基于納污紅線的縣域水污染物總量控制研究

丁艷霞 曹命凱 王 凱

（江蘇省水利勘測設計研究院有限公司 揚州 225127）

隨著我國縣域經濟的快速增長，與日俱增的水環境問題已成為制約縣域經濟社會和水利現代化事業發展的一個重要因素。為了保障縣域經濟科學發展和加快縣域水利現代化步伐，保護縣域水環境工作越來越受到人們重視。水污染物總量控制作為水環境保護的重要舉措，如何對其進行合理控制已成為研究熱點。本文結合當前水資源管理制度，采用基于納污紅線的水污染物總量控制思想，從宏觀角度對縣域的排污總量進行限制來改善水環境。統籌考慮水環境容量、經濟社會發展和公平性，以鄉鎮為基本單元確定各鄉鎮的水污染物控制總量，為縣域開展水污染防治提供科學依據。

1 我國水污染物總量控制研究歷程

水污染物總量控制的概念最早是在20世紀60年代末由日本學者提出來的，其目的在于通過有效措施將一定區域內的水污染物總量控制在一定范圍內，以改善水環境狀況。我國的水污染物總量控制研究起步較晚。20世紀70年代末，以制定松花江BOD總量控制標準為先導，開始了水污染物總量控制最早的探索和實踐。隨著管理工作的深入和認識的加深，1988年國家環保局在第三次全國環境保護會議上提出了由排污口污染物濃度控制向污染物總量控制轉變的思路，我國的水環境管理工作才由最開始的濃度控制進入總量控制階段。在后面的實踐和探索中，水污染物總量控制大致經歷了三個階段：目標總量控制、容量總量控制和兩者相嵌型控制。

目標總量控制階段，屬于總量控制的初步階段，其思想是根據環境目標來確定總量控制指標，將允許排放的污染物控制在管理目標范圍內。目標總量控制避免了濃度控制可以通過稀釋來達標排放的弊病，雖然也存在著一定的問題，但在當時水環境管理方面做出了巨大貢獻，有效改善了流域和重點區域的水環境。20世紀90年代，由國家環保局編制的《跨世紀綠色工程計劃》及《污染物總量控制方案》等確定了中國水污染物總量控制方案，先按達標控制后按水質目標控制，由此開始了目標總量控制向容量總量控制的轉型。我國的水污染物總量控制進入中級階段，即容量總量控制階段。容量總量控制主要是依據當地水環境容量確定總量控制指標，將允許排放的污染物控制在水環境容量范圍內，以保證水功能區的正常功能。2001～2003年，我國在“三河三湖”先后進行了排污總量控制，強調了科學核算水環境容量的重要性，并建立了水環境容量與排污許可相結合的污染防治體制。2006年，國家環保局在《主要污染物總量分配指導意見》中提出，在總量分配時應綜合考慮不同地區的環境狀況、環境容量等，體現了總量控制中目標與容量相結合的思想，標志著水污染總量控制進入比較完善的階段。近年來，由于國家加大了污染控制力度，使得水污染物總量控制得到了更多的關注，其方法也在不斷的發展和完善，如基于和諧論、基于公平性的水污染物總量控制研究等。

2 水污染物總量控制體系的建立

2011年中央一號文件提出了“三條紅線”，其中第三條紅線就是確立水功能區限制納污紅線，嚴控排污總量。基于納污紅線思想，結合縣域特點，建立了水污染物總量控制體系圖，見圖1。

污染源分析作為水污染物總量控制的基礎，旨在摸清縣域河流的污染源，以便合理計算產污量和加強源頭控制。通常將污染源分為點源和面源，部分地區還存在內源和外來污染源。

水陸關系分析主要是以鄉鎮行政區劃、河流水系、入河排污口分布、地形地勢等確定水功能區與陸面匯流控制區域的對應關系，便于統計水功能區污染物入河量。

水環境容量分析是整個控制體系的核心，為總量控制提供科學依據。此處的水環境容量為理想水環境容量，即根據當地的水環境目標和水污染特點，通過選擇合適的水質模型和排污口概化方式計算得到的水環境容量。

削減量分析是以水功能區為基礎，根據各水功能區的污染物入河量和納污能力確定相應水功能區的削減量。污染物削減量是污染物入河量與納污能力的差值，見式（1）。污染物入河量指CODcr和NH3-N的入河量，主要包括點源和面源兩部分，見式（2）。

式中，W削減1、W入河、W納污分別為某水功能區污染物削減量、入河量和納污能力，W點源、W面源為點源、面源排污量，α點、α面為點源、面源污染物入河系數。

總量控制即確定各鄉鎮允許排污量，以保證水資源的可持續利用。按照功能區對應鄉鎮的排污量權重分配污染物削減量，再以鄉鎮為基本單元進行統計（見式（3）），確定削減目標。各鄉鎮允許排污量即排污量和削減目標差值，見式（4）。

式中，W削減2、W允許、W排放分別為某鄉鎮污染物削減量、允許排污量和排污量，αi為該鄉鎮在某功能區上的排污權重，n為該鄉鎮境內水功能區個數。

3 應用實例

選取泗洪縣作為研究區域，以2010年為基準年，2020年為規劃水平年，按照建立的控制體系對該地區2020年水污染總量控制進行研究。

3.1 區域概況

泗洪縣位于江蘇省西部，淮河中游，洪澤湖西岸，轄14個鎮、9個鄉，全縣總面積2731.4km2。現有城南、城北、雙溝三座污水處理廠，設計規模分別是5萬t/d，5萬t/d，1.5萬t/d。近年來，泗洪縣堅持工業化、城市化、農業產業化三化并舉，經濟社會進入快速發展時期，城鄉面貌日新月異。然而廢污水排放卻給水環境、水生態帶來了較為嚴重的影響，境內多數河流均受到不同污染物不同程度的污染。2010年全縣范圍內重要河流的15個水質斷面中，未達標的斷面有12個，占總斷面數的80%。水環境遭到破壞不僅影響經濟發展，對人類的健康也構成了很大的危害。

圖1 基于納污紅線的縣域水污染物總量控制體系圖

3.2 納污能力計算

納污能力計算范圍涉及境內20條河流和1個湖泊，包含26個功能區，其中保護區2個，緩沖區5個，保留區2個，二級功能區中農業用水區14個，過渡區2個，排污控制區1個。根據計算范圍內河道的排污現狀和水質狀況，將CODcr和NH3-N定為污染物總量控制指標。根據河流特點選取一維水質模型，并將排污口概化至計算河段中部、以出口斷面控制，水功能區的納污能力計算公式為：

式中，M為功能區納污能力，t/a；Q為計算河段設計流量，m3/s；L為計算河段長度，m。

（1）模型參數的確定

水功能區水質目標Cs：根據《江蘇省地表水（環境）功能區劃》中確定的功能區水質目標，按《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）選取相應目標值。

初始濃度值C0：取上游河段水質目標值，若計算河段為河源段，則取源頭水水質濃度。

污染物綜合衰減系數k：參考《淮河流域納污能力及限制排污總量意見》中的研究成果：kCODcr=0.05+0.68u（L/d）；kNH3-N=0.061+0.551u（L/d）。式中u為設計流速m/s。

設計流量Q：由于資料原因，設計流量的計算分兩部分考慮：有徑流資料的河流通過查找資料，選用90%保證率最枯月平均流量；無徑流資料的河流則采用泗洪站1956～2010年降水量資料，以年降水量進行排頻，取90%保證率年降水量相近的年份作為典型年進行降雨徑流分析。按照泗洪地區枯水期多年平均降雨量占年降雨量40%的比例確定枯水期的月平均徑流深，然后根據河流的匯水面積求得枯水期的月平均流量，作為設計流量，具體見表1。

表1 預測中相關參數取值表

表2 泗洪縣各污染源污染系數表

表3 各污染源入河系數表

設計流速u：對有實測流速資料的斷面，采用該斷面的設計流速；對沒有實測流速資料的斷面，通過設計流量與過水斷面面積的比值求得，具體見表1。

（2）計算結果

根據上述目標值及邊界條件，利用選定的水質模型，計算各功能區納污能力。其中，由于保護區和飲用水源區按規定不允許直接排污，因此納污能力直接零處理。統計得出，2020年泗洪縣各功能區CODcr和NH3-N的納污能力分別為7038t/a和486t/a，具體見表1。

3.3 排污總量計算

根據泗洪縣水文局和環保監測站提供的污染源監測資料，該地區的污染源有點源、面源、內源和外來污染源。由于資料和技術原因，研究中僅考慮點源（工業廢水、城市生活污水）和面源（農村生活污水、畜禽糞便、化肥農藥污染），內源污染通過河道清淤加以控制，外來污染源則通過強化交接斷面水質監督管理和布設水質監測站網來加以防范。點、面源污染物排放量計算公式如下：

工業廢水污染物排放量=工業廢水排放量×污染物濃度（6）城市生活污水污染物排放量=城市人口數×排污系數（7）農村生活污水污染物排污量=農村人口數×排污系數（8）畜禽糞便污染物排污量=飼養量×排污系數 （9）化肥農藥污染物排放量=耕地面積×排污系數 （10）

式中的相關參數見表1、表2，在考慮泗洪縣產業結構基本不變的情況下，將2020年工業廢水中污染物濃度按現狀近似選取，CODcr、NH3-N 濃度分別為 116mg/L、25mg/L，其他排污系數通過參考類似泗洪地區的文獻確定。由以上公式計算得出泗洪縣2020年各鄉鎮排污情況（略）。

3.4 入河量及削減量計算

圖2 泗洪縣各鄉鎮污染物排放情況圖

圖3 泗洪縣2020年各鄉鎮允許排污量及削減量圖

按照水陸關系，將污染源排污量與水功能區對應。點源以其排污口位置為準，面源則以鄉鎮為單元，將面源入河量按照面積平均后再按匯水面積分解到相應水功能區。由于缺乏確定各污染源入河系數的相關資料，故用類似地區入河系數（見表3）的均值對2020年各功能區污染物入河量進行估算，入河量與納污能力的差值即為各功能區的削減量。各功能區CODcr和NH3-N的污染物入河總量分別為8556t/a和1252t/a，削減量分別為6498t/a和1026t/a。

3.5 總量控制及對策

根據各水功能區的污染物削減情況及水陸關系，按照公式（3）（4）求得2020年各鄉鎮污染物削減量和允許排放量，具體見圖3。

對于需要削減的污染物可分為點源和面源兩類。點源污染物通過興建污水處理廠，加大污水處理力度，提高中水回用率等方式來削減。面源污染物則通過加快生態型農業建設，優化畜牧業發展，完善農村清潔設施建設等措施來削減。點源削減為主，面源削減為輔，點面結合，共同有效控制污染物排放量。

4 結論

縣域水資源的可持續利用，是經濟社會可持續發展的重要支撐。面對當前縣域水資源保護新形勢要求，本文將納污紅線引入水污染物總量控制研究中，結合縣域特點，建立水污染物總量控制體系，細化水環境容量核定過程，合理反算允許排污量，并以泗洪縣作為實例。計算得出2020年泗洪縣各功能區CODcr和NH3-N的納污能力分別為7038t/a和486t/a；各鄉鎮CODcr和NH3-N的總削減量為21361t/a和3019t/a，允許入河排放總量為2058t/a和225t/a。計算過程和結果合理，為當地各鄉鎮水污染防治和污染物減排工作提供重要依據，也為其他縣域水污染物總量控制提供借鑒■