复州河水功能区纳污能力分析

李国杰

（绥中县大风口水库管理处，辽宁绥中 125203）

1 研究背景

复州河发源于普兰店市同益乡老帽山南麓，是大连地区第二大河流。流经普兰店市的安波、同益和瓦房店市的松树、太阳、老虎屯、复州、三台子等10个乡镇，于三台子乡西蓝旗的老羊头注入渤海，其中复州河复州城农业用水区是接纳沿河乡镇生活和工业污水的主要河段。随着农村城镇化的发展，原来分散排放通过地表径流排入河道的污水，现已基本通过污水处理厂及截污纳管工程以集中排放形式进入河道，因此水功能区的纳污能力计算成果，对水功能区的管理及沿河排污口排污量的总量控制至关重要。但在相同的水文设计条件下，不同的计算方法得出的纳污能力计算结果，却有很大的差异。因此通过复州河水功能区纳污能力分析研究，对中小河流水体纳污能力计算工作具有重要的指导意义和借鉴作用。

2 研究方法

2.1 纳污能力计算的常用方法

水功能区纳污能力是指在一定设计水文条件下和排污情况下，为满足水功能区水质目标要求，水体所能容纳某种污染物的最大数量。纳污能力计算方法主要有模型计算法和污染负荷计算法。研究主要根据复州河复州城农业用水区的特点，遵循GB/T25173-2010《水域纳污能力计算规程》和《全国水资源综合规划地表水资源保护技术细则》的相关要求，采用不同的模型计算方法，分别计算特征污染物COD，NH3-N的水功能区纳污能力。

式中：M为水域纳污能力,kg/d；Cs为水体水质目标浓度，mg/L；k为污染物综合衰减系数，1/d；Cx为流经x距离后污染物浓度，mg/L；Q为断面设计流量，m3/s；Qp为废污水排放流量，m3/s；C0为初始断面污染物浓度，mg/L；x为沿河段的纵向距离，m；u为设计流量下的流速，m/s。

对于某一功能区段，计算时可将河段内多个排污口概化为一个集中的排污口，相当于一个集中点源，该集中点源的实际自净长度为河段长的1/2，则功能区段下断面污染物浓度为：

式中：m为污染物排放量，kg/d。

方法二[2]：用一维水质模型模拟污染物沿河流纵向的迁移问题，其假设设承载能力为，根据概化，单位河长纳污量应为W/L，建图示坐标系，在河段内选一微段，长为，坐标为，流速为u，则，此微段污染物输运至处的剩余质量为：

单位时间，经过x=L所在断面的污染物总质量，应为上游L长河段内排放的各微段的质量降解至断面剩余质量的迭加。

式中：为河段纳污能力,kg/d；为沿河段的纵向距离，m。

2.2 模型参数的估值方法

水功能区设计流量采用频率计算方法，频率计算方法采用经验频率曲线法，其公式为数学期望公式：

式中：p为频率，%；n为实测资料系列长，个；m位实测资料由大到小的排列序号。

对于无水文实测资料的河流，以生态基流作为设计水量，生态基流计算方法采用Tennant法。

污染物综合衰减系数一般采用野外实测法或利用数值解模型通过试错法求解。计算模型为：

式中：CA，CB为上、下断面污染物的浓度mg/L。

2.3 模型参数的估值

设计水量采用1956—2000年45年实测水文系列资料计算，复州河复州城农业用水区设计水量为0.50 m3/s，相应流速为0.14 m/s。区间来水采用Tennant法估算，东风水库出口到九道河汇入口区间、九道河汇入口到太阳河汇入口区间、太阳河汇入口到珍珠河汇入口区间、珍珠河汇入口到岚崮河汇入口区间分别为0.054，0.036，0.048，0.042 m3/s。

综合衰减系数按式（6）计算，复州河复州城农业用水区污染物综合衰减系数CODcr为0.30/d，NH3-N为0.34/d。

3 结果分析计算

3.1 水功能区现状

复州河复州城农业用水区段为东风水库出口至入海口，全长47.4 km，水质控制断面为复州河大桥，功能为农业用水，水质保护目标为Ⅳ类标准。依据2016年水质监测数据评价，复州河东风水库出口枯水期水质达到Ⅳ类标准，丰水期达到Ⅲ类标准,超Ⅲ类标准参数为CODcr；复州河3台入海口枯水期、丰水期水质达到Ⅲ类标准；均优于Ⅳ类标准的水功能区水质保护目标。

3.2 取排水状况

现有2处农业用水取水口，一处为复州河西兰旗提水站取水口取水方式为抽提，取水量95.4万m3；一处为杏树园拦河闸右岸取水口；取水方式为自流，取水量884万m3。

复州河复州城农业用水区沿河乡镇有驼山乡、杨家乡、老虎屯镇、复州城镇、三台乡、太阳升乡、阎店乡、仙峪湾镇、岗店街道，生活污水通过地表径流直接入河的主要为复州城镇和太阳升乡生活污水，两个污水处理厂污水年排放量约548万t，主要污染物CODcr192 t，氨氮19.2 t。

3.3 纳污能力计算

在设计水文条件下（见2.3），东风水库出水及区间来水水质设为Ⅲ类标准，即CODcr为20 mg/L，NH3-N为1.0 mg/L；复州河复州城农业用水区水质设为Ⅳ类标准，即CODcr为30 mg/L，NH3-N为1.5 mg/L。不同计算方法计算结果如下：

1）按照方法一式（1）计算，即 GB/T25173-2010《水域纳污能力计算规程》规定的方法，复州河复州城农业用水区出口水质CODcr和氨氮的纳污能力分别为368.8 t/a和19.0 t/a。

2）按照方法一式（2）计算，即《水域纳污能力计算规程》将入河排污口概化的方法，复州河复州城农业用水区CODcr和氨氮的纳污能力分别为221.5 t/a和12.1 t/a。

3）按照方法二（3）计算，即《全国水资源综合规划地表水资源保护技术细则》要求的方法，复州河复州城农业用水区CODcr和氨氮的纳污能力分别为669.4 t/a和37.0 t/a。

为验证计算方法的准确性，按照环境容量的定义计算环境容量，复州河复州城农业用水区CODcr和氨氮的环境容量分别为747.8 t/a和41.3 t/a。

4 结果与讨论

从计算结果来看。对比3种计算模式，按照方法二（3）的计算结果最大，约为环境容量的90%，最接近于环境容量，而且计算过程也较为简单；次之为方法一（1）的计算结果，约为环境容量的49%，远低于环境容量，计算过程需要按照汇入源项，逐段演算污染物初始浓度，计算过程相对复杂些；方法一（2）的计算结果最小，约为环境容量的30%，计算过程仍需要按照汇入源项，但不需要逐段演算污染物初始浓度计算过程也较为简单。

从计算方法来看，方法一得出的纳污能力仅考虑了水体自净后的剩余环境容量，较为安全、保守；计算方法二得出的纳污能力不仅考虑了水体自净后的剩余环境容量，也考虑了水体的自净量。

从计算结果与水功能区纳污状况及水质情况看，按照方法一得出的水功能区纳污能力接近（CODcr)或低于（氨氮）水功能区纳污量，水功能区水质应该接近或超过Ⅳ类标准；按照计算方法二得出的水功能区纳污能力远大于水功能区纳污量，水功能区水质应该优于Ⅳ类标准。从实际监测的水质现状看，水质达到Ⅲ类标准，由此可见方法二得出的水功能区纳污能力更能反映水功能区的实际情况。

综合以上分析，复州河复州城农业用水区纳污能力采用计算方法二较为合适，复州河复州城农业用水区纳污能力确定为CODcr669.4 t/a和氨氮37.0 t/a。

［1］GB/T25173-2010，水域纳污能力计算规程［S］.

［2］韩龙喜.中小型河道纳污能力计算方法研究［J］.河海大学学报，2002，30（1）.