水环境容量与目标削减量测算方法研究——以重庆市梁滩河为例

黄 乐

（重庆临空开发投资集团有限公司，重庆 401100）

二十一世纪以来尤其是十八大以来，党中央高度重视环境保护，习近平总书记提出“绿水青山就是金山银山”的新理念，倡导保护环境，促进人与自然的和谐发展。在水环境领域，以保障水环境安全和促进流域全面协调发展为根本目标，开展“碧水行动”，开展“水安全、水环境、水资源、水生态、水管理”综合治理，顺应自然，依托自然生态系统，因地制宜地进行生态清洁小流域建设和综合整治[1]。但是，通常情况下，简单的污染总量控制不能完全解决水环境污染问题，水质改善需应用水质目标管理技术，以水环境改善为核心，以水生态修复为重点[2]。依法治水，健全水污染防治法制与执法监管体系；协同治水，健全水环境区域治理协调与绩效评估机制；科技治水，构建水环境治理科技创新和产业化平台；智慧治水，实现污染源监管和污染治理过程信息化；多元治水，推动“城水共治”和污染第三方治理[3]。在实际工作中，常常采用水质模型对河道水环境容量进行核算分析，确定水环境容量和污染负荷削减量，根据现状污染负荷分析河道污染源及污染物类型[4]。水环境容量与目标削减量测算方法较多，但以往多是考虑一个或几个单一因素，要么停留在理念阶段，要么只是简单地进行总量控制，要么推广适用性不强。本文以重庆市梁滩河流域水环境综合整治为例，综合考虑水容量估算方法和减排目标控制，提出了水环境容量与目标削减量测算方法，具有一定的借鉴意义和参考价值，对于开展流域水环境整体改善和流域生态综合调控具有重要的指导作用。

1 水污染导致的环境问题

水环境容量预测与计算是污染防治的前提。一般来讲，流域水环境容量预测与计算需要考虑以下主要存在的水污染环境问题。

（1）城镇生活污水处理率较低。一般情况下，除部分经污水处理厂处理达标排放外，大部分污水未经处理或经简单处理后，直接排入河流或其支流，对水体水环境造成了一定的污染，增加了水环境负荷。

（2）水体周边生活垃圾处理率较低。垃圾收集处理设施十分简陋，大部分生活垃圾沿水体两岸乱堆乱放，垃圾中的有害物质容易对水体造成一定的污染。

（3）大部分工业废水等未达到国家或地方标准排放，工业废水含有一定的有害物质，容易对水质造成污染，清理难度也大。

（4）水体底泥淤积严重，对水体产生一定的影响，某种程度上还会影响到居民身体健康，对工农业用水也不利。

（5）流域内农业面源污染严重，农田施肥、农药不科学使用导致大量氮、磷营养物质进入水体。

（6）在流域沿线有一些畜禽养殖场，部分畜禽养殖的粪便未经处理便排入水体容易引起富营养化，造成水环境污染。

（7）流域内水土保持不足，部分水体流失，地表径流中含有的污染物容易进入水体，对水体造成污染。

由此可见，水环境污染情形较多，有工业污染、生活污水和生活垃圾污染、底泥淤积污染、水土流失污染、农村面源污染等。在水环境容量预测和污染减排目标设置时，必须全面地、综合地考虑所有因素。

2 污染负荷预测

梁滩河流域面积491.27 km2，干流长约88 km，有5条支流汇入其中，见图1。梁滩河属嘉陵江下游右岸一级支流，发源于重庆市九龙坡区白市驿廖家沟水库，地处缙云山脉与中梁山脉之间，流经九龙坡、沙坪坝、北碚三个区，在北碚区龙凤镇汇入嘉陵江。

2.1 工业污染负荷年预测

2.1.1 沙坪坝区西永微电子产业园区

重庆西永微电子产业园由“四园两区”组成，“四园”指封装测试园、芯片制造园、应用产品园、软件园，“两区”指生活配套区、科技创新区。根据《重庆市梁滩河流域水污染综合整治总体规划》，到2022年西永微电子产业园区新增污水处理规模30 000 m3/d（表1）。类比同类型的工业园区污水处理厂进水水质，预测化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）浓度为480 mg/L，氨氮（NH3-N）浓度为35 mg/L，总磷（total phos⁃phorus，TP）浓度为4 mg/L。这三项指标是评价工业污染负荷的核心指标。

图1 梁滩河流域示意图Fig.1 Map of Liangtan River basin

表1 西永微电子产业园区2022年工业企业污废水污染负荷预测Table 1 Forecast of industrial wastewater pollution load in Xiyong Microelectronic Industrial Park in Chongqing in 2022

2.1.2 沙坪坝区西部现代物流园区

重庆市现代物流产业园区位于沙坪坝区土主镇团结村。物流园区是以铁路集装箱中心站为基础，依托“一江两翼”的物流腹地产业支撑，集多式联运、现代仓储、货运配载、城市配送、保税物流、物流装备、商贸流通、物流社区等功能于一体的铁路枢纽型经济试验区。根据《西部现代物流园区供水规划》（2007年），经过计算，预测2022年西部现代物流园区污水量可达22 000 m3/d（表2）。类比同类型的工业园区污水处理厂进水水质，预测COD浓度为430 mg/L，NH3-N浓度为35 mg/L，TP浓度为4 mg/L。

表2 西部现代物流园2022年工业企业污废水污染负荷预测Table 2 Forecast of industrial wastewater pollution load in Western Modern Logistics Park in Chongqing in 2022

2.1.3 梁滩河流域工业企业污染负荷汇总

梁滩河流域2022年工业企业污染负荷预测见表3。每项指标中都是沙坪坝区占比最大，主要原因是梁滩河流经沙坪坝区的流程最长，且流经区域中沙坪坝区工业化和城镇化水平最高。

表3 梁滩河流域2022年工业企业污染负荷预测Table 3 Forecast of pollution load for industrial enterprises in Liangtan River basin in 2022

2.2 城镇生活污水和垃圾污染负荷预测

根据经济发展和人口增长，结合梁滩河流域的实际情况，城镇集镇人口增长按4%考虑，人均综合生活用水量按150 L/（人·d）考虑，据实际情况，折污系数为0.8，污水中预测COD浓度为320 mg/L、NH3-N浓度为30 mg/L、TN浓度为45 mg/L、TP浓度为3.5 mg/L，梁滩河沿线城镇2022年污水及污染物产生情况，见表4。集镇人均产生的生活垃圾按1.0 kg计算，其中1.0 kg生活垃圾可折算0.05 kg COD、1.0 g TN、0.2 g TP，按照5%生活垃圾进入河流考虑，2022年梁滩河流域城镇生活垃圾排放量、污染物排放量见表5。

表4 2022年梁滩河流域城镇生活污水负荷预测Table 4 Forecast of municipal domestic sewage load in Liangtan River basin in 2022

表5 2022年梁滩河流域生活垃圾负荷预测Table 5 Forecast of household waste load in Liangtan River basin in 2022

2.3 底泥污染负荷预测

按流域在不治理的情况下考虑，梁滩河底泥污染在2022年不会有太大的变化，产生的污染负荷基本维持现状，即COD 1 402.2 t/a，BOD51 459.9 t/a，TN 15.4 t/a，TP 1.7 t/a。

2.4 水土流失污染负荷预测

考虑到在不治理的情况下，梁滩河流域水土流失及由此产生的污染负荷基本维持现状，各污染物产生量见表6。

表6 2022年梁滩河流域水土流失造成的污染负荷预测Table 6 Forecast of soil erosion-caused pollution load in Liangtan River basin in 2022

2.5 农村面源污染预测

2.5.1 集中居民点污水污染负荷预测

梁滩河流域集中居民点人口增长按0.6%考虑，其2022年污水污染负荷预测结果见表7。当天马村人口为永远村人口的2.76倍时，其各项污水污染负荷近似成比例增加。

表7 2022年梁滩河流域集中居民点污水污染负荷预测Table 7 Forecast of domestic sewage load in concentrated settlements in Liangtan River basin in 2022

2.5.2 畜禽养殖污染负荷预测

考虑到今后人民生活水平提高和流域城镇化率加快的趋势，并根据《重庆市都市区城市总体规划纲要》的要求，为便于进行畜禽养殖污染控制，梁滩河流域被规划为畜禽养殖限养区。由此确定到2022年畜禽养殖规模维持现状不变，即产生的污染负荷也维持现状不变。

2022年梁滩河流域畜禽污染导致的COD负荷估计为1 007.69 t/a，BOD5930.76 t/a，TN 46.85 t/a，TP 24.37 t/a。

2.5.3 农田施肥污染负荷预测

考虑到在不治理的情况下，梁滩河流域农田耕地面积、化肥使用量在2022年不会有太大的变化，基本维持现状，则由于农田施肥产生的流域污染负荷基本维持现状，各污染物产生量见表8。同样，由于梁滩河流经沙坪坝区的流程最长，农田面积最多，每项指标都是沙坪坝区占比最大。

表8 2022年梁滩河流域农田施肥污染负荷预测Table 8 Forecast of fertilization pollution load in Liangtan River basin in 2022

2.6 梁滩河流域污染负荷预测

综合各项污染负荷预测，梁滩河流域2022年水污染总负荷预测汇总见表9。

由表9可以看出，工业污染负荷占比最大的为沙坪坝区，城镇生活污水和城镇生活垃圾污染负荷占比最大的为北碚区，底泥污染负荷预测占比最大的为沙坪坝区，水土流失污染负荷占比最大的为九龙坡区，农村面源污染占比最大的为九龙坡区。每项指标中，COD指标沙坪坝区占比最大，比例为61.54%；NH3-N指标沙坪坝区占比最大，比例为60.45%；TN指标沙坪坝区占比最大，比例为44.70%；TP指标沙坪坝区占比最大，比例为64.84%。每项指标中都是沙坪坝区占比最大，主要原因是梁滩河流经沙坪坝区的流程最长，且流经区域中沙坪坝区工业化和城镇化水平最高。

3 环境容量与目标削减量

梁滩河流域沿线城镇工业、农业、生活等污染源产生的污染物通过流域转移将会进入长江干流。如果不及早治理梁滩河流域范围内现有的污染物，久而久之有恶化的趋势，对梁滩河及长江流域沿线生态环境保护将造成巨大的威胁。因此，加快梁滩河流域水环境综合整治已经是迫在眉睫。

水环境容量测算和目标削减量估算是污染综合整治和控制的基础，水质目标和测算模型的确定是水环境容量和目标削减量估算的关键和核心[5]。

3.1 环境容量测算

在满足规划的环境目标下，水体在单位时间内所能容纳污染物的最大数量，或所能容纳的污染物总量，就是河流水环境容量。梁滩河水环境容量估算如下。

3.1.1 边界条件设定

梁滩河属于次级河流，综合考虑流域水文特征、水系特征、水体水质目标、排污状况等因素，水环境容量测算的边界条件设定为：

（1）合理选择各河流（河段）近10年最枯流量作为设计流量；

表9 2022年梁滩河流域水污染总负荷预测量Table 9 Forecast of total pollution load in Liangtan River basin in 2022

（2）假定现有排污口的位置不变，各河流（河段）的支流作为排污口考虑；

（3）选择的河流断面应达到水质标准规定浓度上限值作为目标约束条件。

3.1.2 环境容量测算设计条件说明

（1）环境容量测算单元

为了更好地分析梁滩河流域现有水环境容量，为后续污染物负荷削减奠定基础，分单元进行水环境容量核算。根据《关于重庆市次级河流综合整治工作考核暂行办法的通知》〔渝办发（2009）311号〕，水环境单元划分见表10。

（2）测算模式选择

容量测算设计的水文条件是保证率P=90%的枯水期平均流量及相应的设计水深、设计水面坡降、设计流速等。

表10 水环境容量单元划分Table 10 Unit division for estimation of water environment capacity

梁滩河流域属于次级河流，采用一维计算模式进行预测。当控制断面符合指定水质标准时，非持久性污染物环境容量的计算公式为：

式中：W为环境容量，t/a；Qh为河流枯水期流量，m3/s；Cs为河流水质控制标准浓度，mg/L；K为污染物综合降解系数，1/d；L为河流间距，m；u为河流流速，m/s；C0为河流对照断面的背景浓度，mg/L。

（3）降解系数确定

梁滩河流域污染物综合降解系数采用实测法，根据下面公式进行计算：

式中：ΔL为功能区河段长度，m；C上为功能区上断面污染物浓度，mg/L；C下为功能区下断面污染物浓度，mg/L。

参考《三峡水库对重庆库段生态环境影响及整治对策研究》中水环境容量计算，根据各断面水质监测值以及各断面现状污染负荷，计算河流污染物综合降解系数。然后用2016年的水质监测资料和2016年的污染负荷校核K值，经分析得出梁滩河流域污染物综合降解系数K值，见表11。

表11 水环境容量测算不同污染物综合降解系数K取值Table 11 Values of comprehensive degradation factor K for different pollutants

（4）计算结果

计算梁滩河流域各段的水环境容量，结果见表12。负号表示水环境容纳的污染负荷量。由于梁滩河沿途的工农业生产差异及城乡生活差异，所产生的污染物不同且排放量不一样。同时梁滩河沿途流经流域长度、水深、水质等不一样，也会导致水环境容量差异。

表12 梁滩河流域水环境容量计算Table 12 Estimated water environment capacity in Liangtan River basin

3.2 整体目标削减量

流域综合整治削减量分配原则：主要污染物削减量进行一次性分配，即按照污染负荷比分配到入河排污口及各支流口；规划河段主要污染物削减量可进行二次分配，即先按照动态污染负荷比分配到各入河排污口及各支流口[6]。

与水环境功能区负荷预测量相比较，可以得到理论上需要削减的负荷量，即得出在实施阶段的目标削减量，具体见表13。

表13 梁滩河流域目标削减量Table 13 Targeted reduction amount in Liangtan River basin

由表13可以看出，九龙坡区需要削减的污染负荷主要为COD、TN，难点是控制城镇工业废水排放、城镇生活污水排放和农村面源污染；沙坪坝区需要削减的污染负荷主要为COD、NH3-N、TN，难点是控制城镇工业废水排放、城镇生活污水排放和农村面源污染；北碚区需要削减的污染负荷主要为COD、NH3-N，难点是控制城镇生活污水排放、城镇生活垃圾和底泥污染。

4 结语

本文以重庆市梁滩河流域为例，在现有污染防治水平、不考虑新增污染控制措施情况下，根据相关发展规划和流域内近年人口增长情况、流域内工业负荷增长率和生活污染负荷增长率，在其他类别负荷维持现状不变情况下预测流域水环境污染负荷总量。根据水质目标、一定的水文水动力条件、污染排放空间布局等因素，采用水环境模型确定水环境承载力。通过与现状监测值及预测污染负荷等对比，按照水环境容量计算公式得到目标负荷削减总量。研究结果表明：由于梁滩河沿途的工农业生产差异及城乡生活差异，加之流经流域长度、水深、水质等不一样，水环境容量也会有差异。梁滩河流域整治重点是要严格控制城镇工业废水排放、城镇生活污水排放、农村面源污染、城镇生活垃圾和底泥污染，其中九龙坡区需要削减的污染负荷主要为COD、TN，沙坪坝区需要削减的污染负荷主要为COD、NH3-N、TN，北碚区需要削减的污染负荷主要为COD、NH3-N。

本研究为流域水环境容量和目标负荷削减估算提供参考，为梁滩河流域水环境综合整治提供技术支撑，有助于提升流域水环境综合整治的效果与效率，有助于推动建设绿水青山的美好生活家园。