基于环境容量的河流污染区域和原因识别

■李晓连李艳李国玉陈志强

（1沈阳理工大学 辽宁沈阳110159；2辽宁省环境保护厅 辽宁沈阳110000；3铁岭市城市污水处理管理中心 辽宁铁岭112008）

基于环境容量的河流污染区域和原因识别

■李晓连1李艳1李国玉2陈志强3

（1沈阳理工大学 辽宁沈阳110159；2辽宁省环境保护厅 辽宁沈阳110000；3铁岭市城市污水处理管理中心 辽宁铁岭112008）

本文采用统计法和输出系数法核定污染负荷，采用一维稳态水质模型和线性规划方法求出了各流域的环境容量，最后将环境容量分配到控制单元，诊断控制单元污染物排放超环境容量率，识别河流污染区域，最后分析产生污染的原因，为其污染物总量控制及产业布局提供科学依据。得出：该区域COD、NH3-N污染负荷分别为18346.6t/a、1880.58t/a，环境容量分别为13979.92t/a、776.95t/a。；容量超标排放率分别为31.2%、142.0%。

水环境容量污染负荷污染识别

1　前言

水污染物总量控制目标最早由美国环境保护局（US EPA）提出，1972年US EPA颁布实施了《清洁水法》并提出了基于水质决策的污染物总量控制方法—最大日负荷限值，随后各国相继实行了水污染物总量控制管理办法。20世纪70年代末，我国开始进行水污染物总量控制研究，并以制定松花江流域BOD总量控制标准为先导，进行了最早的实践和探索。随着众多研究者的努力我国污染负荷总量控制逐步形成了以污染物目标总量控制技术为主，容量总量控制和行业总量控制为辅的水质管理技术体系，为我国水环境管理基本制度的建立奠定了基础。本文从“流域-污染源-控制单元”层面上计算环境容量，结合污染负荷识别污染负荷超容量排放率，识别污染区域，为河流水环境污染物控制提供科学依据。

2　研究区域概况

该区域位于辽宁省，流域总面积11905 km2，包括7个县市，流域内共有8条主要支流。属于温带大陆性气候，四季分明，雨热同期。冬季平均气温在10℃以下，最低气温-30℃左右，封冻期150天左右。其他季节温度在10℃~30℃之间，全年日照为2700 h左右，作物生长期有效日照时数约1750 h。年平均降雨量约为700 mm，降水量年内分布不均，集中在6~8月，约占全年降水量的60%。该区域共包括89个乡镇，总人口约46.7万人，城镇化率56%。生产总值为5651987万元，其中第一产业、第二产业、第三产业生产总值所占比例分别为20.48%、52.26%、27.26%。

3　河流污染区域识别

3.1环境容量

水环境容量是指水体在规定的环境目标下所能容纳的污染物最大负荷量，河流流域环境容量总量分配一般采用线性稳态水质模型计算污染源点对控制断面的贡献，进而将水环境容量的计算及点源间的总量分配归结为规划模型求解。本文根据一维稳态水质模型，以环境容量利用率最大为目标，以控制断面水质达标为约束条件建立线性规划求解方程如下：

目标函数：

约束方程：

式中：xj—第j污染源的排放量，g/s；

aij—第j污染源对第i控制点的响应系数；

ci—水质控制断面i的水质目标与背景贡献的差值，mg/L。

利用此模型计算河流水环境容量的步骤：（1）根据水质目标和控制单元边界分布情况确定研究范围内河流的的水质控制断面，并确定水质目标；（2）根据河流和污染源分布情况采用重心概化法将多个排污口概化为一个排污口；（3）利用Google earth、Arcgis等软件计算污染源到控制断面间的距离；（4）设定一维稳态水质模型主要参数（流量、流速、衰减系数）；（5）利用Excel软件计算污染负荷与水质的响应关系和背景浓度，最后通过规划求解工具求解得到河流最大允许纳污量。

规划求解得到的环境容量是环境容量利用率最大情况下的最优解，但是很多河流周围的产业布局已经形成，所以可以根据污染负荷排放现状进行调整最优解下的环境容量，然后根据TMDL方法将环境容量分为点源、面源和安全余量，最后将点源环境容量分配到各个污染源，完成流域环境容量分配。应环境管理要求，将计算得到的流域环境容量分配到控制单元内。

3.2识别方法

定义（污染负荷-环境容量）与环境容量的比值表示污染物超环境容量排放率（简称“超排率”）。控制单元的污染物超标排放率公式为3-3。按照污染物超环境容量率200%以上、100%-200%、50% -100%、0-50%、0以下将控制单元分为红橙黄绿蓝五个管理等级。

F—控制单元内的污染负荷超环境容量排放率，%；

W—控制单元内的污染负荷，t/a；

Q—环境容量，t/a。

3.3识别

3.3.1污染负荷核定

根据水系分布和污染物排放情况，确定流域污染负荷来源。一般点源污染负荷包括直排企业、污水处理厂和规模化畜禽养殖业，非点源污染负荷包括农村人口、耕地、城镇用地、其他用地、散养的畜禽、降水等产生的污染物。

点源污染负荷计算采用常规统计法进行核定，统计法是利用已有的环境统计、排污申报登记、污染源监督性监测等数据支持系统，核定点源排放量，其中入河系数根据温度、距离、渠道系数进行修正。非点源污染负荷采用输出系数法进行核定，此方法输出系数需要经过试验进行确定，统计每条河流流域面积内的不同土地利用类型的面积。

3.3.2污染区域识别

负荷核定数据来源为省环境统计数据，研究区域内COD、NH3-N污染负荷分别为18346.6t/a、1880.58t/a，该研究区域每个县市的环境容量、污染源排放情况、超排率见表1。COD在A、D、F区、县实行红色管理，B区、县实行绿色管理，其他县实行蓝色管理。NH3-N在A、D、F区、县实行红色管理，B区、县实行橙色管理，C区、县实行黄色管理，G区、县实行绿色管理，E区、县实行蓝色管理。

4　污染原因识别

本文主要从污染负荷贡献率，点源主要污染源，面源主要污染类型等方面识别污染原因。

（1）污染负荷贡献率：分别统计控制单元内点源、面源污染负荷，计算点源、面源的污染负荷排放比例，识别出控制单元的污染负荷贡献率。该研究区域COD、NH-N点源入河量分别为2605.93t/a、337.22t/a，非点源输出量分别为15740.7t/a、1543.36t/a，以面源贡献率为主。

表1　控制单元超排率情况

（2）统计点源排污企业，筛选出污染物排放量80%的企业，识别出主要排污企业；统计研究区域内计算控制单元内农村人口、耕地、城镇用地、其他用地、散养的畜禽、降水等产生的污染负荷，并求出非点源污染负荷排放贡献率，该研究区域以农业用地和畜禽养殖污染负荷贡献为主。

5　结论与建议

（1）该研究区域COD、NH3-N环境容量分别为13979.92t/a、776.95t/a，污染负荷超环境容量排放率分别为31.2%、142.0%。识别出该研究区域COD污染物排放优先控制单元为A、D、F区、县；NH3-N污染物排放优先控制单元为A、B、D、F区、县。

（2）该研究区域以面源污染负荷贡献为主。下一步可进行的工作：测土施肥，合理使用化肥，政府可鼓励有机肥制造行业的发展；定期更换农药的品牌，减少限制农药的使用；可进行分区域（山地、平原）、分水期（丰水期、平水期、枯水期）的输出系数计算，使非点源污染负荷核定更接近于实际，进行非点源容量的计算和分配。分河段分水期的测算主要污染物的降解系数，使水环境容量的计算结果更接近于实际水环境容量，从而使污染物排放得到很好地控制，也能充分利用水环境容量带来更多的经济效益。

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X8[文献码]B

1000-405X（2016）-2-318-2

李晓连（1990～），女，沈阳理工大学硕士研究生，研究方向为环境规划与评价。

辽河流域主要污染物排放控制与管理体系建设示范（2012ZX07505-002）