龙脖水库水环境承载力研究

□马 聪 霍香丽

（洛阳水利勘测设计有限责任公司）

0 引言

随着中国经济迅速发展，水污染也随之加剧，水环境保护任务越来越艰巨，相关调查指出，中国每年排放的污水量达上百亿吨，根据《2018年中国水资源公报》，2018年全国544个重要省界断面中，Ⅰ～Ⅲ类断面比例占评价断面总数的69.90%，Ⅳ～V类占21.10%，劣V类断面比例占9.00%；调查的124个湖泊中，Ⅳ类及以下占到75%，其中劣V 类占16.10%，湖泊富营养化率达到73.50%；另外，对1 129座水库进行的水质评价中，Ⅳ～劣V 类占12.70%，水库富营养化比例达到30.40%。因此可见，河流、湖库等水域水生态系统破坏加剧、污染程度加深、自净能力减弱、水体生态环境不断退化、湖库富营养化等水环境问题仍然是制约中国经济发展的首要问题。

水库具有防洪、供水、灌溉、发电、养殖、生态景观等多重功能，是陆地生态系统水环境要素的重要组成部分，在中国社会经济发展中发挥着不可替代的作用，但近年来，随着工农业的飞速发展，排污量与日俱增，水库水环境面临巨大挑战。

水环境承载力，是水污染总量控制的一个重要参数，其大小与水体特征、水质目标及污染物特性有关，是衡量水环境质量、确定水域污染负荷、水环境纳污能力、自净能力的重要手段，弄清水域水环境承载能力，对于推动水环境质量的改善有着重要意义。因此，利用模型模拟计算龙脖水库纳污能力，可为龙脖水库流域污染总量控制及管理提供决策依据。

1 水环境承载力定义

水环境承载力是基于可持续发展与水环境相互关系提出的，指的是在一定的水域，其水体能够被继续使用并保持良好生态系统时，所能容纳污水及污染物的最大能力。目前，对于水环境承载力的内涵，学者们分别从不同角度进行了界定，崔凤军等基于人类活动对环境造成的压力指出，水环境承载力是在某一地区、某种状态或条件下，某地区的水环境所承受的人类活动作用的阈值；汪恕诚从污水排放角度提出，水环境承载力是指水中污染物不会对该水域中的生态环境造成威胁的上限值。崔树彬等从水体纳污能力及自净能力角度，认为水环境承载能力即水环境容量或水体纳污能力，即水体所能容纳的最大污染负荷。而郑志宏等经总结认为，水环境承载力即水体自我维持、自我调节与纳污能力和社会的发展规模的协调。因此，水库水环境承载力，可视为水库的水环境容量或纳污染能力，即水库水库自我维持、自我调节与纳污能力和社会的发展规模的协调能力。它是衡量水库水环境质量的重要指标之一，是评价水库水域纳污染能力的重要途径。

2 龙脖水库水环境承载力计算

2.1 龙脖水库概况

龙脖水库位于洛河支流连昌河中游，座落在河南省陕县李村乡龙脖村，水库控制流域面积211 km2，干流长度30 km，干流比降1/100。水库由大坝、溢洪道、输水洞组成，原设计总库容5 119万m3，除险加固后核定水库总库容4 775 万m3，其中兴利库容2 757.50 万m3，死库容304.50 万m3，设计灌溉面积4 333.33 hm2，是一座具有防洪、灌溉、养殖等综合效益的中型水库。龙脖水库目前用水主要包括灌溉用水，现状灌溉面积1 333.33 hm2，多年平均灌溉供水量为550万m3，另外水库库区承包养殖已有30 余年。根据《河南省水功能区划报告》，水库位于永（连）昌河洛宁保留区，水质目标为Ⅲ类。

近年来，随着库区养殖规模的扩大，以及上游沿线生活污水的排放，水库出现不同程度的富营养化现象，2018 年5 月监测结果显示，库区总氮、总磷等均出现超标，其中总氮、总磷、五日生化需氧量等指标超标倍数达到2倍以上，是引起水库富营养化的主要原因。因此，如何定量化龙脖水库氮磷等营养物质的水环境容量，控制入库排污总量，是防止水库富营养化、保障水库水质安全的重要措施之一。

2.2 模型及参数选择

本次龙脖水库属于富营养化型湖（库），根据《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173-2010），总氮、总磷的纳污能力采用狄龙模型进行计算，模型表示为：式（1）（2）中：MN—湖（库）氮、磷的纳染能力，单位t/a；Ps—湖（库）中氮、磷的平均浓度，单位g/m3；Qs—湖（库）年出流水量，单位为m3/a；Rp—氮、磷在湖（库）中的滞留系数，单位l/a；W出—年出湖（库）的氮、磷量，单位t/a；W入—年入湖（库）的氮、磷量，单位t/a；h—设计流量下计算水域的平均水深，单位m；A—湖（库）水面积，单位m2；V—设计水文条件下的湖（库）容积，单位m3。

为保证计算参数的一致性和代表性，本次龙脖水库总氮、总磷纳污能力计算，参数的选择采用75%及90%保证率枯水年平均水位所对应的平均水深、水面面积、库容及年出流水量。龙脖水库位于连昌河中游，属于永（连）昌河洛宁保留区，主要接纳上游连昌河来水，水库目标水质为Ⅲ类，因此，入库末端总氮、总磷控制浓度取《地表水环境质量》（GB3838-2002）河流Ⅲ类标准限值，即总氮1.00 mg/L、总磷0.20 mg/L。

2.3 纳污能力计算结果

根据所选取参数，经计算，75%保证率枯水年平均水位时，龙脖水库总氮最大允许入库量为30.98 t/a，总磷为9.78 t/a；90%保证率枯水年平均水位时，龙脖水库总氮最大允许入库量为10.32 t/a，总磷为2.38 t/a。

利用龙脖水库水质监测成果可以估算，2019 年龙脖水库总氮入库量约为45.35 t/a，总磷入库量约为7.83 t/a，与75%保证率枯水年最大允许入库总量相比，总氮超出年总纳污能力的0.46 倍，而与90%保证率枯水年最大允许入库总量相比，总氮总磷分别超出年总纳污能力的3.39倍和2.29倍。

3 水库污染成因分析

根据计算及现状监测成果，龙脖水库水体中总氮、总磷含量较高，已超出水库水环境承载能力，水体富营养化程度较为严重。

经调查，导致龙脖水库氮、磷超标的主要原因是水库上游沿线生活污水直排、以及库区内养殖等，龙脖水库库区自20世纪80年代起承包当地农户养殖，2010年后，由于养殖饲料的加大投用，加之沿线生活污水未经处理直接排放，导致库区水质总磷、总氮等营养化指标超标，水库开始出现富营养化现象。因此，针对龙脖水库污染源特征，为避免水体进一步富营养化、逐步改善及恢复库区水环境质量，必须严格控制水库氮、磷入库量，严禁上游沿线生活污水的排放、以及限制库区养殖等。建议可采取强化沿线生活污水的收集及处理、推广脱氮除磷工艺，逐步取缔养殖，以及制定水库富营养化监控与预警方案等措施。

4 结论

文章采用狄龙模型定量计算了龙脖水库75%及90%保证率条件下总氮、总磷的水环境承载能力，并对其污染成因进行调查分析，经研究，文章得到以下结论：一是在满足水库水质控制目标前提下，龙脖水库75%保证率枯水年平均水位时，总氮最大允许入库量为30.98 t/a，总磷为9.78 t/a；90%保证率枯水年平均水位时，总氮最大允许入库量为10.32 t/a，总磷为2.38 t/a；二是经估算，现状龙脖水库总氮入库量分别超出75%、90%保证率枯水年最大允许入库总量的0.46倍和3.39倍，总磷入库量超出90%保证率枯水年最大允许入库总量2.29倍。总氮、总磷含量均超出水库水环境承载能力，水体富营养化严重；三是龙脖水库富营养化主要原因是生活污染、以及库区内养殖，为避免水体富营养化，可通过严格控制上游沿线生活污水的排放，取缔养殖，以及制定水库富营养化监控与预警方案等措施逐步改善库区水质。