广合理用水、节约用水及污水资源化。采取一系列的方法去处理生活中的污水。

4.2治理方面的措施

1）对有污染物的源头实施严格的监督管理制度，以此来控制污染物的排放，制定一系列的规章制度。按照以水定供和以供定需的原则，大力调整产业结构、对工业重新布局，进行一系列的技术改造，重点推行清洁生产和厉行节水减污。提高工业用水的重复率，加大对工业废水的处理，坚决淘汰一些落后的生产工艺产品，关停一些高耗水和重污染的企业。

2）加大城市的污水处理设施建设，包括建立城市集中污水处理厂和居民小区污水处理设施等，统筹安排城市的供水设施。

3）提高水环境容量和水体自净能力：主要有水工程的调度、引水的减污、疏浚和清淤等一系列的工程措施。其中水工程的调度主要用于一些有闸坝控制的水体，理应结合水情和自然条件，加大水量的调度，提出一些调度的方案。引水的减污应该提出一些具体的工程规模和调水量，从而分析出提高水资源承载力和减污的效果。清淤措施应该提出具体的清淤量以及实施方案。

4）修复生态措施：通过一系列的措施，修复已经破坏的生态环境。通过合理配置使用水资源，使得生产、生活和生态用水得以同时兼顾，从而解决了水资源稀缺的河道断流等问题。

5）控制面源污染采取措施。大力发展生态农业，改进传统的模式，调整农业结构，提高农作物对氮磷钾的吸收效率；为了防止土壤氮磷的流失，采取生物和工程措施相结合的方法，加大水土流失的治理工作。

6）加大水功能区的水质监测和主要入河排污口污染物监测，结合已有规划成果，提出一系列的内容，如监测断面、项目、站点布设等。

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[2]路雨，苏保林.河流纳污能力计算方法比较[J].水资源保护,2011(4)：5-8

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1004-7026（2015）06-0036-03中国图书分类号：X323

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