浅谈临沂城市供水工程取水对水功能区纳污能力的影响

类 潇 王庆伟

浅谈临沂城市供水工程取水对水功能区纳污能力的影响

类 潇 王庆伟

确立水功能区限制纳污红线管理是实行最严格水资源管理制度、建立水资源三条红线监管体系中的重要组成部分。水功能区限制纳污红线管理的实施，将有助于科学核定水域纳污能力，加强入河排污总量的监控，保障水资源可持续利用。下面以临沂城市供水工程为例浅谈水资源论证中项目取水对水功能区纳污能力的影响。

一、项目介绍

临沂供水工程自岸堤水库取水，东线取水规模9万m3/d，西线取水规模30.8m3/d。原水经管道输送至水厂，以满足临沂市中心城区及临沭县中心城区的生活、生产用水。

项目从岸堤水库取水，取水口位于东汶河沂南饮用水源区，该水功能区蒙阴段限制纳污指标COD、氨氮分别为118.03t/a、6.08t/a，水质目标为III类，水源保护区禁止废污水的入河排放。下一级河流为沂河，进入的水功能区分别为沂河沂南农业用水区（沂南县大庄镇—河东区车庄），该水功能区限制纳污指标COD、氨氮分别为0t/a、0t/a，水质目标为Ⅳ类；沂河临沂工业用水区（河东区车庄—沂河小埠东坝），限制纳污指标COD、氨氮分别为0 t/a、0 t/a，水质目标为Ⅳ类。

项目引水后势必减少了取水口断面以下的水量，使岸堤水库的下泄水量有所减小，减少量为正常下泄水量的40.1%，对下游水功能区纳污能力产生一些不利影响，但都能保证下游的生态流量；由于下泄水量的减少主要在汛期，取水口以下支流汇入的水量较大，故对下游水功能区的纳污能力影响较小。此次重点分析该工程实施对取水口以下的纳污能力的影响。

二、纳污能力计算

1.计算设计条件

（1）设计流量（Q）

水功能区纳污能力计算的水文设计条件，以计算断面的设计流量为设计水量，不同保证率的设计水量条件下，功能区的纳污能力是不同的，具体到每个纳污能力值都是对应一定保证率的设计水量而言。

由于东汶河属于季节性河流，如果采用平偏枯典型年的枯水流量作为设计流量，则涉及的功能区设计流量接近于0，因此考虑到实际情况，同时与《山东省水功能区划》保持一致，选择75%频率非汛期平均流量作为设计流量。

由于取水口及其以下涉及三个水功能区，涉及4个水文站，分别为岸堤水库水文站、高里水文站、葛沟水文站和临沂水文站，对于涉及的水功能区内无水文资料的河段，距水文站较近且流域面积基本没变化则直接借用邻近水文站的设计流量，控制流域面积相差较大的河段采用水文比拟法求得，根据流域面积相近断面的己知流量，可按下式换算：

式中：Q1—相邻断面的流量；

F1—相邻断面的流域面积；

Q2—本断面的流量；

F2—本断面的流域面积；

n—校正系数。

（2）流速（u）

对应设计流量下的计算单元的设计流速，采用以下经验公式和设计流量来确定：

式中：u—断面平均流速，m/s；

Q—流量值，m3/s；

a、b—待定系数。

待定系数a、b的率定，是通过将上式取对数，可得线性回归式：

In u和In Q采用2006年9月山东省水文水资源勘测局编制的《山东省水资源保护规划》中的成果。

2.计算模型及其模型参数估算

（1）纳污能力计算模式

为了客观描述水体自净或污染物降解过程，较准确地计算出河段的纳污能力，可采用一定的数学模型来描述此过程。水质数学模型是描述河流水体中污染物变化的数学表达式，模型的建立可以为河流中污染物的排放与河流水质提供定量关系。水质模型建立的基础是物质守恒定律和化学反应动力学原理：

纳污能力计算的数学模型主要有零维模型、一维模型、二维模型、三维模型，通常采用的是一维模型和二维模型。

按照水利部发布的《水域纳污能力计算规程》（SL348-2006）的有关规定，一维模型主要适用于污染物在横断面上均匀混合的中、小型河段。而河段规模的确定是根据河段多年平均流量，具体分类如下：河段多年平均流量大于等于150m3/s的为大型河段，流量小于等于15m3/s的为小型河段，流量介于15～150m3/s之间的河段为中型河段。

根据有实测水文资料的葛沟水文站和临沂水文站计算两个水文站附近河段的多年平均流量，经计算，两个水文站所在河段多年平均流量分别为21.9m3/s、47.8m3/s，根据计算流量可以看出取水口以下涉及的水功区所在河段为中型河段，因此纳污能力计算均采用一维模型。

①浓度演算模型

根据有关研究，沂河河道内污染物质在较短的河段内，基本能在断面内均匀混合，断面污染物浓度横向变化不大，采用以下一维水质模型计算功能区的纳污能力。

式中：

C0—上游断面污染的浓度，mg/L；

K—污染物综合自净系数，L/d；

x—功能区长度，km；

u—功能区内平均流速，m/s；

C—下游断面污染物浓度，mg/L。

②纳污能力计算模型

对于取水口以下涉及的水功能区而言，其入河排污口分布千差万别，为简化因排污口分布所带来的纳污能力计算的复杂性，对排污口在功能区上的分布加以概化，将计算河段内的多个排污口概化为一个集中的排污口，概化排污口位于计算河段中点处，相当于一个集中点源，该集中点源的实际自净长度为计算河段长的一半。根据采用的一维水质模型和排污口的概化情况，功能区纳污能力的计算采用公式如下：

式中：

W—计算单元的纳污能力，t/a；

K—污染物综合降解系数，L/d；

C0—计算单元上断面污染物浓度，mg/L；

Cs—计算单元水质目标值，mg/L；

L—功能区长度，km；

Q—计算单元上断面的设计流量，m/s；

u—计算单元设计流量下的设计流速，m/s。

（2）模型参数估值

污染物综合降解系数反映了污染物在水体中降解的速率，它是决定河流水体纳污能力大小的最重要因素之一。许多科学实验和研究资料表明，降解系数不但与河流的水文条件，如流量、水温、流速、水深、泥沙含量等因素有关，而且与水体的污染程度关系密切。该系数常用实测资料率定或水团追踪法求取，也可用已有研究资料经类比分析确定。

污染物综合降解系数K值的实测资料率定常用二断面法。采用以下公式：

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；

u—河段平均流速，m/s；

△x—上、下断面的间距，m；

K—污染物综合降解系数。

此次K值相关关系采用山东省水文水资源勘测局编制的《山东省水资源保护规划》中的成果，COD的K值：K= 0.050+0.68u；氨氮的 K值：K=0.061+ 0.551u。

三、结论

经分析计算，取水口断面所在水功能区的设计流量引水后较引水前减小，根据上述公式对引水后该工程取水口以下涉及的主要功能区河段COD和氨氮纳污能力变化进行计算，成果见表1。

表1 岸堤水库取水口以下水功能区纳污能力变化情况表

由上表可知，引水后对下游水功能区纳污能力影响主要在东汶河沂南饮用水源区，COD、氨氮纳污能力分别减少37.75 t/a、1.02 t/a，减少比例为13.2%、12.7%。对下游沂河干流水功能区影响为：沂河沂南农业用水区COD、氨氮纳污能力分别减少13.49 t/a、0.55 t/a，减少比例为1.13%、1.14%；沂河临沂工业用水区COD、氨氮纳污能力分别减少15.21 t/a、0.40 t/a，减少比例为1.13%、1.12%。

从对三个水功能区纳污能力的影响情况来看，项目引水对沂河水功能区纳污能力的影响进一步减弱,同时考虑下游水功能区逐步有支流汇入河道的情况，项目取水对下游水功能区影响较小■

（作者单位：山东省临沂市水文局276000）