新疆克孜河卡拉贝利水库下游河道纳污能力计算

2016-07-14朱银银

水利水电快报 2016年6期

朱银银

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐　830000)

朱银银

(水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院，新疆乌鲁木齐830000)

摘要：根据新疆维吾尔自治区南部克孜河现状入河排污口分布状况，采用河流纳污能力计算模型，预测了设计水平年卡拉贝利水库运行后，克孜河出山口至布哈拉渠首河段的纳污能力，为有关部门在克孜河水环境保护和管理方面的决策提供参考。

关键词：河流纳污；排污口分布；纳污能力；设计水平年；克孜河；卡拉贝利水库

随着我国社会、经济的快速发展，水问题日益突出，水资源短缺日趋严峻。2011年中央1号文件要求实施最严格水资源管理制度，提出了“三条红线”的管理目标，水功能区限制纳污便是其中之一[1]。河流纳污能力与污染物的排放位置及排放方式有关，限定的排放方式是确定河流纳污能力的重要确定因素[2-4]。

克孜河全长445.5 km，是喀什地区平原灌区的主要水源之一。据克孜河水量控制站卡拉贝利水文站多年实测统计资料，该河多年平均径流量为21.687 m3。卡拉贝利水利枢纽位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县，坝址位于克孜河出山口以上约22 km，距乌恰县约70 km，距乌鲁木齐市约1 606 km，工程建设主要承担下游防洪和灌溉任务，兼顾发电，水库具有季调节性能，工程设计水平年为2020年。

由于设计水平年入河污染源具有不确定性，为防治卡拉贝利水库下游水污染，维护河流健康，促进流域社会经济又好又快发展，本文分析计算了不同污染源入河情况下，卡拉贝利水库下游河道纳污能力，为有关部门在克孜河水环境保护和管理方面决策提供参考。

1水功能区划及入河排污口调查

根据《新疆水功能区划》，将克孜河划分为2个一级水功能区，即克孜河河源至出山口河段为源头水保护区，水质目标为Ⅰ类；出山口以下河段为开发利用区，水质目标为Ⅲ类。

经现场调查，克孜河出山口以上河段两岸无居民及工矿企业分布，无集中入河污染源排放，出山口以下河段入河污染源主要包括喀什市污水处理厂和喀什市、疏附县、疏勒县和伽师县部分灌区的农田灌溉退水。采用《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水质标准作为评价标准[5]。

2纳污能力计算模型

根据克孜河水环境特点，基于《水域纳污能力计算规程》(GB/T25173—2010)相关划分标准，河流为中型河流，可采用一维水质模型[6]。

(1) 河段无排污口分布：

(1)

式中，Cx为流经x距离后的污染物浓度，mg/L；C0为初始断面的污染物浓度,mg/L；x为沿河段的纵向距离,m；u为设计流量下河道断面的平均速度,m/s；K为污染物综合衰减系数,L/s。

(2)

式中，M为水域纳污能力，kg/s；Cs为水质目标浓度值，mg/L；Q为初始断面入流流量，m3/s；QP为废污水排放流量，m3/s。

(2) 河段有排污口分布：

(3)

式中，C0为水质浓度背景值，mg/L；L1为排污口至计算单元下断面的距离，m；CP为废污水的污染物浓度,mg/L。

3计算单元划分及边界条件的确定

3.1计算单元划分

依据水库建设影响范围及克孜河污染源分布状况，纳污能力计算范围为克孜河出山口布哈拉渠首河段。以渠首断面、重要支流入汇口为控制断面，将计算河段划分为7个计算单元，总河段长度为185.67 km，见表1。

表1　纳污能力计算单元划分

3.2入河污染源

3.2.1喀什市污水处理厂

喀什市污水处理厂位于喀什市东南约6 km的郊区，采用绝氧-好氧二级处理工艺，城区污废水全部经污水收集系统收集至该污水处理厂处理。目前，最高日处理量为7.6万m3，年排放污水量约2 774万m3，处理后的污水全部排入了克孜河。

根据要求，该污水处理厂污水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级B标准，灌溉期用于绿化和灌溉，非灌溉期排入30 km以外的戈壁荒滩用于荒漠植被绿化，远期考虑建污水库贮存冬季达标污水，使污水得到资源化利用，严禁将处理后的污水排入克孜河。至工程设计水平年，随着环保部门监管力度的不断加强，喀什市污水处理厂应依照环保部门的要求，不再将处理后的污水排入克孜河。此种情况下，设计水平年评价河段点源入河量为零。

因设计水平年喀什市污水处理厂禁止向克孜河排污在实际操作中具有不确定性，考虑最不利情况下，设计水平年该污水厂污水依然排入克孜河，排放量为设计规模4 380 m3/a，排放标准执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)中一级B标准。

依据上述两种工况，设计水平年克孜河点源排放量及污染负荷量统计见表2。

表2　设计水平年河段点源入河量统计

3.2.2农田退水

根据克孜河灌区规划和实地调查，克孜河农业污染源主要来源于喀什市、疏附县、疏勒县和伽师县部分灌区的农田灌溉回归水，主要以泉水和地下水汇流等方式进入克孜河。

依据流域综合规划，设计水平年流域内灌区实施节水改造，以提高灌区用水保证率。由于灌区节水实施存在不确定性，根据灌区实施节水灌溉和最不利情况灌区未实施节水灌溉两种工况，确定设计水平年克孜河流域农田排水入河量及污染物排放量，其中农田排水水质采用新疆水环境监测中心喀什分中心2011年实测数据，结果见表3。

3.3水文条件

采用工程运行后P=90%保证率最枯月，即将90%保证率下1月份的平均流量作为设计流量。

3.4水质控制参数选择及控制标准

选择COD、NH3-N作为控制参数，控制标准采用《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。

3.5降解系数

综合考虑研究河段水动力学特性和水质污染特性，在资料完整性和可靠性分析的基础上，取COD降解系数为0.096 d-1，NH3-N降解系数为0.12 d-1。

4预测情景设定

从最不利角度考虑，根据克孜河流域点源和面源排放情况，组合成4个情景对比分析水库建成后克孜河中下游河段纳污能力状况。预测情景如表4所示。

表3　设计水平年流域农田排水入河量统计(面源污染)

表4　预测情景

注：“√”表示满足该工况的污染源排放条件。

5水域纳污能力计算结果及分析

不同预测情景下的预测结果见表5和图1。

(1) 情景1与情景2下，喀什市污水处理厂污水均不入河。由于灌区回归水水质优于地表水Ⅲ类水质标准，因此灌溉回归水的汇入，可改善河道水体纳污能力。情景1下灌区未实施节水，灌区回归水量大于情景2，因此计算河段纳污能力略大于情景2。情景1下计算河段COD纳污能力较情景2增加90.22 t/a，NH3-N纳污能力较情景2增加7.08 t/a。(2) 情景1与情景3下，设计水平年灌区均未实施节水灌溉，灌溉回归水量相同，河道纳污能力取决于喀什市污水处理厂废水是否入河。情景1下计算河段COD纳污能力较情景3增加1 291.17 t/a，NH3-N纳污能力较情景3增加452.06 t/a。

(3) 情景2与情景4下，设计水平年灌区均实施节水灌溉，河道纳污能力亦取决于喀什市污水处理厂废水是否入河。情景2下计算河段COD纳污能力较情景4增加1 287.48 t/a，NH3-N纳污能力较情景4增加450.78 t/a。