嫩江流域尼尔基水库上游河段入河排污口建设适宜性评价

郑国臣，张 怡，2，吕 军，刘洪超

(1.松辽流域水资源保护局，吉林 长春 130021；2.吉林大学 植物科学学院，吉林 长春 130062)

随着工农业的发展和城镇规模的不断扩大，城市用水量不断增大，排入江河湖库的废水、污水量也随之增加。水污染已成为制约经济发展和影响生态环境的重要因素，控制水污染是目前人类面临的重要生态问题之一[1-2]。入河排污口是指直接或者通过沟、渠、管道等设施向江河湖库排放污水的排污口，通过入河排污口排放污水是造成水体污染的主要原因[3]。入河排污口的优化布设对于实现水资源保护及防止水污染至关重要。近年来，学者们在入河排污口优化布设及建设适宜性评价方面开展了大量研究：曹颖[4]根据水文地质特点及河床演变规律，提出了适合钱塘江海宁河段的排污口位置；万珊珊等[5]利用基于概率分析策略的PBIL算法，考虑区域地理条件、水环境容量、水域纳污能力等条件，构建了排污口优化设置模型，并应用于具体的工程实例；汪亮等[6]综合考虑水域纳污能力、污水处理厂选址和排污口空间分布三方面因素，提出了基于多因素的排污口优化布设模型，并以黄河某水功能区为例，验证了模型的可用性；张守平[7]结合排污现状并综合考虑水域纳污适宜性、排污口建设适宜性和排污口改造经济性3个指标，建立了适宜于金沙江攀枝花江段入河排污口的位置优化模型，遴选出了15个最佳入河排污口布设地点。由于我国尚未出台入河排污口优化布设的技术导则，因此目前相关研究多采用经验方法并借助于水环境模型，考虑因素也不尽相同。

排污口设置无序、污水未经处理直接排放等，导致嫩江干流沿江城市多个取水口受到入河排污口排放污水的影响[8]，特别是位于嫩江中游的尼尔基水库。目前，受嫩江上游分布的入河排污口污水等影响，尼尔基水库已经出现严重的水生态环境问题，水库供水功能也受到威胁[9]。因此，根据现有入河排污口特点，对排污口布设进行优化研究，对于改善尼尔基水库水生态环境、加强嫩江流域水生态监督管理等具有重要意义。本研究以尼尔基水库上游河段入河排污口为研究对象，运用层次分析和单因子分析方法，从排污口特性、水域纳污特性及土地建设适宜性三方面对入河排污口的建设适宜性进行评价分析，以期为水库水生态保护、水资源可持续利用及流域机构审批入河排污口建设提供科学依据。

1 研究区概况

嫩江发源于大兴安岭伊勒呼里山中段南侧，是松花江的北源，干流全长1 370 km，流域面积29.85万km2，主要支流有那都里河、多布库尔河、科洛河、甘河、纳谟尔河、诺敏河、阿伦河、乌裕尔河、雅鲁河、绰尔河、洮儿河、霍林河[10-11]。尼尔基水库位于嫩江干流中上游，控制流域面积6.64万km2，占嫩江流域面积的22.4%，具有防洪、工农业和城镇供水、发电、环保等综合利用效益[12-13]。汇入尼尔基水库的河流主要有多布库尔河、固固河、欧肯河、门鲁河、科洛河及甘河。本研究涉及的尼尔基水库上游河段的入河排污口分别为松岭排污口(多布库尔河)、西小河排污口(甘河)、加格达奇防洪闸排污口(甘河)、建边农场场直排污口(固固河)、嫩江镇喇叭河排污口(嫩江干流)、嫩北县污水处理厂排污口(嫩江干流)、嫩江县多宝山铜矿排污口(嫩江干流)、山河农场场直排污口(尖山沟)，见图1。

图1 尼尔基水库上游河段排污口分布

2 研究方法

2.1 排污口优化布设模型

尼尔基水库上游河段入河排污口的优化布设采用指标赋分模型，分为目标层、要素层和指标层。目标层即为最佳排污点位置，要素层为影响排污性能的主要因素，一般情况下，最佳排污口位置由排污口特性、水域纳污特性及土地建设适宜性三要素综合决定[8]。

2.2 评价方法

本研究采用层次分析法和单因子评价法。层次分析法的步骤包括明确问题、构造判断矩阵、判断矩阵的一致性检验、层次单排序、层次总排序五步；单因子评价法是依据《地表水资源质量评价技术规程》(SL 395—2007)进行评价[14]。

2.3 河段划分

选取上述8处排污口为主要优化对象，对其所在河流进行河段划分。根据实际情况，将嫩江上游河流分为12 917个单元，其中嫩江干流1 727个、多布库尔河2 394个、科洛河2 286个、甘河4 315个、固固河547个、门鲁河1 648个。

3 数据收集与分析

3.1 排污口特性

根据2011—2013年8个入河排污口的CODMn、氨氮、总氮、总磷排放量数据，运用ArcGIS软件，对排污口所处河段单元进行赋值。以尼尔基水库库尾为零点，以嫩江干流石灰窑(嫩江干流第一个控制断面)到入库点河长为基准，计算嫩江干流上各排污口到入库点的距离。同理，以各支流河长为基准，计算各支流上排污口距汇入点的距离。

3.2 水域纳污特性

根据2011年嫩江干流及各支流水质监测结果，选取CODMn、氨氮、总氮、总磷浓度作为水域纳污指标。

3.3 土地建设适宜性

采用SRTM数据的数字地面高程数据。根据处理结果可知，研究区内地形起伏较大，高程变化范围为-200～2 000 m，河段单元附近地形较为平缓，多低于200 m。研究区内坡度整体较为平缓，变化范围为0°～77°。采用Landsat 5卫星的TM影像数据(图2)，对研究区内土地利用状况进行解译，并结合实际情况进行分类。依据排污口优化评价标准，将指标划分成水体、农田、荒地、草地、林地、建设用地等六类(图3)。由图3可知，嫩江上游主要为林地，尼尔基水库附近以草地和农田为主。

图2 研究区遥感影像

图3 研究区土地利用类型

4 结果与分析

4.1 排污口优化布设指标评价

结合嫩江流域特点，运用层次分析法对排污口特性、水域纳污特性及土地建设适宜性三要素进行分析，并对指标权重进行一致性检验，求得不同要素层下13个指标的权重，结果见表1。影响最佳排污口位置选择的三要素权重从大到小依次为水域纳污特性、土地建设适宜性、排污口特性。其中，土地利用、水功能区特点及距入库点距离是影响入河排污口位置选择的主要指标。

表1 最佳排污口位置选择评价指标权重

4.2 各指标的单因子评价

4.2.1 土地利用

由表1可知，土地利用是对排污口建设产生较大影响的指标。各排污口中，嫩江干流的嫩江镇喇叭河排污口、嫩江县污水处理厂排污口和甘河的西小河排污口、加格达奇防洪闸排污口评价结果为差，其所在区域的土地利用为建筑用地；山河农场场直排污口所在区域土地利用为农田，其评价结果为中；嫩江县多宝山铜矿排污口、建边农场场直排污口及松岭排污口所在区域的土地利用为林地和草地，评价结果为良。

4.2.2 污染物排放量

各排污口中，加格达奇防洪闸排污口的污染物排放量较大，其排污口的建设适宜性较差。

4.2.3 距入库点距离

各排污口中，嫩江干流两个入河排污口因距离入库点较近，单因子评价结果显示为中，表明在其河段建设排污口的适宜性较低，而其他排污口由于距离入库点较远，评价结果为优。

5 结 论

采用层次分析法，对影响排污口布设的三要素进行分析，确定了最佳排污口位置选择的要素排序为水域纳污特性、土地建设适宜性、排污口特性。其中，土地利用、水功能区特点及距入库点距离是影响入河排污口位置选择的主要指标。运用单因子方法进一步评价了土地利用、水功能区特点及距入库点距离对入河排污口位置选择的影响，其结果显示：河段内土地利用类型为草地或林地、污染物排放量较小、排污口距入库点较远时，入河排污口的建设适宜性较高；土地利用类型为农田或建设用地、污染物排放量较大、排污口距入库点较近时，入河排污口的建设适宜性较低。本研究综合考虑了入河排污口位置、水域纳污能力，以及土地利用等方面的特性，对于嫩江上游入河排污口的合理规划、建设、管理，以及尼尔基水库水资源保护具有科学指导意义。