南苕溪汪家埠斷面水質達標保障研究

常文婷， 翁仕龍， 潘向忠， 趙佳佳

(1.杭州市環境保護科學研究院，浙江省杭州 310014；2.杭州市環境監測中心站，浙江杭州 310000)

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南苕溪汪家埠斷面水質達標保障研究

常文婷1， 翁仕龍1， 潘向忠1， 趙佳佳2

(1.杭州市環境保護科學研究院，浙江省杭州 310014；2.杭州市環境監測中心站，浙江杭州 310000)

摘要以南苕溪汪家埠斷面水質達標為目標，針對近期(2015年)及中期(2020年)排污布局，以NH3-N為控制因子，利用MIKE11模型建立的污染物排放與水質響應關系模型，采用試算法計算了給定設計條件的青山污水廠最大允許排放量及青山水庫最小下泄流量。在基礎調查和計算分析的基礎上，結合研究區域實際，提出了南苕溪汪家埠斷面水質達標的若干針對性保障措施，可為環境管理提供決策參考。

關鍵詞水質達標；允許排放量；最小下泄流量；保障措施；南苕溪

隨著我國經濟的持續發展，水資源緊缺和日益嚴重的水污染成為經濟社會發展的制約因素。為加強對水資源宏觀調控，改善水環境質量，《中華人民共和國環境保護法》第二十八條規定，地方各級人民政府應當根據環境保護目標和治理任務，采取有效措施，改善環境質量，未達到國家環境質量標準的重點區域、流域的有關地方人民政府，應當制訂限期達標規劃，并采取措施按期達標；國務院印發的《水污染防治行動計劃》第二十款要求，未達到水質目標要求的地區要制訂達標方案，并報上一級人民政府備案，將治污任務逐一落實到匯水范圍內的排污單位，明確防治措施及達標時限。

國際上對水質達標控制方法的研究主要針對水體污染物含量及種類，構建實用性強的水質模型，從水質達標角度實現水環境改善及污染物排放總量的削減控制，發揮水質良好的可用水量的多種價值功能[1-3]。國內學者的研究主要針對當前水生態環境惡化、污廢水任意排放導致的水體污染，借助水功能區納污能力對入河污染物的限定約束作用，探討污染水體水質達標控制方法[4-9]。筆者以南苕溪為例，以汪家埠斷面水質達標為約束，針對近期及規劃排污布局，利用MIKE11模型建立的污染排放與水質響應關系模型，計算給定設計條件青山污水廠最大允許排放量及青山水庫最小下泄流量，結合研究區域實際，提出了針對性的水質達標保障措施，旨在為水質達標方案的制訂提供技術參考。

1研究區概況

1.1流域概況東苕溪流域位于浙江省西北部，杭嘉湖平原西部，干流長143 km，流域面積2 267 km2，平均坡降7.5‰，分屬臨安、余杭、德清、安吉及湖州市區。東苕溪干流余杭街道以上稱南苕溪，為東苕溪主源，發源于天目山南麓臨安馬尖崗，在青龍口以下入青山水庫，出青山水庫經青山湖街道出臨安市域，南苕溪臨安市與余杭區交接斷面即為汪家埠斷面。南苕溪(青山水庫出庫—汪家埠)匯水范圍見圖1。

圖1　南苕溪(青山水庫出庫—汪家埠)匯水范圍Fig. 1　Range of water catchment in Nantiao Creek

1.2水資源利用現狀南苕溪上游處于暴雨中心，河道坡陡流急，以防洪為重點，按照“上攔、中分(導)、下泄”的方針進行了綜合治理與水資源開發利用。主要蓄水工程有青山水庫，多年平均出庫流量為15.0 m3/s，集水面積603 km2，總庫容2.150億m3，正常庫容0.385億m3。

南苕溪下游余杭區現有飲用水取水口4個，供水量約80萬t/d，約占杭州全市錢塘江、苕溪兩處水源地供水總量的20%。

1.3水功能區及水質目標南苕溪青山水庫出庫至汪家埠段水功能區為“南苕溪余杭農業用水區”，南苕溪汪家埠至余杭鎮段水功能區為“南苕溪余杭飲用水源、農業用水區”。汪家埠斷面為杭州市市控監測斷面，目標水質為Ⅲ類。

1.4水環境質量2012～2013年南苕溪汪家埠斷面主要超標因子為石油類、鐵、錳，其余各項指標均達到《地表水質量標準》(GB 3838—2002)III類水質要求。

1.5污染源排放現狀由表1可知，調查范圍內的廢水排放主要來自工業源；對于COD排放，生活源略高于工業源，主要貢獻來自直排的農村生活源；NH3-N主要排放源為生活源。目前，青山污水廠受納生活源和工業源的比例約為3∶7，大部分工業企業均在納管范圍，青山污水廠設計規模為近期(2015年)2萬t/d，中期(2020年)4萬t/d，回用1.3 t/d。

表1　研究區域現狀各污染源污染物排放情況

2允許排放量計算

2.1計算方法河流水質模型是對河道水體中污染物隨空間和時間遷移轉化規律的數學描述，近年來，對水質模型的研究已經從點源污染模型轉向面源污染模型，從一般的水質模型轉向綜合水質模型，在比較常用的幾個水質模型中， MIKE模型使用方便、應用廣泛，在全國各大流域機構認可度較高[10]。因此，筆者利用MIKE11模型建立污染物排放與水質響應關系，并利用已有水位、流量、NH3-N等實測資料進行了模型率定和驗證。

一般情況下，污染物的排放不可能均勻分布在河段內，因此難以完全利用河段的環境容量，應根據污染源的分布情況和排放方式，分別計算允許排放量。由于研究區域工業、生活廢水主要依靠青山污水廠集中處理排放，青山污水廠是該區域的主要污染源，因此，筆者以汪家埠斷面水質達標為約束，針對近期及規劃排污布局，利用MIKE11模型建立的污染物排放與水質響應關系模型，采用試算法計算給定設計條件青山污水廠最大允許排放量。

2.2計算條件

2.2.1設計流量。一般選擇30Q10作為設計流量條件(近10年最枯月平均流量)。由于研究區域水文條件受青山水庫閘壩控制的影響，個別枯水月份下泄流量幾乎為零，因此，筆者采用75%保證率的最枯月平均流量作為設計流量。

2.2.2水質邊界。通常采用上游水環境功能區標準對應的國家環境質量標準的上限值作為水質邊界條件。由于現狀青山水庫出庫水質較好，為了更有效利用目前研究河段的水環境容量，筆者增加青山水庫出庫水質的現狀值作為邊界條件用于計算。

2.2.3控制因子。根據國家總量控制約束性指標及水環境現狀，選擇NH3-N作為控制因子。

2.2.4污染源概化。除青山污水廠外，其他污染源考慮兩種情況：①近期(2015年)，根據現狀污染源分布，綜合考慮未納管的工業和生活污水兩部分，污染物排放量參照現狀取值；②中期(2020年)，計算范圍內的工業廢水和部分生活污水得以收集集中處理，因此，其他污染源主要為少量未納管的生活污水，污染物排放量參照規劃污染源預測值取值。

2.3計算結果為實現汪家埠斷面水質達標，以NH3-N為控制因子，采用試錯法計算設計水文和邊界水質條件下青山污水廠最大允許排放量。由表2可知，不同水質邊界、污染源排污方式，對青山污水廠最大允許排放量計算結果影響較大。當水質邊界能維持現狀，計算范圍內的工業廢水和部分生活污水得以收集集中處理，僅有少量未納管的生活污水時，青山污水廠最大允許排放量有一定提高。

表2　不同設計條件青山污水廠最大允許排放量

注：青山污水廠尾水排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準。

Note: Tail water discharge of Qingshan Sewage Plant was carried out according to the standard A of Pollution Discharge Standard of Municipal Sewage Treatment Plant (GB 18918—2002).

3最小下泄流量計算

由于南苕溪汪家埠斷面水質在一定程度上受上游青山水庫下泄流量的影響，在其他措施尚未跟上的情況下，可以通過加大青山水庫下泄流量的方法來實現汪家埠斷面水質達標。針對“2.3”中的研究結果，分別計算不同水質邊界條件近期、中期青山水庫的最小下泄流量。由表3可知，在青山水庫出庫水質維持現狀的前提下，中期污染負荷時青山水庫下泄流量不得低于1.5 m3/s；當青山水庫出庫水質僅能達到Ⅲ類水質標準(上限值)時，近期污染負荷時青山水庫下泄流量不得低于6.0 m3/s，中期污染負荷時青山水庫下泄流量不得低于13.0 m3/s。

表3各方案青山水庫最小下泄流量

Table 3The minimum discharges of Qingshan Reservoir in different schemes

階段Stage水質邊界Waterqualityboundary(青山水庫出庫水質)最小下泄流量Theminimumdischarge∥m3/s近期Recentperiod(2015年)Ⅲ類6.0中期Middleperiod(2020年)Ⅲ類13.0現狀水質1.5

所謂最小下泄流量是指電站每時每刻經過電站建筑物向下游泄放流量的最小值[11]。為實現汪家埠斷面水質持續達標，青山水庫下泄流量任何時候都不應小于最小下泄流量計算值。另外，該研究最小下泄流量的計算前提是青山水庫出庫水質至少達到 Ⅲ 類水質標準(上限值)，若水庫出水達不到該標準，下泄量再大，下游汪家埠斷面也難以達標，因此加大青山水庫及上游的治理和保護力度至關重要。

4水質達標保障措施

4.1加強上游保護，確保下泄流量為保證南苕溪汪家埠斷面水質達標，青山水庫出水水質和下泄流量是最重要的影響因素，也是最為關鍵的保障措施。按照開發、利用和調節、調度水資源時，應當統籌兼顧，維持江河的合理流量，維護水體生態功能的規定，協調水利部門，統籌生活、生產和生態用水，確保青山水庫最小下泄流量。

4.2控制排水規模，強化中水回用根據測算，若青山水庫出水水質維持現狀，考慮未納管的工業和生活污水等其他污染源，則青山污水廠最大允許排放量為2.2萬t/d；如果僅考慮少量未納管的生活污水，其他廢水全部進入青山污水廠集中處理的前提下，青山污水廠最大允許排放量為2.4萬t/d。因此，為保證南苕溪汪家埠斷面水質達標，應加大力度推進工業及生活污水截污納管，并嚴格控制青山污水廠的處理規模，若不能提高污水排放標準或中水回用率，則污水廠規模需控制在2.4萬t/d。

4.3嚴格產業準入，調整產業布局按照新型工業化的要求，鼓勵發展循環經濟，推進清潔生產，不斷提高生態經濟的比重。引進低污染、低能耗、高產出的高新技術產業，確保從源頭上控制用水量和污染物排放量。鼓勵和支持流域內的工業企業，通過采取改進設計，使用清潔能源和原料，采用先進工藝技術與設備，改善管理，綜合利用等措施，延長和拓寬生產技術鏈，盡可能地提高資源利用效率，盡最大努力減少或避免生產過程中污染物的產生，控制排放總量。按照區域控制詳細規劃，擬訂流域現有工業企業搬遷計劃，引導流域內現有工業企業集中向工業集中區轉移。

4.4加強行業整治，落實污染減排按照《浙江省人民政府關于十二五時期重污染高耗能行業深化整治促進提升的指導意見》(浙政發[2011]107號)及生態文明建設的總體要求，以“關停淘汰一批、整合入園一批、規范提升一批”為基本思路，綜合運用法律、經濟、科技和必要的行政手段，全面推進鉛蓄電池、電鍍、印染、造紙、制革、化工六大重點行業整治提升工作。全面推進南苕溪流域印染、造紙、化工等重污染高耗能行業的整治提升工作，努力實現企業生產清潔化，環保管理規范化，執法監管常態化，污染排放減量化，推動經濟轉型升級。嚴格落實重點行業企業整治要求，重點行業企業廠區應設置嚴格的清污分流系統，防止污水“跑、冒、滴、漏”和混入清下水。廢水排放應符合國家相關排放標準和工業園區(工業集聚區)納管標準，并達到區域總量控制要求。對水污染物不能穩定達標，超過許可排放總量，影響集中污水處理廠達標排放的企業，除依法給予處罰外，必須實施限期治理。

4.5減少農村面源污染，加強畜禽養殖監管結合推進新農村建設和農村小康環保行動計劃，實施農村沼氣工程，完善農村改水、改廁，加快沼氣化建設；通過開展生態村和生態文明村創建工作，實施農村環境連片整治，全面開展農村生活污水收集處理工作，減少農村面源污染。依法確定禁養區、限養區、適養區，強化監管，對規模養殖畜禽的糞便、廢水作綜合利用或者無害化處理；凡是無害化處理設施未到位的現有規模養殖場，必須限期改造。

4.6嚴格環境監管，完善機制體制結合排污許可證發放，把污染排放總量控制指標逐一落實到企業，禁止無證排污、超總量排污，堅決查處違法排污行為；依法提高重點監控企業污染源現場執法檢查頻率，確保企業污染治理設施正常運行，嚴肅查處企業污染治理設施不正常運行行為，提高穩定達標率。逐步健全環境聯合執法機制，建立區域環境應急風險防范體系及跨區域出境斷面水質聯合考核制度；針對區域內工業、生活、農業污染源，采取綜合治理措施，充分發揮各級政府及各個職能部門的作用，實現部門聯動，形成各職能部門齊抓共管及全社會共同承擔的水環境污染防治格局。進一步完善環保工作“以政府為主導、以企業為主體、全民參與”的體制和機制，按照“地方人民政府主要領導和有關部門主要負責人是本行政區域和本系統環境保護的第一責任人”的規定，實行環境保護問責和獎懲制度，建立環境管理績效考核機制，將汪家埠出境斷面水質達標納入流域地方政府、各類組織和部門的工作目標考核內容。根據《水污染防治行

動計劃》《水體達標方案編制技術指南》，科學制訂水質達標方案。

參考文獻

[1] CAMPBELL J E，BRIGGS D A，DETON R A．Water quality operation with a blending reservoir and variable sources[J]． Journal of water resources planning and management，2002，128(4)：288-302．

[2] AZEVEDO D L，GABRIEF T，GATES T K，et a1．Integration of water quantity and quality in strategic river basin planning[J]．Journal of water resources planning and management，2000，126(2)：85-97．

[3] MATTIKALLI N M,RICHARDS K S．Estimation of surface water quality changes in response to land use change：Application of the export coefficient model using remote sensing and geographical information system [J]．Environment manage，1996，48：263-282．

[4] 陳燕華，李彥武，牟海省．長江九江段水環境容量研究[J]．環境科學研究，1994，7(1)：24-29．

[5] 李適宇，李耀初，陳炳祿，等．分區達標控制法求解海域環境容量[J]．環境科學，1999，20(4)：96-99．

[6] 鄭孝宇，褚君達，朱維斌．河網非穩態水環境容量研究[J]．水科學進展，1997，8(1)：25-31．

[7] 付意成，魏傳江，儲立民，等．渾太河流域水質達標控制方法研究[J]．中國環境監測，2012，28(2)：70-76．

[8] 鮑琨，逢勇，孫瀚，等．基于控制單元劃分技術的百瀆港斷面水質達標分析[J]．河海大學學報，2011，39(6)：651-655．

[9] 潘建波，張修宇．水體納污能力計算模型在松花江流域的應用[J]．人民黃河，2011，33(6)：61-66．

[10] 王雪，逢勇，謝蓉蓉，等．基于控制斷面水質達標的禿尾河流域總量控制[J]．北京工業大學學報，2015，41(1)：123-130．

[11] 洪祖蘭．關于瀾滄江梯級電站設置最小下泄流量的建議[J].云南水力發電,2004(5)：21-25．

基金項目杭州市環境保護科研計劃項目(2010007)；杭州市社會發展科研專項(20130533B06)。

作者簡介常文婷(1983- )，女，新疆阿勒泰人，工程師，碩士，從事水環境模擬研究。

收稿日期2016-03-13

中圖分類號S 181.3

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)14-058-03

Water Quality Up-to-standard Safeguards for Wangjiabu Section of Nantiao Creek

CHANG Wen-ting, WENG Shi-long, PAN Xiang-zhong et al

(Hangzhou Academy of Environmental Protection Science, Hangzhou, Zhejiang 310014)

AbstractWith the objective of water quality up-to-standard safeguards for Wangjiabu Section of Nantiao Creek, NH3-N was used as the control factor. According to the layout of pollution discharge in 2015 and 2020, MIKE11 model was used to establish the response relation model between pollutant discharge and water quality. The maximum permitted discharge amount of Qingshan Sewage Plant and the minimum discharge of Qingshan Reservoir were calculated under the given condition by trial method. Based on the basic investigation and computational analysis, specific safeguard measures for water quality up-to-standard safeguards were put forward by combining with the actual situation of research region, which provided decision-making references for environment management.

Key wordsWater quality up-to-standard; Permitted discharge amount; Minimum discharge; Safeguard measure; Nantiao Creek