同沙水庫水環(huán)境容量分析

韓嬌

(廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院，廣東 佛山 528216)

同沙水庫位于東莞市同沙村，攔截東江一支流寒溪河黃沙水，集水面積100km2。為解決東莞市城市供水率低，調節(jié)能力和抗風險能力差等問題，2006年，市政府明確將城區(qū)庫區(qū)容量最大的同沙水庫作為重點保護的預備水源之一。但水質檢測結果顯示，多項指標超標。

水環(huán)境容量是指水體在一定的規(guī)劃設計條件下的最大允許納污量，其大小隨規(guī)劃設計目標的變化而變化，反映了特定水體水質保護目標與污染物排放量之間的動態(tài)輸入響應關系［1］。對水庫的水環(huán)境容量進行計算分析，有助于了解水庫的污染現(xiàn)狀、自凈能力，為控制污染物與保護水環(huán)境提供參考［2］。

1 水質現(xiàn)狀評價

選取同沙水庫南部進水、北部出水兩個主要監(jiān)測斷面，監(jiān)測指標主要包括:COD、TN、TP、NH3－N。2006年第1季度，2007－2008年第1、2、3、4季度的水質監(jiān)測結果見圖1、圖2、圖3、圖4。

由圖1、圖2、圖3、圖4可知，水質監(jiān)測指標中，總氮除2007年第3季度北部出水、2008年第4季度南部進水和第3季度北部出水達到V類標準外，其余均為劣V類，尤其是2008年第1季度，南部進水最高超過V類標準12倍，北部出水最高超過V類標準8.4倍;化學需氧量北部出水均達到Ⅳ類標準;總磷污染較為嚴重，2007年南部進水除第3季度達Ⅲ類標準外，其余均為劣V類，北部出水2006年第4季度、2007年第4季度和2008年第1季度均為劣V類，2007年第4季度和2008年第1季度的南部進水和北部出水均為劣V類;氨氮2007年和2008年第1季度均為劣V類，最高超過V類標準8.6倍。可見同沙水庫已經受到嚴重污染，喪失了飲用水源水功能。

2 入庫水量

同沙水庫的入庫水量包括自然降雨徑流所形成的徑流、外調水量、排放入庫的污水量等。參考同沙水庫1988－2002年各月降雨量，根據(jù)徑流公式(1)得到水庫月、年平均徑流量，見表1。

式中:Q為徑流產生量;q為降雨量;Ψ為徑流系數(shù)，取0.5 (100km2匯水面積內山林地較多);F為匯水面積，取100km2。

表1 同沙水庫多年平均各月徑流量(單位:萬m3)

目前，排入同沙水庫的污水主要包括生活污水和垃圾填埋場滲濾液。其中生活污水主要是東城牛山污水處理廠和大嶺山連馬污水處理廠每天排入的尾水，約11萬噸，年排放尾水4015萬噸;垃圾填埋場滲濾液主要來自于東城牛山垃圾填埋場200t/d和大嶺山舊飛鵝垃圾填埋場250t/d，年均排放量約為20萬噸。

根據(jù)2000－2003年同沙水庫逐日蒸發(fā)量資料，水庫年均蒸發(fā)量為1323mm，按水庫面積6.99km2計算，年蒸發(fā)量為925萬m3。因此，目前年均入庫總水量約為11942萬m3。

3 入庫污染負荷

雨水濃度根據(jù)2009年4月－10月對同沙水庫集水區(qū)5場降雨(4月15日、4月18日、6月30日、9月15日、10月20日)徑流監(jiān)測資料取平均值;尾水濃度參考《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》［GB18918－2002］一級B標準;垃圾滲濾液濃度類比得到。雨水、達標尾水和垃圾滲濾液入庫水質指標和入庫污染負荷分別見表2、表3。

表2 入庫水質指標(單位:mg/L)

表3 入庫污染負荷現(xiàn)狀(單位:t/a)

同沙水庫周邊有總面積約200萬m2的自然濕地，可去除水庫中部分溶解性物質。據(jù)類比調查，自然濕地污染物去除負荷平均為CODCr2g/m2·d、BOD51.2g/m2·d、TN 0.3g/m2·d、NH3－N 0.2g/m2·d、TP 0.05g/m2·d。計算周邊現(xiàn)有自然濕地去除污染物總量約為CODCr900t/a、BOD540t/a、TN 135t/a、NH3－N 90t/a、TP 23t/a。扣除濕地凈化能力后，實際增加入庫負荷為 CODCr6290t/a，BOD51469t/a、TN 2079t/a、NH3－N 1147t/a、TP 47t/a。

4 水環(huán)境容量計算

4.1 水質模型

絕大多數(shù)情況下，湖泊、水庫被視為一個完全混合反應器，利用盒模型進行計算［3］。分析多年水質監(jiān)測資料，同沙水庫水質空間分布較均勻，基本可忽略水庫水質的空間差異性，可將視為完全混合反應器。依據(jù)質量平衡得到完全混合模型表述式為:

式中:CE、C—分別為流入和流出水庫的污染物濃度;

Q—流入水庫的水量;

K1—一級反應速率常數(shù);

V—湖庫庫容;

湖庫允許納污量計算公式由上式導出:

式中:W為容許排污量;CS為水質標準;

當外源或客水作為背景容量占用時，有:

則水庫流域內的允許排放量為:

式中:Ce、Cb—分別為流入水庫水源保護區(qū)污水及徑流混合濃度和客水背景濃度;

Qe、Qb—分別為水庫水源保護區(qū)污水及徑流量和流入水庫的客水水量。

同沙水庫的水環(huán)境容量分析按式(5)計算。

4.2 水質模型參數(shù)選擇

同沙水庫水質控制指標選取CODCr、TN、TP、NH3－N，參考其他水庫測試數(shù)據(jù)，各污染物的自凈系數(shù)見表4。

表4 污染自凈系數(shù)K取值(單位:d－1)

4.3 水環(huán)境容量計算結果

市政府明確同沙水庫為東莞市重點保護的備用水源之一，因此，以《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838－2002)Ⅲ類水質標準作為水質保護目標。將2008年同沙水庫的水質監(jiān)測數(shù)據(jù)代入水質模型，得到水庫主要污染物CODCr、TN、TP和NH3－N的環(huán)境容量，計算結果見表6。

表6 同沙水庫水環(huán)境容量(單位:t/a)

由表6可知，即使充分考慮現(xiàn)有自然濕地的凈化作用，每年還需要通過其他措施降低至少4007t的CODCr、2098t的TN、51.9t的TP和1036t的NH3－N的污染負荷，才能保證入庫污染物量不超出同沙水庫的自凈能力。

［1］方國華，于鳳存，曹永瀟.中國水環(huán)境容量研究概述［J］.安徽農業(yè)科學，2007，35(27):8601－8602.

［2］孔邦杰，章志攀，俞益武等.臺州長潭水庫水環(huán)境容量分析［J］.人民長江，2008，39(13):60－64.

［3］樊華，陳然，劉志剛.柘林水庫水環(huán)境容量及水污染控制措施研究［J］.人民長江，2009，40(24):39－43.