汉江干流洋县段水功能区纳污能力分析计算

曹苗苗，夏焕清，柴 娟

（1.汉中水文水资源勘测中心,陕西 汉中 723000；2.咸阳水文水资源勘测中心,陕西 咸阳 712000；3. 陕西省地下水保护与监测中心, 陕西 西安 710003）

水功能区纳污能力指对确定的水功能区,在满足水域功能要求的前提下,按给定的水功能区水质目标值、设计水量、排污口位置及排污方式,功能区水体所能容纳的最大污染物量,通常以t/a表示。

汉江干流洋县段水功能区纳污能力分析计算是实施洋县境内汉江干流水污染总量控制的依据。对影响洋县境内汉江干流水功能区水资源质量和供水安全的入汉点污染源进行调查分析,以水功能区水质目标为控制原则,根据国家有关标准规定的环境设计水量要求,分析确定设计流量（水量）、计算断面（点）水质目标及控制参数,选择合适的水质模型,分析计算核定各功能区的主要污染物化学需氧量和氨氮的纳污能力,提出确保汉江干流水功能区水质达标的限制排污总量意见。

1 水功能区划分及水质现状

根据《陕西省水功能区划》2004 ,汉江干流洋县段一级水功能区划分为3 个,分别为洋县保留区、洋县开发利用区、石泉、紫阳保留区,开发利用区划分为2 个二级水功能区,分别为洋县城关工业、农业用水区和洋县渔业用水区。

根据陕西省水环境监测中心汉中分中心2017 年~2020 年对汉江干流洋县段三合、洋县、王家台、东村监测断面每月进行监测,及汉中市生态环境局对洋县西乡交界断面监测,监测结果进行单指标法评价,水质较好,各项指标均达《地表水环境质量标准》（GB 3838 -2002）Ⅱ类标准限值,各断面均达到或优于水功能区划目标水质。

洋县水功能区划分及水质现状见表1。洋县水功能区划见图1。

图1 洋县水功能区划图

表1 洋县水功能区划分及水质现状表

2 水功能区纳污现状

据洋县第二次全国污染源普查入河（湖）排污口清查统计,洋县境内汉江干流共有入河排污口18 个,其中规模以上2 个,有计量设施的6 个。根据入河排污口排入水体所在水功能区进行统计汇总,水功能区现状纳污情况见表2,入河排污口分布图见图2。

表2 汉江干流洋县段水功能区现状纳污量

图2 洋县入河排污口分布图

3 纳污能力计算设计条件

（1）初始断面背景浓度（Co）

各水功能区主要控制断面初始断面背景浓度采用陕西省水环境监测中心汉中分中心2017 年~2020 年枯水期（12 月~次年3 月）断面监测的平均值,水功能区初始断面背景浓度是根据实际情况,参照主要控制断面背景浓度及补充监测断面采用。

（2）水质目标（Cs）

本水功能区水质达标,不会影响下一级水功能区水质,因此保留区目标水质取所在的水功能区的目标水质,即Cs的取值为《地表水环境质量标准》（GB 3838 -2002）规定的Ⅱ类水中COD的浓度限值15 mg/L、NH3-N的浓度限值0.5 mg/L。开发利用区目标水质取所在的水功能区的目标水质,即Cs的取值为《地表水环境质量标准》（GB 3838 -2002）规定的Ⅲ类水中COD的浓度限值20 mg/L、NH3-N的浓度限值1.0 mg/L。

（3）设计水文条件确定

①设计流量

根据《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173 -2010）的规定,采用90%保证率最枯月平均流量或最近10 年最枯月平均流量作为设计流量。

汉江干流洋县段上设有洋县水文站,采用水文站1971 年~2020 年（共51 年）实测最枯月流量,根据P-Ⅲ型曲线计算90%保证率最枯月平均流量作为设计流量,推求主要控制断面90%保证率最枯月平均流量。根据P-Ⅲ型曲线计算得洋县水文站断面90%保证率最枯月平均流量为17.4 m3/s。洋县水文站1971 年~2020 年月最枯流量频率曲线图见图3。

图3 洋县水文站1971年~2020年月最枯流量频率曲线

②设计流速μ

本次根据洋县水文站2018 年～2020 年实测流量资料分别绘制了流量-流速关系综合曲线（图4）,考虑到洋县境内汉江水系河道河宽、河流走向、断面形状及比降等特征均比较接近,因此可供本次确定设计流速参考。

图4 洋县水文站流量-流速综合曲线

洋县水文站断面实测90%保证率最枯月平均流量为17.4 m3/s,查图得断面平均流速μ为0.37 m/s。

（4）综合衰减系数K的确定

参考《陕西省水资源保护规划》《陕西省国家重要江河水功能区纳污能力核定河分阶段限排总量控制方案报告》等已有纳污能力计算成果中汉江流域降解系数（K值）,结合本项目所在水域管理目标及水质现状,确定本论证河段汉江水系保留区的COD综合衰减系数Kc=0.20 /d, NH3-N综合衰减系数Kn=0.18 /d；开发利用区的COD综合衰减系数Kc=0.18 /d, NH3-N综合衰减系数Kn=0.15 /d。

（5）纳污能力计算模型

根据《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173 -2010）规定及本区域所处汉江河段的情况,采用河流的均匀混合一维水质模型进行污染物浓度沿程变化预测,并计算污染物对水域影响范围。

1）河段的污染物浓度按式（1）计算：

式中：C0为初始断面的污染物浓度,mg/L；Cx为流经x距离后的污染物浓度,mg/L；x为沿河段的纵向距离,m；u为设计流量河道断面的平均流速,m/s；k为污染物综合衰减系数,1/s；其余符号意义同前。

2）相应的水域纳污能力按式（2）计算：

式中：M为水域纳污能力,kg/s；Qp为废污水排放流量,m3/s；Q为初始断面的入流流量,m3/s；Cs为水质目标浓度值,mg/L；其余符号意义同前。

（c）当入河排污口位于计算河段的中部时（x=L/2即）,水功能区下断面的染物浓度及其相应的水域纳污能力分别按（3）和式（4）计算：

式中：m为污染物入河速率, g/s；Cx=L为水功能区下断面的染物浓度,mg/L；L为计算河段长度,m；其余符号意义同前。

水功能区河段水流流程因为排污条件和河道水利工程分布复杂性的影响,统一采用河段中点作为排污和取水位置,即有效河段综合自净衰减流程为水功能区计算河段长度之半。

4 纳污能力计算结果

各水功能区纳污能力计算成果见表3。结果表明,汉江干流洋县段各水功能区由于河流径流量较大,纳污能力较大,均大于水功能区现状污染物入河量,但也应强化污染治理,保障汉江水环境,维持功能区水质目标。

表3 水域纳污能力计算成果表

5 限制排污总量意见

依据水资源质量状况和生态环境的实际情况，以水环境质量不断改善为远景目标，当纳污能力大于污染物入河量时，拟定污染物入河控制量以纳污能力为限。对于纳污能力小于污染物入河量的水功能区，即污染物已经超过环境目标和水质已被明显污染的水功能区，污染物入河控制量应小于纳污能力为宜。

洋县各水功能区不存在超水质管理目标情况，不存在纳污能力小于污染物入河量的水功能区，即不需要进行污染物消减计算和污染物流域处理量计算。拟定污染物入河控制量以纳污能力为限。水功能区控制限排量见表4。

表4 水功能区控制限排量表

6 建议

（1）根据《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173-2010）的规定,应采用90%保证率最枯月平均流量或最近10 年最枯月平均流量作为设计流量。因为汉江干流洋县段设有洋县水文站,且具有从建站1971 年~2020 年实测连续系列资料,因此认为采用90%保证率最枯月平均流量作为设计流量最为适宜。

（2）汉江干流洋县段水质通过陕西省水环境监测中心汉中分中心每月实际监测,水质一直满足水功能区水质目标,因此确定以90%保证率最枯月流量作为设计流量计算的纳污能力作为控制排污总量。