大型河流饮用水水源保护区划分方法研究——以长江宜宾段为例

2016-01-16王洪前杨会改

绿色科技 2015年4期

关键词：饮用水

王洪前，杨会改，王斌

(四川大学建筑与环境学院，四川成都 610065)

大型河流饮用水水源保护区划分方法研究——以长江宜宾段为例

王洪前，杨会改，王斌

(四川大学建筑与环境学院，四川成都 610065)

摘要：以长江宜宾段为例，详细介绍了大型河流饮用水水源保护区的划分方法步骤，并对划分的过程中应该注意的问题做了总结，为大型河流饮用水水源保护区的划分研究提供参考。

关键词：大型河流;饮用水;水源保护区;划分方法

1引言

2007年国家环境保护总局发布国家环境保护标准《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)，标志着我国饮用水水源保护区的划分有标准可依据，也说明了国家对人民饮用水安全问题的重视程度进一步提高。查阅国内相关文献，我国对地下水水源地的划分问题研究者较多，河流型饮用水水源地大多分布在南方地区，对此进行实例研究的文献较少。南方地区河网密布，大型河流较多，以大型河流为主要饮用水源的人口较多，因此，做好大型河流尤其是通航河流饮用水水源保护区的划分工作，对大型河流的管理和保护以及沿河人民的饮用水安全有着十分重要的意义。

本文以长江的宜宾段为例，研究大型河流型饮用水水源保护区的具体划分方法。

2水源地基础环境状况

取水口区域内最高海拔640.0m，最低点高程254.4m；坡度55%以上的区域约占7.9%，坡度5%以下的区域约占17.5%，区域平均坡度约为23.8%。拟建取水口位于长江干流左侧，区域河流分布见表1。

表1　区域内河流分布情况

取水口所在长江河段宽度在500~800m间，河道较宽，2014年6月6日，采用SONTAK(河猫)走航系统现场实测水源地所在河段河底高程为245~256m，河道平均流速1.9m/s。详见图1和图2。

图1　水源地河道实测

图2　水源地河道实测流速

3地表饮用水水源保护区划分方法

划分地表水源饮用水水源地保护区的技术方法主要有：地形边界法[1]、缓冲区法、应急响应时间法、数值模型法等4种基本方法。

(1)地形边界法：不考虑水源地规模的大小，以饮用水水源周边的山脊线或分水岭确定保护区边界。其中，山脊线是水源周边地域的海拔最高点，分水岭是河流集水区域的边界。该方法强调对流域整体性的保护，适用于周边土地利用开发程度较低的地表水水源地。

(2)缓冲区法:划定缓冲区常作为降低地表径流对水源不利影响的方法，其主要目的是为了更大程度地过滤陆地径流，减慢陆地径流并增大地下水渗透。以此降低地表径流对水源的影响。确定缓冲区宽度应考虑的因素主要有：①地形；②土地利用；③留出缓冲区可行性；④坡度大小；⑤河流大小等。该方法主要用于饮用水源保护区陆域范围的确定。

(3)应急响应时间法[2]:应急响应时间是假定突发环境事故发生后，污染物以与河流相同的流速从上游的监测点迁移到饮用水取水口所耗费的时间。这个时间内管理者可以对污染时间做出回应。应急响应时间法的计算依据是，找一定的应急响应时间内污染物到取水口所流经的距离作为保护区的长度。其计算公式为：

S=V·T

式中：S为水域长度；V为河流多年平均流速；T为应急响应时间，计算公式如下，一般取3h：

式中：D0为污染物流入最近河段的距离，即污染源与河段最近一点的距离；i为污染物经过河段序号；k为污染物流经的河段总个数；Li为第i个河段长度；Vi为第i个河段的流速。

(4)数值模拟法[3]:以主要污染物衰减到目标水质所需要的距离为保护区范围，可采用二维水质模型计算确定。

二维水质模型的基本方程：

在有边界的情况下，污染物的扩散会因受到边界的阻碍而产生反射，这种反射可以通过设立虚拟源来模拟。当污染在岸边排放时，公式可表达为：

4饮用水源保护区划分

4.1　一级保护区划分

由于长江该段水质较好，一级水源保护区的划分直接根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)进行。

划分结果为：①水域长度：取水口下游100m至上游1200m(考虑界线标志的显著性，故上游延长200m至有显著标志处)间河道；②水域宽度：水域长度对应区域现有航道左边界至长江左测5年一遇水位线间区域；③陆域长度：与一级保护区水域长度一致；④陆域宽度：长江左岸5年遇水位线到靠近长江一省道间区域。

4.2　二级保护区划分

4.2.1水域长度

根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)，一般河流型水源地，二级保护区水域长度可采用应急响应时间法和数值模型法确定。采用数值模型法时，二级保护区边界至一级保护区的径向距离大于所选定的主要污染物或水质指标从GB3838-2002Ⅲ类水质标准浓度衰减到Ⅱ类水质标准浓度所需的距离。采用应急响应时间法是，应急响应时间的长短依据当地对突发环境事件应急能力确定，一般选3h应急时间。

在条件有限的情况下，采用类比经验方法确定二级保护区水域范围。

(1) 数值模型法。由于取水河段水质较好，取水口上、下游断面只有总磷和粪大肠菌群指标超过GB3838-2002Ⅱ类水质类别标准。分别选取长江干流取水口所在河段近5年最枯月流量(1828m3/s)和最大月均流量(19318m3/s)计算总磷从GB3838-2002Ⅲ类水质标准降解到Ⅱ类水质标准浓度所需要的距离。

流速—流量关系通过长江干流大断面a、b系数关系法建立：

U=aQb

其中a=0.151，b=0.254。

根据杜娟等[4]对长江某段总磷的迁移转化特征分析成果，总磷综合降解系数去0.13d-1。

经计算，在不考虑沿程污染源汇入情况下，在枯水期长江干流总磷从Ⅲ类水质标准降解到Ⅱ类水质标准浓度所需距离约为480km，丰水期长江干流总磷从Ⅲ类水质标准降解到Ⅱ类水质标准浓度所需距离约为890km(图3、图4)。

图3　枯水期长江总磷降解曲线

(2) 应急响应时间法。分别选取长江干流取水口所在河段近5年最枯月流量(1828m3/s)、最大月均流量(19318m3/s)和近5年平均流量(6486m3/s)。

流速—流量关系通过长江干流大断面a、b系数关系法建立：

U=aQb

其中a=0.151，b=0.254。

则近5年最枯月均流量、最大月均流量和近5年平均流量对应的流速分别为1.02m/s 、1.86m/s和1.43m/s。按照3h应急时间计算，则最枯月、最丰月和5年平均应急响应距离分别为7.3km、13.4km和10.3km。

(3) 类比经验法。一般河流水源地，二级保护区长度从一级保护区的上游边界向上游(包括汇入的上游支流)延伸不得小于2000m，下游外边界距一级保护区边界不得小于200m。

考虑水源地水质现状较好，除总磷和粪大肠菌群外(Ⅲ类水质为主)，其他指标均能达到Ⅱ类水质。取水口上游10km范围内，长江左岸没有大型化工企业。根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)要求，采用经验法划定二级保护区水域长度为一级保护区的上游边界向上游长江干流和小支流分别延伸2000m但不超过宜泸高速，下游外边界向下为延伸200m的。

4.2.2水域宽度

根据《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)，二级保护区水域宽度为10年一遇水位线，通航河道以中泓线为界，航道边界线到取水口一侧10年一遇水位线范围为二级保护区范围。

设置在取水口对岸污水排放量1m3/s，COD排放浓度120mg/L(1级B标)的污染排放情景，建立二维对流扩散模型。计算表明，污染带未越过河道中泓线，详见图5和图6。

图5　丰水期对岸污染带分布

图6　枯水期对岸污染带分布

故结合区域污染带情景计算成果，以中泓线为界，划定水源地二级保护区宽度为长江河段航道边界线到取水口一侧10年一遇水位线间区域和支流整个河道。

4.2.3陆域长度与宽度

陆域长度与宽度按照《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)的相关要求，划定二级保护区陆域长度与水域长度一致，划定二级陆域分别纵深至长江两岸省道和高速公路，取水口上游2700~3200m区域以省道线为界，其余区域以高速路为界。

4.3　准保护区划分

从保护水源地水环境安全角度出发，选取区域丰水期2h应急响应距离作为准保护区。划定取水口上游10.3km，长江中泓线左侧，航道外边界至10年一遇水位线间一、二级保护区外的区域为准保护区水域。与水域长度一致且10年遇水位线往左岸纵深至省道线为准保护区陆域范围。

根据以上划分结果可得各个保护区的面积如表2所示。

表2　各保护区面积　km2

5结语

根据对长江宜宾段饮用水水源保护区的划分可得出在做大型河流型饮用水水源保护区划分的过程中应注意的影响因素有以下几点。

(1)划分中时刻要以《饮用水水源保护区划分技术规范》(HJ/T338-2007)为基本依据，不可人为地违反相关的规定，但是又要开辟新的路径寻求更好的划分方案。

(2)当河流的现状水质较好时，在保证可获得标准的取水水质的前提下，可以适当缩小保护区范围；相反情况下，可以适当扩大保护区的范围。

(3)当无法定夺划分方案时，要考虑计算技术规范中的所有方法，最终根据水质状况、经济发展状况、保护区的建设费用等综合判断各个划分方案的合理性。

(4)实测水文数据的正确性对模型的计算有非常大的影响，在饮用水水源地划分的过程中，经验值法为最常用的方法，往往是因为无法获得实测水文数据，随着经济和技术的发展，应该更鼓励人们运用科学准确的方法对引用水水源保护区进行划分。

(5)在划分的过程中，应当充分考虑到今后的管理和区域经济发展的需要，在保证取水水质的前提下，保护区范围不应过大。

(6)对准保护区各种因素分析的基础上，应重点考虑对河流水源形成潜在影响的各种因素，如暴雨、土壤侵蚀、面源污染等。

参考文献：

[1]张晓燕，苗文革，李鹏飞.浅议划分饮用水水源地的方法[J].内蒙古水利,2012(5):106～107.

[2]陶亚,任华堂,夏建新.河流突发污染事故下游城市应急响应时间预测——以淮河淮南段为例[J].应用基础与工程科学学报,2012(20):77～86.

[3]刘加刚.公式法与数值模拟法在水源地保护区划分中的应用——以北方地区水源地为例[J].科技咨询，2012(8)：143～144.

[4]杜娟,潘婷,谭剑聪.长江宜宾段总磷的迁移转化特征分析[C]//四川省环境学会.四川省第十一届环境监测学术交流会论文集.成都：四川省第十一届环境监测学术交流会，2010.

Research on Method of Dividing Protected Region

of Drinking Water Source in Large Rivers

——Taking Yibin section of the Yangtze River as an example

Wang Hongqian, Yang Huigai, Wang Bin

(CollegeofArchitectureandEnvironment,SichuanUniversity,Chengdu610065,China)

Abstract:Taking Yibin section of the Yangtze River as study object, the article introduces the method and procedures of dividing the protected regions of drinking water sources in large rivers. In addition, the article summarizes the problems that should be paid attention to in the process of division, which provides references for the research on the division of the protected regions of drinking water source in large rivers.

Key words:large river; drinking water; protected regions of water source; division method