新疆克孜河卡拉貝利水庫下游河道納污能力計算

2016-07-14 08:03:22朱銀銀

水利水電快報 2016年6期

朱銀銀

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊　830000)

朱銀銀

(水利部新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆烏魯木齊830000)

摘要：根據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)南部克孜河現(xiàn)狀入河排污口分布狀況，采用河流納污能力計算模型，預(yù)測了設(shè)計水平年卡拉貝利水庫運(yùn)行后，克孜河出山口至布哈拉渠首河段的納污能力，為有關(guān)部門在克孜河水環(huán)境保護(hù)和管理方面的決策提供參考。

關(guān)鍵詞：河流納污；排污口分布；納污能力；設(shè)計水平年；克孜河；卡拉貝利水庫

隨著我國社會、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水問題日益突出，水資源短缺日趨嚴(yán)峻。2011年中央1號文件要求實(shí)施最嚴(yán)格水資源管理制度，提出了“三條紅線”的管理目標(biāo)，水功能區(qū)限制納污便是其中之一[1]。河流納污能力與污染物的排放位置及排放方式有關(guān)，限定的排放方式是確定河流納污能力的重要確定因素[2-4]。

克孜河全長445.5 km，是喀什地區(qū)平原灌區(qū)的主要水源之一。據(jù)克孜河水量控制站卡拉貝利水文站多年實(shí)測統(tǒng)計資料，該河多年平均徑流量為21.687 m3。卡拉貝利水利樞紐位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣，壩址位于克孜河出山口以上約22 km，距烏恰縣約70 km，距烏魯木齊市約1 606 km，工程建設(shè)主要承擔(dān)下游防洪和灌溉任務(wù)，兼顧發(fā)電，水庫具有季調(diào)節(jié)性能，工程設(shè)計水平年為2020年。

由于設(shè)計水平年入河污染源具有不確定性，為防治卡拉貝利水庫下游水污染，維護(hù)河流健康，促進(jìn)流域社會經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，本文分析計算了不同污染源入河情況下，卡拉貝利水庫下游河道納污能力，為有關(guān)部門在克孜河水環(huán)境保護(hù)和管理方面決策提供參考。

1水功能區(qū)劃及入河排污口調(diào)查

根據(jù)《新疆水功能區(qū)劃》，將克孜河劃分為2個一級水功能區(qū)，即克孜河河源至出山口河段為源頭水保護(hù)區(qū)，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅰ類；出山口以下河段為開發(fā)利用區(qū)，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類。

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，克孜河出山口以上河段兩岸無居民及工礦企業(yè)分布，無集中入河污染源排放，出山口以下河段入河污染源主要包括喀什市污水處理廠和喀什市、疏附縣、疏勒縣和伽師縣部分灌區(qū)的農(nóng)田灌溉退水。采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作為評價標(biāo)準(zhǔn)[5]。

2納污能力計算模型

根據(jù)克孜河水環(huán)境特點(diǎn)，基于《水域納污能力計算規(guī)程》(GB/T25173—2010)相關(guān)劃分標(biāo)準(zhǔn)，河流為中型河流，可采用一維水質(zhì)模型[6]。

(1) 河段無排污口分布：

(1)

式中，Cx為流經(jīng)x距離后的污染物濃度，mg/L；C0為初始斷面的污染物濃度,mg/L；x為沿河段的縱向距離,m；u為設(shè)計流量下河道斷面的平均速度,m/s；K為污染物綜合衰減系數(shù),L/s。

(2)

式中，M為水域納污能力，kg/s；Cs為水質(zhì)目標(biāo)濃度值，mg/L；Q為初始斷面入流流量，m3/s；QP為廢污水排放流量，m3/s。

(2) 河段有排污口分布：

(3)

式中，C0為水質(zhì)濃度背景值，mg/L；L1為排污口至計算單元下斷面的距離，m；CP為廢污水的污染物濃度,mg/L。

3計算單元劃分及邊界條件的確定

3.1計算單元劃分

依據(jù)水庫建設(shè)影響范圍及克孜河污染源分布狀況，納污能力計算范圍為克孜河出山口布哈拉渠首河段。以渠首斷面、重要支流入?yún)R口為控制斷面，將計算河段劃分為7個計算單元，總河段長度為185.67 km，見表1。

表1　納污能力計算單元劃分

3.2入河污染源

3.2.1喀什市污水處理廠

喀什市污水處理廠位于喀什市東南約6 km的郊區(qū)，采用絕氧-好氧二級處理工藝，城區(qū)污廢水全部經(jīng)污水收集系統(tǒng)收集至該污水處理廠處理。目前，最高日處理量為7.6萬m3，年排放污水量約2 774萬m3，處理后的污水全部排入了克孜河。

根據(jù)要求，該污水處理廠污水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級B標(biāo)準(zhǔn)，灌溉期用于綠化和灌溉，非灌溉期排入30 km以外的戈壁荒灘用于荒漠植被綠化，遠(yuǎn)期考慮建污水庫貯存冬季達(dá)標(biāo)污水，使污水得到資源化利用，嚴(yán)禁將處理后的污水排入克孜河。至工程設(shè)計水平年，隨著環(huán)保部門監(jiān)管力度的不斷加強(qiáng)，喀什市污水處理廠應(yīng)依照環(huán)保部門的要求，不再將處理后的污水排入克孜河。此種情況下，設(shè)計水平年評價河段點(diǎn)源入河量為零。

因設(shè)計水平年喀什市污水處理廠禁止向克孜河排污在實(shí)際操作中具有不確定性，考慮最不利情況下，設(shè)計水平年該污水廠污水依然排入克孜河，排放量為設(shè)計規(guī)模4 380 m3/a，排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918—2002)中一級B標(biāo)準(zhǔn)。

依據(jù)上述兩種工況，設(shè)計水平年克孜河點(diǎn)源排放量及污染負(fù)荷量統(tǒng)計見表2。

表2　設(shè)計水平年河段點(diǎn)源入河量統(tǒng)計

3.2.2農(nóng)田退水

根據(jù)克孜河灌區(qū)規(guī)劃和實(shí)地調(diào)查，克孜河農(nóng)業(yè)污染源主要來源于喀什市、疏附縣、疏勒縣和伽師縣部分灌區(qū)的農(nóng)田灌溉回歸水，主要以泉水和地下水匯流等方式進(jìn)入克孜河。

依據(jù)流域綜合規(guī)劃，設(shè)計水平年流域內(nèi)灌區(qū)實(shí)施節(jié)水改造，以提高灌區(qū)用水保證率。由于灌區(qū)節(jié)水實(shí)施存在不確定性，根據(jù)灌區(qū)實(shí)施節(jié)水灌溉和最不利情況灌區(qū)未實(shí)施節(jié)水灌溉兩種工況，確定設(shè)計水平年克孜河流域農(nóng)田排水入河量及污染物排放量，其中農(nóng)田排水水質(zhì)采用新疆水環(huán)境監(jiān)測中心喀什分中心2011年實(shí)測數(shù)據(jù)，結(jié)果見表3。

3.3水文條件

采用工程運(yùn)行后P=90%保證率最枯月，即將90%保證率下1月份的平均流量作為設(shè)計流量。

3.4水質(zhì)控制參數(shù)選擇及控制標(biāo)準(zhǔn)

選擇COD、NH3-N作為控制參數(shù)，控制標(biāo)準(zhǔn)采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.5降解系數(shù)

綜合考慮研究河段水動力學(xué)特性和水質(zhì)污染特性，在資料完整性和可靠性分析的基礎(chǔ)上，取COD降解系數(shù)為0.096 d-1，NH3-N降解系數(shù)為0.12 d-1。

4預(yù)測情景設(shè)定

從最不利角度考慮，根據(jù)克孜河流域點(diǎn)源和面源排放情況，組合成4個情景對比分析水庫建成后克孜河中下游河段納污能力狀況。預(yù)測情景如表4所示。

表3　設(shè)計水平年流域農(nóng)田排水入河量統(tǒng)計(面源污染)

表4　預(yù)測情景

注：“√”表示滿足該工況的污染源排放條件。

5水域納污能力計算結(jié)果及分析

不同預(yù)測情景下的預(yù)測結(jié)果見表5和圖1。

(1) 情景1與情景2下，喀什市污水處理廠污水均不入河。由于灌區(qū)回歸水水質(zhì)優(yōu)于地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此灌溉回歸水的匯入，可改善河道水體納污能力。情景1下灌區(qū)未實(shí)施節(jié)水，灌區(qū)回歸水量大于情景2，因此計算河段納污能力略大于情景2。情景1下計算河段COD納污能力較情景2增加90.22 t/a，NH3-N納污能力較情景2增加7.08 t/a。(2) 情景1與情景3下，設(shè)計水平年灌區(qū)均未實(shí)施節(jié)水灌溉，灌溉回歸水量相同，河道納污能力取決于喀什市污水處理廠廢水是否入河。情景1下計算河段COD納污能力較情景3增加1 291.17 t/a，NH3-N納污能力較情景3增加452.06 t/a。

(3) 情景2與情景4下，設(shè)計水平年灌區(qū)均實(shí)施節(jié)水灌溉，河道納污能力亦取決于喀什市污水處理廠廢水是否入河。情景2下計算河段COD納污能力較情景4增加1 287.48 t/a，NH3-N納污能力較情景4增加450.78 t/a。

表5　工程運(yùn)行后下游河段COD、NH3-N納污能力模擬結(jié)果　t/a

圖1　不同預(yù)測情景下計算河段(a)COD、(b)NH3-N納污能力統(tǒng)計

(4) 情景3與情景4下，喀什市污水處理廠污水均入河，河道納污能力取決于灌區(qū)是否實(shí)施節(jié)水改造。情景3下，灌區(qū)不實(shí)施節(jié)水改造，灌區(qū)回歸水量較大，由此使情景3納污能力大于情景4。情景3的 COD納污能力較情景4增加86.53 t/a，NH3-N納污能力較情景4增加5.8 t/a。

6結(jié)論與建議

(1) 工程建成后，由于水庫的調(diào)節(jié)作用，下游河段枯水期流量增加，水質(zhì)改善，因此，不同預(yù)測情境下，河道納污能力較現(xiàn)狀均有所增強(qiáng)。

(2) 設(shè)計水平年克孜河灌區(qū)是否實(shí)施節(jié)水，對河段納污能力影響較小。

(3) 喀什市污水處理廠出水直排入河，對克孜河喀什市市區(qū)段及其下游河段水質(zhì)有較大不利影響，尤其在巴依托喀依渠首至伽師河入克孜河匯合口之間河段，致使此段納污能力為負(fù)值。因此，喀什市污水處理廠應(yīng)嚴(yán)格按相關(guān)文件要求，禁止將污水排入克孜河。

參考文獻(xiàn)：

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[4]水域納污能力計算規(guī)程SL348—2006.

[5]地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838—2002.

[6] 汪炎炎，劉梅群，潘華，等.堵河流域重點(diǎn)水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀及污染治理.[J].人民長江，20154(增2)：31-35.

(編輯：李慧)