晉中市水功能區納污能力及限排總量研究

李秀平

（晉中市水資源管理委員會辦公室，山西 晉中 030600）

1 區域基本概況

1.1 自然地理概況

晉中市地處山西省中部，境內河流分屬黃河、海河兩大流域，黃河流域的河流大部分匯入汾河，海河流域的河流分別注入南運河和子牙河。其中，黃河流域總面積9 189 km2，占全市總面積的56.2%；海河流域總面積7 158 km2，占全市總面積的43.8%。汾河在祁縣夏家堡進入晉中市境內，經平遙縣、介休市（縣級）兩縣，最后從靈石縣南關鎮流出山西省，境內全長128 km。海河流域的各河流貫穿和順、左權、昔陽、榆社4縣大部及壽陽縣東部部分地區。其中：南運河水系在晉中市有清漳東源、清漳西源和濁漳北源；子牙河水系市內有松溪河、桃河等。

晉中市河流總長度約1 764 km。全市水質監測站點控制的河長為1 221.4 km，占河流總長度的69%。市內部分河流污染問題突出，污染的河流大部分為劣Ⅴ類水質。水功能區納污能力的準確核定，河流污染物排放量的嚴格控制，對改善晉中市水質有積極作用。

1.2 水功能區劃及水質目標核定

為了合理確定地表水域功能，落實水功能區納污紅線，保護地表水生態，落實晉中市最嚴格水資源管理目標，2014年，晉中市在滿足省級水功能區劃要求的基礎上，結合實際情況，在原有《晉中市地表水功能區劃》的基礎上進行了補充修改和完善。補充完善后的《晉中市地表水功能區劃》全市涉及22條河流，19座水庫，共劃分51個水功能區，區劃總河長1 399.5 km。其中一級水功能區41個，包括保護區17個、緩沖區2個、開發利用區22個。在一級區劃的22個開發利用區中，劃分二級開發利用區32個。境內黃河流域水功能區共涉及13條河流，涉及河長856.5 km，境內海河流域水功能區共涉及9條河流，涉及河長543.0 km，詳見表1。

表1 晉中市地表水功能區統計

根據《晉中市實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》市政辦發〔2014〕61號的水功能區達標目標分解方案的要求，確定水功能區水質目標如下：晉中市以Ⅱ類水為水質目標的水功能區共9個，河長297.2 km，占總河長的21.2%；Ⅲ類水為水質目標的水功能區共計25個，河長602.2 km，占總河長的43.0%；以Ⅳ類水為水質目標的水功能區共計7個，河長230.2 km，占總河長的16.4%；以Ⅴ類水為水質目標的水功能區共計10個，河長269.9 km，占總河長的19.3%。

2 水功能區水質評價

研究以2016年為基準，以2015年、2017年作為補充。近期為2018年，遠期2020年為規劃水平年。

2.1 入河排污口評價

本次入河排污口調查資料，主要采用2016年山西省水質普查入河排污口，市水利局、市環保局已備案的入河排污口及晉中市工礦企業用水大戶入河排污口等信息，對全市51個水功能區年排放量大于5萬t的75處入河排污口進行分析。經調查，排污口主要集中在農業用水區，占全市調查總數的52%，其次是工業用水區和排污控制區，占全市調查總數的20%左右。全市年廢污水入河總量為13 755.9萬t，COD年入河總量為17 615.7 t，氨氮為2 577.9 t。全市入河排污口污染物平均濃度COD為97.8 mg/L，氨氮為11.2 mg/L，分別為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級B排放標準的1.6倍和1.4倍。

全市水功能分區廢污水入河主要集中在農業、工業用水區及排污控制區，而緩沖區、飲用水水源區、景觀娛樂用水區沒有調查到廢污水入河。其中，農業用水區廢污水年入河總量為8 665.7萬t，占全市總量的63.0%；主要污染物COD和氨氮年入河總量分別為12 387.5 t、1 900.5 t，占全市總量的70.3%和73.7%。工業用水區年廢污水入河量2 217.6萬t，占全市總量的16.1%；主要污染物COD和氨氮年入河量分別為3 781.4 t和413.9 t，分別占全市總量的21.5%和16.1%。排污控制區廢污水年入河量2 706.7萬t，占全市總量的19.7%；主要污染物COD和氨氮年入河量分別1 359.8 t和253.7 t，占全市總量的7.7%和9.8%。保護區、過渡區廢污水以及主要污染物入河量占比最小，均占全市1%以下。

2.2 水功能區水質評價

地表水功能區分別開展全指標（地表水環境質量標準中的常規監測項目）和雙指標評價，其中對于COD≤30 mg/L的水域，雙指標評價項目為高錳酸鹽指數和氨氮，對于COD＞30 mg/L的水域，雙指標評價項目為化學需氧量和氨氮。

51個地表水功能區中，榆次區澗河榆次景觀娛樂區、趙壁河和順昔陽源頭水保護區、昔陽工業農業用水區三個功能區，因河干未能進行現狀水質達標評價，因此，本次水功能區實際總評價個數為48個，占總數的94.1%，達標水功能區數目34個，達標率為70.8%；評價河長1 339.1 km，占總河長的95.7%，達標率為73.7%。不同類別水功能區分析：緩沖區和飲用水源區達標率最高，為100%；其次為保護區，達標率和河長達標率為94%左右；農業用水區數量達標率和河長達標率為69.0%左右；過渡區數量達標率和河長達標率均50%以上；工業用水區數量達標率和河長達標率分別為28.6%和36.1%，排污控制區最差，監測斷面均不達標；景觀娛樂用水區因代表斷面河干不進行評價。晉中市水功能區現狀廢污水入河主要集中在汾河晉中農業用水區、汾河介休排污控制區、松溪河昔陽工業農業用水區、惠濟河平遙農業工業用水區、烏馬河太谷工業農業用水區五個水功能區，年納入廢污水量、COD和氨氮入河量分別占全市入河總量的64.0%、73.8%、74.0%。水質超標項目主要為五日生化需氧量。

3 水功能區納污能力計算與分析方法

水功能區納污能力是指在某種污染物滿足水域功能要求的前提下，在給定的水功能區水質目標值、設計水量、入河排污口位置及排污方式下，水功能區水體所能容納的最大污染物量。此次對晉中市所轄51個水功能區及其所屬22條河流的納污能力進行核算。

3.1 模型的選擇

晉中市境內河流大多屬有機污染型河流，基本滿足：一維均勻穩定流（忽略橫向、垂向的擴散），縱向擴散項遠小于平流輸送項，從而忽略縱向擴散項，認為排污口入河污染物一開始就完全混合，選用一維水質模型。

3.2 設計流量及設計流速的確定

取10～30年的最枯月平均流量值，作為設計流量計算樣本。各監測斷面90%保證率下的斷面設計流量和平均流速，按如下原則確定：

一是有實測流量流速資料的斷面，利用水文站斷面及流量資料計算。

二是對沒有實測流速資料的河段，根據斷面特征推算或借用特征相近的其他河道流量流速關系分析確定，或采用經驗公式分析計算。

三是在上下游均無水文資料且斷面特征無法比照時，利用DEM數字高程模型生成控制斷面的大斷面圖，提取功能區河段比降，根據設計流量，選用合適的糙率，運用曼寧公式推求控制斷面的設計流速。

3.3 綜合衰減系數的確定

本次水功能區納污能力計算綜合衰減系數的確定采用分析借用法，并與已有相關區域納污能力計算成果對照核定。確定本次河流納污能力計算中綜合衰減系數K的取值范圍在0.2～0.38 d-1之間，K氨氮取值在0.15～0.26 d-1之間。

3.4 初始濃度值Co和目標水質濃度Cs的確定

初始濃度值Co：若計算河流段為河源，則取源頭水水質。若為上斷面的來水，則取上游功能區的水質目標值。

目標水質濃度Cs：原則上根據該單元所處的功能區的水質目標確定，對應濃度值則依據《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）對應的項目標準限值確定。同時考慮到上下游水資源開發程度的差異，在其水質控制范圍內做合理調整。

3.5 水功能區納污能力研究成果分析

以各水功能區監測斷面為計算單元，自上而下逐段進行水域納污能力的計算。根據計算結果，通過與歷史相關成果相對比，最終核定晉中市51個水功能區COD年納污能力為9 069 t，氨氮納污能力為393.2 t。分別為現狀入河總量的51.5%、15.3%，詳見表2。

表2 晉中市地表水功能區納污能力分類匯總

通過對表2分析可知，區域內各水功能區針對不同污染物的納污能力存在明顯不同。依據計算成果進行分析，得出以下結論：緩沖區、過渡區、保護區、飲用水源區、景觀娛樂用水區納污能力依次增加，這五類水功能區COD和氨氮納污能力不足全市總納污能力的5.0%。農業用水區既是廢污水排放集中也是納污量最大的水功能區，其COD和氨氮年納污能力為5 602.3 t和235.2 t，分別占全市總量的61.8%和59.8%?，F狀年入河量分別為17 615.7 t、2 577.9 t，分別已超地表水水體納污能力的1.9倍和6.6倍，其中工業用水區、農業用水區、排污控制區三個功能區超納污能力較多，工業用水區COD和氨氮超納污能力達2.5倍和6.1倍，其次農業用水區COD和氨氮超納污能力達2.2倍和8.1倍。排污控制區超納污能力也相對較高。

4 限排總量控制及削減方案

結合水資源管理的實際情況，綜合確定研究區域限制排污總量分解技術方案，即現狀水質達標的水功能區，采用納污能力計算和現狀污染物入河量中的較小值作為對應區域的限制排污總量；保護區、省界緩沖區、飲用水源區及其他水功能區，以核定的納污能力作為水平年限制排污總量。

晉中市水功能區2018年COD限制排放總量為12 835.7 t，氨氮為1 397.4 t，較現狀入河量分別削減5 912.9 t和1 231.8 t，削減率分別為33.6%和47.8%，屆時各分區水功能區達標率達80%以上。2020年COD和氨氮限排總量分別是8 962.8 t、420.6 t，COD、氨氮在2018年入河量削減的基礎上再削減3 872.9 t和976.8 t，削減率分別為33.1%和72.6%。不同水平年污染物排放量按規劃削減后，各分區水功能區可望實現達標率100%的水質控制目標，見圖1、圖2。

圖1 COD限排量和削減量

圖2 氨氮限排量和削減量

5 結論

根據研究結果，相關部門應將環境綜合整治重點放在COD和氨氮指標的限值排放方面，不同水功能區的污染物消減量結果，工業用水區、農業用水區控制壓力較大。嚴格按照分階段限排總量控制方案，制定相應的控制方案并落實，在加強截污、治污的同時，加大污水處理廠升級改造力度。在有計劃逐漸削減污染物入河總量的前提下，積極調整產業結構，鼓勵企業改造生產工藝，減少廢污水的排放量，切實增加水質監測投入力度，達到分階段實現限排控制目標。