基于纳污红线的县域水污染物总量控制研究

丁艳霞 曹命凯 王 凯

（江苏省水利勘测设计研究院有限公司 扬州 225127）

随着我国县域经济的快速增长，与日俱增的水环境问题已成为制约县域经济社会和水利现代化事业发展的一个重要因素。为了保障县域经济科学发展和加快县域水利现代化步伐，保护县域水环境工作越来越受到人们重视。水污染物总量控制作为水环境保护的重要举措，如何对其进行合理控制已成为研究热点。本文结合当前水资源管理制度，采用基于纳污红线的水污染物总量控制思想，从宏观角度对县域的排污总量进行限制来改善水环境。统筹考虑水环境容量、经济社会发展和公平性，以乡镇为基本单元确定各乡镇的水污染物控制总量，为县域开展水污染防治提供科学依据。

1 我国水污染物总量控制研究历程

水污染物总量控制的概念最早是在20世纪60年代末由日本学者提出来的，其目的在于通过有效措施将一定区域内的水污染物总量控制在一定范围内，以改善水环境状况。我国的水污染物总量控制研究起步较晚。20世纪70年代末，以制定松花江BOD总量控制标准为先导，开始了水污染物总量控制最早的探索和实践。随着管理工作的深入和认识的加深，1988年国家环保局在第三次全国环境保护会议上提出了由排污口污染物浓度控制向污染物总量控制转变的思路，我国的水环境管理工作才由最开始的浓度控制进入总量控制阶段。在后面的实践和探索中，水污染物总量控制大致经历了三个阶段：目标总量控制、容量总量控制和两者相嵌型控制。

目标总量控制阶段，属于总量控制的初步阶段，其思想是根据环境目标来确定总量控制指标，将允许排放的污染物控制在管理目标范围内。目标总量控制避免了浓度控制可以通过稀释来达标排放的弊病，虽然也存在着一定的问题，但在当时水环境管理方面做出了巨大贡献，有效改善了流域和重点区域的水环境。20世纪90年代，由国家环保局编制的《跨世纪绿色工程计划》及《污染物总量控制方案》等确定了中国水污染物总量控制方案，先按达标控制后按水质目标控制，由此开始了目标总量控制向容量总量控制的转型。我国的水污染物总量控制进入中级阶段，即容量总量控制阶段。容量总量控制主要是依据当地水环境容量确定总量控制指标，将允许排放的污染物控制在水环境容量范围内，以保证水功能区的正常功能。2001～2003年，我国在“三河三湖”先后进行了排污总量控制，强调了科学核算水环境容量的重要性，并建立了水环境容量与排污许可相结合的污染防治体制。2006年，国家环保局在《主要污染物总量分配指导意见》中提出，在总量分配时应综合考虑不同地区的环境状况、环境容量等，体现了总量控制中目标与容量相结合的思想，标志着水污染总量控制进入比较完善的阶段。近年来，由于国家加大了污染控制力度，使得水污染物总量控制得到了更多的关注，其方法也在不断的发展和完善，如基于和谐论、基于公平性的水污染物总量控制研究等。

2 水污染物总量控制体系的建立

2011年中央一号文件提出了“三条红线”，其中第三条红线就是确立水功能区限制纳污红线，严控排污总量。基于纳污红线思想，结合县域特点，建立了水污染物总量控制体系图，见图1。

污染源分析作为水污染物总量控制的基础，旨在摸清县域河流的污染源，以便合理计算产污量和加强源头控制。通常将污染源分为点源和面源，部分地区还存在内源和外来污染源。

水陆关系分析主要是以乡镇行政区划、河流水系、入河排污口分布、地形地势等确定水功能区与陆面汇流控制区域的对应关系，便于统计水功能区污染物入河量。

水环境容量分析是整个控制体系的核心，为总量控制提供科学依据。此处的水环境容量为理想水环境容量，即根据当地的水环境目标和水污染特点，通过选择合适的水质模型和排污口概化方式计算得到的水环境容量。

削减量分析是以水功能区为基础，根据各水功能区的污染物入河量和纳污能力确定相应水功能区的削减量。污染物削减量是污染物入河量与纳污能力的差值，见式（1）。污染物入河量指CODcr和NH3-N的入河量，主要包括点源和面源两部分，见式（2）。

式中，W削减1、W入河、W纳污分别为某水功能区污染物削减量、入河量和纳污能力，W点源、W面源为点源、面源排污量，α点、α面为点源、面源污染物入河系数。

总量控制即确定各乡镇允许排污量，以保证水资源的可持续利用。按照功能区对应乡镇的排污量权重分配污染物削减量，再以乡镇为基本单元进行统计（见式（3）），确定削减目标。各乡镇允许排污量即排污量和削减目标差值，见式（4）。

式中，W削减2、W允许、W排放分别为某乡镇污染物削减量、允许排污量和排污量，αi为该乡镇在某功能区上的排污权重，n为该乡镇境内水功能区个数。

3 应用实例

选取泗洪县作为研究区域，以2010年为基准年，2020年为规划水平年，按照建立的控制体系对该地区2020年水污染总量控制进行研究。

3.1 区域概况

泗洪县位于江苏省西部，淮河中游，洪泽湖西岸，辖14个镇、9个乡，全县总面积2731.4km2。现有城南、城北、双沟三座污水处理厂，设计规模分别是5万t/d，5万t/d，1.5万t/d。近年来，泗洪县坚持工业化、城市化、农业产业化三化并举，经济社会进入快速发展时期，城乡面貌日新月异。然而废污水排放却给水环境、水生态带来了较为严重的影响，境内多数河流均受到不同污染物不同程度的污染。2010年全县范围内重要河流的15个水质断面中，未达标的断面有12个，占总断面数的80%。水环境遭到破坏不仅影响经济发展，对人类的健康也构成了很大的危害。

图1 基于纳污红线的县域水污染物总量控制体系图

3.2 纳污能力计算

纳污能力计算范围涉及境内20条河流和1个湖泊，包含26个功能区，其中保护区2个，缓冲区5个，保留区2个，二级功能区中农业用水区14个，过渡区2个，排污控制区1个。根据计算范围内河道的排污现状和水质状况，将CODcr和NH3-N定为污染物总量控制指标。根据河流特点选取一维水质模型，并将排污口概化至计算河段中部、以出口断面控制，水功能区的纳污能力计算公式为：

式中，M为功能区纳污能力，t/a；Q为计算河段设计流量，m3/s；L为计算河段长度，m。

（1）模型参数的确定

水功能区水质目标Cs：根据《江苏省地表水（环境）功能区划》中确定的功能区水质目标，按《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）选取相应目标值。

初始浓度值C0：取上游河段水质目标值，若计算河段为河源段，则取源头水水质浓度。

污染物综合衰减系数k：参考《淮河流域纳污能力及限制排污总量意见》中的研究成果：kCODcr=0.05+0.68u（L/d）；kNH3-N=0.061+0.551u（L/d）。式中u为设计流速m/s。

设计流量Q：由于资料原因，设计流量的计算分两部分考虑：有径流资料的河流通过查找资料，选用90%保证率最枯月平均流量；无径流资料的河流则采用泗洪站1956～2010年降水量资料，以年降水量进行排频，取90%保证率年降水量相近的年份作为典型年进行降雨径流分析。按照泗洪地区枯水期多年平均降雨量占年降雨量40%的比例确定枯水期的月平均径流深，然后根据河流的汇水面积求得枯水期的月平均流量，作为设计流量，具体见表1。

表1 预测中相关参数取值表

表2 泗洪县各污染源污染系数表

表3 各污染源入河系数表

设计流速u：对有实测流速资料的断面，采用该断面的设计流速；对没有实测流速资料的断面，通过设计流量与过水断面面积的比值求得，具体见表1。

（2）计算结果

根据上述目标值及边界条件，利用选定的水质模型，计算各功能区纳污能力。其中，由于保护区和饮用水源区按规定不允许直接排污，因此纳污能力直接零处理。统计得出，2020年泗洪县各功能区CODcr和NH3-N的纳污能力分别为7038t/a和486t/a，具体见表1。

3.3 排污总量计算

根据泗洪县水文局和环保监测站提供的污染源监测资料，该地区的污染源有点源、面源、内源和外来污染源。由于资料和技术原因，研究中仅考虑点源（工业废水、城市生活污水）和面源（农村生活污水、畜禽粪便、化肥农药污染），内源污染通过河道清淤加以控制，外来污染源则通过强化交接断面水质监督管理和布设水质监测站网来加以防范。点、面源污染物排放量计算公式如下：

工业废水污染物排放量=工业废水排放量×污染物浓度（6）城市生活污水污染物排放量=城市人口数×排污系数（7）农村生活污水污染物排污量=农村人口数×排污系数（8）畜禽粪便污染物排污量=饲养量×排污系数 （9）化肥农药污染物排放量=耕地面积×排污系数 （10）

式中的相关参数见表1、表2，在考虑泗洪县产业结构基本不变的情况下，将2020年工业废水中污染物浓度按现状近似选取，CODcr、NH3-N 浓度分别为 116mg/L、25mg/L，其他排污系数通过参考类似泗洪地区的文献确定。由以上公式计算得出泗洪县2020年各乡镇排污情况（略）。

3.4 入河量及削减量计算

图2 泗洪县各乡镇污染物排放情况图

图3 泗洪县2020年各乡镇允许排污量及削减量图

按照水陆关系，将污染源排污量与水功能区对应。点源以其排污口位置为准，面源则以乡镇为单元，将面源入河量按照面积平均后再按汇水面积分解到相应水功能区。由于缺乏确定各污染源入河系数的相关资料，故用类似地区入河系数（见表3）的均值对2020年各功能区污染物入河量进行估算，入河量与纳污能力的差值即为各功能区的削减量。各功能区CODcr和NH3-N的污染物入河总量分别为8556t/a和1252t/a，削减量分别为6498t/a和1026t/a。

3.5 总量控制及对策

根据各水功能区的污染物削减情况及水陆关系，按照公式（3）（4）求得2020年各乡镇污染物削减量和允许排放量，具体见图3。

对于需要削减的污染物可分为点源和面源两类。点源污染物通过兴建污水处理厂，加大污水处理力度，提高中水回用率等方式来削减。面源污染物则通过加快生态型农业建设，优化畜牧业发展，完善农村清洁设施建设等措施来削减。点源削减为主，面源削减为辅，点面结合，共同有效控制污染物排放量。

4 结论

县域水资源的可持续利用，是经济社会可持续发展的重要支撑。面对当前县域水资源保护新形势要求，本文将纳污红线引入水污染物总量控制研究中，结合县域特点，建立水污染物总量控制体系，细化水环境容量核定过程，合理反算允许排污量，并以泗洪县作为实例。计算得出2020年泗洪县各功能区CODcr和NH3-N的纳污能力分别为7038t/a和486t/a；各乡镇CODcr和NH3-N的总削减量为21361t/a和3019t/a，允许入河排放总量为2058t/a和225t/a。计算过程和结果合理，为当地各乡镇水污染防治和污染物减排工作提供重要依据，也为其他县域水污染物总量控制提供借鉴■