晋中市水功能区纳污能力及限排总量研究

李秀平

（晋中市水资源管理委员会办公室，山西 晋中 030600）

1 区域基本概况

1.1 自然地理概况

晋中市地处山西省中部，境内河流分属黄河、海河两大流域，黄河流域的河流大部分汇入汾河，海河流域的河流分别注入南运河和子牙河。其中，黄河流域总面积9 189 km2，占全市总面积的56.2%；海河流域总面积7 158 km2，占全市总面积的43.8%。汾河在祁县夏家堡进入晋中市境内，经平遥县、介休市（县级）两县，最后从灵石县南关镇流出山西省，境内全长128 km。海河流域的各河流贯穿和顺、左权、昔阳、榆社4县大部及寿阳县东部部分地区。其中：南运河水系在晋中市有清漳东源、清漳西源和浊漳北源；子牙河水系市内有松溪河、桃河等。

晋中市河流总长度约1 764 km。全市水质监测站点控制的河长为1 221.4 km，占河流总长度的69%。市内部分河流污染问题突出，污染的河流大部分为劣Ⅴ类水质。水功能区纳污能力的准确核定，河流污染物排放量的严格控制，对改善晋中市水质有积极作用。

1.2 水功能区划及水质目标核定

为了合理确定地表水域功能，落实水功能区纳污红线，保护地表水生态，落实晋中市最严格水资源管理目标，2014年，晋中市在满足省级水功能区划要求的基础上，结合实际情况，在原有《晋中市地表水功能区划》的基础上进行了补充修改和完善。补充完善后的《晋中市地表水功能区划》全市涉及22条河流，19座水库，共划分51个水功能区，区划总河长1 399.5 km。其中一级水功能区41个，包括保护区17个、缓冲区2个、开发利用区22个。在一级区划的22个开发利用区中，划分二级开发利用区32个。境内黄河流域水功能区共涉及13条河流，涉及河长856.5 km，境内海河流域水功能区共涉及9条河流，涉及河长543.0 km，详见表1。

表1 晋中市地表水功能区统计

根据《晋中市实行最严格水资源管理制度考核办法》市政办发〔2014〕61号的水功能区达标目标分解方案的要求，确定水功能区水质目标如下：晋中市以Ⅱ类水为水质目标的水功能区共9个，河长297.2 km，占总河长的21.2%；Ⅲ类水为水质目标的水功能区共计25个，河长602.2 km，占总河长的43.0%；以Ⅳ类水为水质目标的水功能区共计7个，河长230.2 km，占总河长的16.4%；以Ⅴ类水为水质目标的水功能区共计10个，河长269.9 km，占总河长的19.3%。

2 水功能区水质评价

研究以2016年为基准，以2015年、2017年作为补充。近期为2018年，远期2020年为规划水平年。

2.1 入河排污口评价

本次入河排污口调查资料，主要采用2016年山西省水质普查入河排污口，市水利局、市环保局已备案的入河排污口及晋中市工矿企业用水大户入河排污口等信息，对全市51个水功能区年排放量大于5万t的75处入河排污口进行分析。经调查，排污口主要集中在农业用水区，占全市调查总数的52%，其次是工业用水区和排污控制区，占全市调查总数的20%左右。全市年废污水入河总量为13 755.9万t，COD年入河总量为17 615.7 t，氨氮为2 577.9 t。全市入河排污口污染物平均浓度COD为97.8 mg/L，氨氮为11.2 mg/L，分别为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B排放标准的1.6倍和1.4倍。

全市水功能分区废污水入河主要集中在农业、工业用水区及排污控制区，而缓冲区、饮用水水源区、景观娱乐用水区没有调查到废污水入河。其中，农业用水区废污水年入河总量为8 665.7万t，占全市总量的63.0%；主要污染物COD和氨氮年入河总量分别为12 387.5 t、1 900.5 t，占全市总量的70.3%和73.7%。工业用水区年废污水入河量2 217.6万t，占全市总量的16.1%；主要污染物COD和氨氮年入河量分别为3 781.4 t和413.9 t，分别占全市总量的21.5%和16.1%。排污控制区废污水年入河量2 706.7万t，占全市总量的19.7%；主要污染物COD和氨氮年入河量分别1 359.8 t和253.7 t，占全市总量的7.7%和9.8%。保护区、过渡区废污水以及主要污染物入河量占比最小，均占全市1%以下。

2.2 水功能区水质评价

地表水功能区分别开展全指标（地表水环境质量标准中的常规监测项目）和双指标评价，其中对于COD≤30 mg/L的水域，双指标评价项目为高锰酸盐指数和氨氮，对于COD＞30 mg/L的水域，双指标评价项目为化学需氧量和氨氮。

51个地表水功能区中，榆次区涧河榆次景观娱乐区、赵壁河和顺昔阳源头水保护区、昔阳工业农业用水区三个功能区，因河干未能进行现状水质达标评价，因此，本次水功能区实际总评价个数为48个，占总数的94.1%，达标水功能区数目34个，达标率为70.8%；评价河长1 339.1 km，占总河长的95.7%，达标率为73.7%。不同类别水功能区分析：缓冲区和饮用水源区达标率最高，为100%；其次为保护区，达标率和河长达标率为94%左右；农业用水区数量达标率和河长达标率为69.0%左右；过渡区数量达标率和河长达标率均50%以上；工业用水区数量达标率和河长达标率分别为28.6%和36.1%，排污控制区最差，监测断面均不达标；景观娱乐用水区因代表断面河干不进行评价。晋中市水功能区现状废污水入河主要集中在汾河晋中农业用水区、汾河介休排污控制区、松溪河昔阳工业农业用水区、惠济河平遥农业工业用水区、乌马河太谷工业农业用水区五个水功能区，年纳入废污水量、COD和氨氮入河量分别占全市入河总量的64.0%、73.8%、74.0%。水质超标项目主要为五日生化需氧量。

3 水功能区纳污能力计算与分析方法

水功能区纳污能力是指在某种污染物满足水域功能要求的前提下，在给定的水功能区水质目标值、设计水量、入河排污口位置及排污方式下，水功能区水体所能容纳的最大污染物量。此次对晋中市所辖51个水功能区及其所属22条河流的纳污能力进行核算。

3.1 模型的选择

晋中市境内河流大多属有机污染型河流，基本满足：一维均匀稳定流（忽略横向、垂向的扩散），纵向扩散项远小于平流输送项，从而忽略纵向扩散项，认为排污口入河污染物一开始就完全混合，选用一维水质模型。

3.2 设计流量及设计流速的确定

取10～30年的最枯月平均流量值，作为设计流量计算样本。各监测断面90%保证率下的断面设计流量和平均流速，按如下原则确定：

一是有实测流量流速资料的断面，利用水文站断面及流量资料计算。

二是对没有实测流速资料的河段，根据断面特征推算或借用特征相近的其他河道流量流速关系分析确定，或采用经验公式分析计算。

三是在上下游均无水文资料且断面特征无法比照时，利用DEM数字高程模型生成控制断面的大断面图，提取功能区河段比降，根据设计流量，选用合适的糙率，运用曼宁公式推求控制断面的设计流速。

3.3 综合衰减系数的确定

本次水功能区纳污能力计算综合衰减系数的确定采用分析借用法，并与已有相关区域纳污能力计算成果对照核定。确定本次河流纳污能力计算中综合衰减系数K的取值范围在0.2～0.38 d-1之间，K氨氮取值在0.15～0.26 d-1之间。

3.4 初始浓度值Co和目标水质浓度Cs的确定

初始浓度值Co：若计算河流段为河源，则取源头水水质。若为上断面的来水，则取上游功能区的水质目标值。

目标水质浓度Cs：原则上根据该单元所处的功能区的水质目标确定，对应浓度值则依据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）对应的项目标准限值确定。同时考虑到上下游水资源开发程度的差异，在其水质控制范围内做合理调整。

3.5 水功能区纳污能力研究成果分析

以各水功能区监测断面为计算单元，自上而下逐段进行水域纳污能力的计算。根据计算结果，通过与历史相关成果相对比，最终核定晋中市51个水功能区COD年纳污能力为9 069 t，氨氮纳污能力为393.2 t。分别为现状入河总量的51.5%、15.3%，详见表2。

表2 晋中市地表水功能区纳污能力分类汇总

通过对表2分析可知，区域内各水功能区针对不同污染物的纳污能力存在明显不同。依据计算成果进行分析，得出以下结论：缓冲区、过渡区、保护区、饮用水源区、景观娱乐用水区纳污能力依次增加，这五类水功能区COD和氨氮纳污能力不足全市总纳污能力的5.0%。农业用水区既是废污水排放集中也是纳污量最大的水功能区，其COD和氨氮年纳污能力为5 602.3 t和235.2 t，分别占全市总量的61.8%和59.8%。现状年入河量分别为17 615.7 t、2 577.9 t，分别已超地表水水体纳污能力的1.9倍和6.6倍，其中工业用水区、农业用水区、排污控制区三个功能区超纳污能力较多，工业用水区COD和氨氮超纳污能力达2.5倍和6.1倍，其次农业用水区COD和氨氮超纳污能力达2.2倍和8.1倍。排污控制区超纳污能力也相对较高。

4 限排总量控制及削减方案

结合水资源管理的实际情况，综合确定研究区域限制排污总量分解技术方案，即现状水质达标的水功能区，采用纳污能力计算和现状污染物入河量中的较小值作为对应区域的限制排污总量；保护区、省界缓冲区、饮用水源区及其他水功能区，以核定的纳污能力作为水平年限制排污总量。

晋中市水功能区2018年COD限制排放总量为12 835.7 t，氨氮为1 397.4 t，较现状入河量分别削减5 912.9 t和1 231.8 t，削减率分别为33.6%和47.8%，届时各分区水功能区达标率达80%以上。2020年COD和氨氮限排总量分别是8 962.8 t、420.6 t，COD、氨氮在2018年入河量削减的基础上再削减3 872.9 t和976.8 t，削减率分别为33.1%和72.6%。不同水平年污染物排放量按规划削减后，各分区水功能区可望实现达标率100%的水质控制目标，见图1、图2。

图1 COD限排量和削减量

图2 氨氮限排量和削减量

5 结论

根据研究结果，相关部门应将环境综合整治重点放在COD和氨氮指标的限值排放方面，不同水功能区的污染物消减量结果，工业用水区、农业用水区控制压力较大。严格按照分阶段限排总量控制方案，制定相应的控制方案并落实，在加强截污、治污的同时，加大污水处理厂升级改造力度。在有计划逐渐削减污染物入河总量的前提下，积极调整产业结构，鼓励企业改造生产工艺，减少废污水的排放量，切实增加水质监测投入力度，达到分阶段实现限排控制目标。