昆明倘甸产业园区水环境承载力研究

金　伟，支国强，李田富，耿　超

(昆明市环境工程评估中心，云南 昆明 650032)

昆明倘甸产业园区水环境承载力研究

金伟，支国强，李田富，耿超

(昆明市环境工程评估中心，云南 昆明 650032)

摘要：利用一维水质模型，对倘甸产业园区纳污河流洗马河主要污染物化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)水环境容量进行了计算，通过建立洗马河水环境容量与污染物入河量供需平衡关系对倘甸产业园区现状及2020年水环境承载力进行了分析评价。结果表明，倘甸产业园区现状水环境承载力剩余空间较大，至2020年NH3-N呈超载状态。对2020年倘甸产业园区NH3-N入河量超出洗马河环境容量提出了总量控制建议。

关键词：水环境承载力；一维水质模型；研究计算；倘甸产业园区；昆明

为贯彻落实党的“十八大”关于全面深化改革的战略部署，中共中央做出全面深化改革若干重大问题的决定，提出“建立资源环境承载能力监测预警机制，对水土资源、环境容量和海洋资源超载区域实行限制性措施”。党的“十八大”和十八届三中、四中全会将“生态文明建设”提到了新的高度，强调“建设生态文明，实质上就是要建设以资源环境承载力为基础、以自然规律为准则、以可持续发展为目标的资源节约型、环境友好型社会”。2015年1月1日起实施的《中华人民共和国环境保护法》，提出了建立环境资源承载能力监测预警机制的要求。《水污染防治行动计划》(国发〔2015〕17号)中要求“建立水环境承载能力监测评价体系，实行承载能力监测预警，已超过承载能力的地区要实施水污染物削减方案。合理确定发展布局、结构和规模，充分考虑水环境承载能力，以水定城、量水发展”。

近年来，学术界对水环境承载力做了一定的研究并取得了一定的成果[1，2]。蒋晓辉等[3]运用大系统分解协调模型研究了关中地区的水环境承载力。王玉敏等[4]以博斯腾湖为例建立了湖泊水环境承载力研究概念模型和量化模型。余红等[5]采用向量模法对济南小清河水环境承载力进行了分析。薛小妮等[6]利用三层次分析方法和一维水质模型计算了成都市的水环境承载能力。王志芸[7]采用系统分析的方法对泸沽湖流域现状水环境承载力和弹性环境承载力进行了定量化的研究。刘丽萍[8]以水环境容量为主要依据对昆明市部分区县水环境承载力进行了评价分析。

本文通过定量计算倘甸产业园区主要纳污河流洗马河水环境容量、现状污染物入河量、2020年污染物入河量，分析了倘甸产业园区现状水环境承载力、水环境承载力趋势；在此基础上提出了提升倘甸产业园区水环境承载力的对策。

1评价区概况

1.1倘甸产业园区概况

倘甸产业园区成立于2010年8月，跨越昆明市寻甸县倘甸与凤合两个乡镇，是云南省重要的产业基地、昆明北部经济新的增长极、昆明“退二进三”的产业承接地。产业发展规模目标：至2020年，年产值60亿元，其中：光电产业15亿元，装备制造产业20亿元，新型建材业15亿，农林特产品加工产业8亿，旅游小商品加工业2亿；人口将达到18万。规划用地范围为33.02km2，辐射带动周边800余km2地区的经济发展。

1.2水环境质量现状

洗马河为倘甸产业园区的主要纳污河流，为金沙江二级支流，发源于联合乡大庙山，于禄劝县九龙乡岔河村纳左支九龙河后，直接汇入普渡河。洗马河流域面积860.7km2，主河道长78.0km。洗马河水环境功能为Ⅳ类，2015年1—6月洗马河倘甸范围、洗马河转龙范围、洗马河凤合范围、洗马河联合范围例行监测结果显示各监测断面水质现状为Ⅲ类，水质达标。

1.3污染源调查

1.3.1现状污染源调查

倘甸产业园区水环境污染源主要有工业、规模化畜禽养殖、农村畜禽散养、生活、农业面源。

根据《2014年倘甸产业园区环境统计》，倘甸产业园区无工业废水排放；规模化养殖场化学需氧量排放量为104.43t/a；NH3-N排放量为15.59t/a。

2014年洗马河流域人口127169人，参照《第一次全国污染源普查：城镇生活源产排污系数手册(2010)》，生活源COD排污系数取57.6g/(人·d)，NH3-N产污系数取7.2g/(人·d)，则生活源排放量为COD 2673.60t/a，氨氮334.20t/a。

洗马河流域农户散养畜禽种类有牛、羊、猪和鸡、鸭等。污染物系数参照《全国污染源普查畜禽养殖业产污系数与排污系数手册(2010)》中西南区畜禽养殖场生猪育肥、肉鸡、肉牛(工艺：干清粪)排污系数，见表1。

表1　非规模化畜禽养殖排污系数

肉羊按每6只肉羊折1头肉牛计算，倘甸产业园区农村畜禽散养污染物年排放量核算见表2。

表2　非规模化畜禽养殖排污量

2014年洗马河流域耕地总面积301000亩，根据全国污染源普查种植业产排污系数估算，平均每亩耕地年流失量COD为0.75kg/(亩·a)，NH3-N为0.082kg/(亩·a)，则洗马河流域农业面源污染物COD排放量为225.75t/a，NH3-N排放量为24.68t/a。

由以上各污染源排放量，参照《云南省地表水容量测算技术报告》，并综合考虑村庄、耕地与各河流的距离，规模化畜禽养殖COD和NH3-N入河系数分别取0.7和0.8，农村畜禽散养、生活源、农业源的COD、NH3-N入河系数分别取0.03、0.05，对倘甸产业园区洗马河流域各污染源污染物入河量进行计算，结果如表3所示。

表3　2014年污染物入河量　(t/a)

1.3.2规划年污染物排放量预测

工业用水核算中，光电、装备制造产业、新型建材及农特产品加工产业采用万元工业产值耗水系数进行核算，万元工业产值耗水系数类比省内同类行业平均水平。工业废水采用工业废水排放系数法核算，采用新鲜用水量乘以工业废水排放系数得出，参照《GB50318-2000 城市排水工程规划规范》(工业废水排放系数0.7～0.9)，本评价取0.8。建材业认为应实现废水零排放。

生活用水量采用单位人口用水定额进行核算，参照《DB53/T168-2006云南省地方标准用水定额》，单位人口综合用水定额为150L/(人·d)。生活污水采用综合生活污水排放系数法核算，参照《GB50318-2000城市排水工程规划规范》(综合生活污水排放系数0.8～0.9)，取0.85。核算结果如表4所示。

表4　工业及生活用排水量核算结果　(万m3)

假设工业废水收集处理率达100%，生活污水收集处理率达80%，出水水质达到《GB18918-2002城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。则2020年，洗马河流域工业源COD、NH3-N入河量分别为133.7t/a、21.39t/a，生活源COD、NH3-N入河量分别为460.72t/a、87.11t/a。倘甸产业园区规划功能定位是工业、城市、旅游综合经济区，因此可以认为至2020年，畜禽养殖及农业规模增加小，其入河污染物量取现状入河量。2020年洗马河流域污染物入河量预测结果如表5所示。

表5　2020年污染物入河量预测　(t/a)

2水环境承载力评价

2.1水环境容量计算

依据倘甸产业园区污染物排放特征，选取COD和NH3-N作为评价因子进行水环境容量计算。

2.1.1计算模型选择

洗马河水环境容量计算采用一维水质模型：

Wi=31.54*(C*eKx/86.4*u-Ci)*(Qi+Qj)式中：Wi—第i个排污口允许排放量，t/a；Ci—河段第i个节点处的水质本底浓度，mg/L；C—河段第i个节点处的水质目标浓度，mg/L；Qi—河道节点后流量，m3/s；Qj—第i节点处废水入河量，m3/s；u—第i个河段的设计流速，m/s；K—综合降解系数，1/d；x—计算点到第i节点的距离，m。

以每个单元下界面断面作为控制断面，计算结果显示控制断面水质超过功能区划水质标准(Ⅲ类)时，通过削减每一个排污口的排污量重新计算，直到控制断面的模拟结果满足目标水质标准，此时各个排污口的排污量之和即W=∑Wi就是洗马河的水环境容量值。

2.1.2确定计算河段

洗马河环境容量计算河段为联合乡下游断面至九龙河汇口断面之间约40km长河段。洗马河计算河段及节点划分如图1、表6所示。

表6　洗马河计算河段划分

2.1.3参数率定

参照《云南省地表水容量测算技术报告》，结合洗马河水文、水质实际，综合降解系数(K)COD取0.21/d，NH3-N取0.11/d。洗马河水文参数选取多年平均数据，各计算河段水文参数见表7。

表7　洗马河计算河段水文参数

洗马河第一个节点处的水质本底浓度采用2015年1—6月例行监测结果的平均值，COD为17mg/L，NH3-N为0.76mg/L；其余节点处本底浓度取目标水质数据；各节点处目标水质(Ⅲ类)浓度COD为20mg/L，NH3-N为1.0mg/L。

2.1.4排污口概化

沿岸现状及规划均无取排水口，马街河与新城河距离较近，进行合并，按排口处理；联合乡、转龙镇节点处分别虚拟排口一座；联合乡、凤合镇、转龙镇节点处取现状生活污水量作为废水入河量，倘甸节点处取马街河及新城河多年平均流量作为废水入河量。洗马河各节点处废水入河流量如表8所示。

表8　各节点处废水入河流量　(m3/s)

表9　洗马河水环境容量

2.1.5计算结果

根据容量计算模型及以上参数计算洗马河水环境容量，结果见表9。

2.2水环境承载力评价

倘甸产业园区水环境承载力评价主要是基于纳污河流水环境容量与污染物入河量之间的供需平衡分析。定义水环境承载力因子K：

若K>1，表明水环境已处于超载状态，需要削减污染物入河量；若K≤1，说明尚未突破水环境承载力。

根据以上计算结果，对倘甸产业园区主要纳污河流洗马河水环境容量、入河污染物量进行统计，并计算水环境承载力供需平衡承载力因子K，其结果如表10所示。

表10　倘甸产业园区水环境承载力评价表　(t/a)

表10表明，倘甸产业园区现状2014年水环境承载力不超载，COD、NH3-N承载力因子K分别为0.10和0.44，水环境承载力剩余空间较大，洗马河COD、NH3-N剩余容量分别为2861.13t/a、65.84t/a。2020年COD水环境承载力不超载，NH3-N超载；为了使洗马河水质达Ⅲ类水质标准，NH3-N入河量不得大于112.53t/a，2020年NH3-N入河量贡献最大的为生活源，因此因适度控制人口发展规模。

3结论及建议

(1)倘甸产业园区现状水环境承载力不超载，水环境承载力剩余空间较大，主要纳污河流洗马河COD、NH3-N剩余容量分别为2861.13 t/a、65.84 t/a。

(2)按《昆明倘甸产业园区总体规划(2010—2020)》中有关产业规划、人口规模、污水处理水平，至2020年倘甸产业园区主要纳污河流洗马河NH3-N将呈超载状态，为使水质达标，应严格控制NH3-N入河量不得大于112.53t/a。

(3)应根据洗马河不同河段的水环境容量合理布局产业及城镇，适度控制产业及城镇规模。

参考文献：

[1]侯丽敏,岳强,王彤.我国水环境承载力研究进展与展望[J].环境保护科学,2015,41(4)：104-108.

[2]李玮,肖伟华,秦大庸,等.水环境承载力研究方法及发展趋势分析[J].水电能源科学,2010,28(11)：30-32.

[3]蒋晓辉,黄强,惠泱河,等.陕西关中地区水环境承载力研究[J].环境科学学报,2001,21(3)：312-317.

[4]王玉敏,周孝德,冯成洪,等.湖泊水环境承载力研究[J].水土保持学报,2004,18(1)：179-184.

[5]余红,安玉坤,沈珍瑶,等.济南小清河水环境承载力研究[J].水资源保护,2008,24(2)：34-37.

[6]薛小妮,甘泓,游进军,等.成都市水资源及水环境承载能力分析[J].水利水电技术,2012,43(4)：14-18.

[7]王志芸.泸沽湖流域水环境承载力研究[J].环境科学导刊,2010,29(2)：39-44.

[8]刘丽萍.昆明市水环境承载力研究[J].水资源与水工程学报,2011,22(2)：145-148.

Research on Water Environmental Carrying Capacity of Kunming Tangdian Industrial Park

JIN Wei, ZHI Guo-qiang, LI Tian-fu,GENG Chao

(Kunming Appraisal Center for Environmental Engineering, Kunming Yunnan 650032, China)

Abstract：One-dimensional water quality model was used to calculate the COD and NH3-N capacity of Xima River. The present and future (the year of 2020) water environmental capacity of Xima River were analyzed by establishing the demand-supply equilibrium between water environmental capacity of the river and the amount of pollutants from the park. The results showed that the current water environmental carrying capacity of Xima River was abundant while NH3-N factor would be overloaded in 2020. The recommendations of the total control of NH3-N from Tangdian industrial park were put forth in this study.

Key words：Water environmental carrying capacity; one-dimensional water quality mode; study and calculate; Tangdian industrial park; Kunming

收稿日期：2015-12-16

作者简介：金伟(1987-)，男，硕士，安徽合肥人，工程师，主要从事环境管理及规划环评研究工作。

中图分类号：X26

文献标志码：A

文章编号：1673-9655(2016)04-0017-04