郑州市上街区水功能区纳污能力分析研究

郑秋生

(郑州大学管理工程学院，河南 郑州 450001)

汜水河、枯河为郑州市上街区的主要防洪、排涝河道，均属黄河支流。由于河道沿线污水排放，污染物排放超过水体纳污能力，导致河道水体部分化学指标超标，其水质类别分别为Ⅳ类、劣Ⅴ类，河道治污形势严峻。由于河道水体自净能力低，水质较差，难以形成完整的水生生物栖息地和食物链系统，水生植物和滨水植物种类单一，河道生态环境脆弱。因此，通过计算上街区水功能区的纳污能力并进行分析研究，对区域河湖水生态环境管理及沿河排污口排污量控制至关重要。

1 水功能区划和水质目标

1.1 河流基本情况

上街区的河流水系均属于黄河流域，主要河流为汜水河和枯河，境内无天然湖泊水库。其中汜水河发源于新密市尖山乡田中湾村，流经巩义市新中镇及米河镇、荥阳市高山镇、上街区峡窝镇，于荥阳市汜水镇流入黄河，流域面积373.28km2，河道干流全长46.74km，在上街区境内河段长9.10km，属过境河流。汜水河是季节性河流，枯水年份最小流量为0.53m3/s，最大流量无记录，常年平均流量2.60m3/s。

枯河发源于郑州市上街区廿铺村，向东南流经上街区、荥阳市、惠济区，在惠济区古荥北流入黄河，流域面积250.40km2，河道干流全长40.60km，在上街区境内河段长约2.00km。枯河是季节性河流，承担着上街区北部、荥阳市北部、惠济区西北部防洪排涝任务，属于跨区排水河道。

1.2 水功能区划分

按照流域分区，上街区处于黄河小浪底—花园口干流区；从水功能区角度，上街区隶属于两个一级水功能区(汜水河巩义荥阳开发利用区和枯河荥阳郑州开发利用区)和两个二级水功能区(汜水河荥阳过渡区和枯河荥阳郑州农业用水区)。

核定现状及远期规划水平年地表水总纳污能力，需确定河道水质规划目标。根据上街区水功能区水质现状、排污状况、不同水功能区特点、环境发展趋势以及当地技术经济条件等，结合《郑州市上街区生态水系规划(2013年)》及省、市对生态环境方面的最新要求，拟定河道水质的规划目标，见表1。

表1 上街区河道水质规划目标

2 水功能区纳污能力计算

水功能区纳污能力是在给定水域范围和一定设计流量条件下，满足水功能区环境质量标准要求的最大允许纳污量。纳污能力分为现状纳污能力和规划水平年纳污能力。根据水资源综合规划有关技术要求，现状污染程度小于纳污能力的水功能区，以现状污染物入河量为纳污能力，现状水质较差的参照计算的纳污能力。

2.1 模型选取

根据上街区河道的实际情况选取河道纳污能力计算模型，汜水河、枯河等跨界河流污染物质在较短时间内能均匀混合，流速大于0.1m/s，采用一维水质模型计算纳污能力。

一维水质模型公式如下：

(1)

式中：W为水域纳污能力，t/a；Q为水功能区设计流量，m3/s；q为水功能区入河污水量，m3/s；Cs为水功能区水质目标，mg/L；k为污染物综合衰减系数，1/s；x为水功能区上断面到下断面的距离，km；xi为简化后排污口到下计算断面的距离，km；u为水功能区设计流量下的平均流速，m/s。

2.2 纳污能力设计条件的确定

2.2.1 水文条件

水功能区纳污能力的水文设计条件以计算断面的设计流量表示。现状条件下，一般采用最近10年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量作为设计流量。集中式饮用水水源地采用95%保证率最枯月平均流量作为其设计流量。

该地区部分河流基流量很小或有可能断流，可根据实际情况适当调整设计保证率。结合《郑州市水资源综合规划》，使控制断面设计流量与河道生态基流保持一致，取75%保证率最枯月平均流量作为枯水期设计流量，取90%保证率最丰月平均流量作为丰水期设计流量。上街区范围内汜水河下游没有水文站，各河道控制断面流量采用水文比拟法进行推求。

2.2.2 控制因子和水质目标

纳污能力计算选取CODCr和氨氮作为主要控制因子。以水功能区相应水环境质量标准类别的上限值作为水质目标值。水功能区相应环境质量标准具体落实于相应的监控断面，断面达标即意味着水环境功能区水质达标。

2.2.3 背景浓度

参考水功能区的水质目标以对应《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的上限值(达到对应水环境质量标准的最大值)作为本底浓度。

2.2.4 综合衰减系数

根据《全国地表水环境容量核定技术复核要点》中提供的河道水质综合衰减系数参考值，结合各功能区水质优劣状况和水文特征，进行水质综合衰减系数的选取。根据实际情况，河道CODCr综合衰减系数取0.06～0.15，氨氮衰减系数取0.1。

2.3 纳污能力计算

经计算核定2016年上街区地表水总纳污能力：CODCr为305.1t/a，氨氮为25.5t/a；2020年地表水总纳污能力：CODCr为293.1t/a，氨氮为24.1t/a；2030年地表水总纳污能力：CODCr为276.8t/a，氨氮为22.8t/a。上街区河流纳污能力计算结果见表2。

表2 上街区河流纳污能力计算结果

3 污染物削减量

水功能区污染物削减量为现状入河排污量减去该功能区的纳污能力。当现状入河排污量小于纳污能力时，削减量为零。随着上街区社会经济的发展，污染物排放量与入河量在规划水平年内将会明显增加。根据相关环境成果，以偏安全角度预测各水平年污染物排放量，获得该区域各河道污染物CODCr和氨氮的削减量。即规划年2020年CODCr入河削减量至少应达到944.60t/a，氨氮的削减量应达86.05t/a；2030年CODCr削减量至少应达到1297.00t/a，氨氮的削减量应达117.98t/a。上街区各水功能区污染物削减量见表3。

表3 上街区河流污染物削减量计算结果

4 水环境存在问题分析及建议

为实现上街区河道水质的规划目标，完成河流污染物削减量控制任务，深入分析该区域水环境问题成因也同样重要。

4.1 水环境存在问题分析

4.1.1 污染物排放总量超过河道纳污能力

上街区河道是流域面积较小的二、三级河道，加上近年来气候变化和河流沿线人类活动的影响，导致天然径流减小，河道水体自净能力低。同时由于沿线污水处理厂污水排放标准低，污染物排放总量超过了河道纳污能力，河道不能完全消纳排入的污水，导致河道部分水质超标。

4.1.2 跨界河流上游污水排放

近年来，随着经济的发展，上游污水排放量逐渐增加，未经处理的污水经汜水河进入上街区，导致汜水河上街区河段受到污染，河水部分化学指标超标，影响了区域水环境质量以及水资源的开发利用，也不利于河道周边亲水群众的身心健康。

4.1.3 点源、面源污染未得到有效控制

沿河乡镇、农村居民居住分散，乡镇污水管网收集率偏低，雨污混流情况比较普遍，污水不能集中处理排放，部分企业存在污水直排的情况。污染源防治面广、量大，沿河点源、面源污染未得到有效的控制，导致区域内河流受到污染。

4.1.4 沿线群众参与河湖保护积极性不高

政府对沿线居民环保宣传力度不足，河流沿线群众缺乏主人翁意识，存在向河道内随意倾倒垃圾的情况，同时对发现的水污染环境情况未能及时进行制止和举报。

4.2 建议

为使上街区河流水质达到规划水质目标的要求，一方面，必须要严格控制入河污染物总量：建立健全区域内污水收集处理系统，有效控制点源、面源污染，工业废水、生活污水达标处理后才能排入河道；加强跨界河流入境断面水质监测，及时控制输入性水质污染。另一方面，必须高效合理利用水资源：充分利用水利工程调蓄河湖水，提高河湖水资源利用程度；增加河道生态补源工程建设，提高生态用水保障；加强中水利用能力建设，提高中水利用效率。