大連市主要水功能區(qū)水域納污能力及限制排污總量分析

張 賀

(大連大水規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司, 遼寧 大連 116000)

2011年，中共中央1號(hào)文件“中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定”明確提出建立水功能區(qū)限制納污制度，確立水功能區(qū)限制納污紅線，從嚴(yán)核定水域納污容量。2016年，遼寧省水利廳發(fā)布《遼寧省水功能區(qū)劃調(diào)整報(bào)告》。大連市水功能區(qū)劃及部分水質(zhì)目標(biāo)進(jìn)行了調(diào)整。針對(duì)本次水功能區(qū)調(diào)整，2017年完成水功能區(qū)水域納污能力核定，制定限制排污總量控制方案。

1 區(qū)域概況

1.1 自然地理

大連市位于歐亞大陸東岸，我國(guó)東北地區(qū)南部，遼東半島的南端，全域面積km2。屬于北半球的暖溫帶，具有海洋性特點(diǎn)的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候特征，冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑，四季分明。年平均氣溫10.5℃，多年平均降水量675mm，全年日照總時(shí)數(shù)為2 500-2800h。大連市多山地丘陵，少平原低地，素有“三山六水一分田”之稱。整個(gè)地形北高南低，北寬南窄。

1.2 河流水系

大連市境內(nèi)河流屬黃、渤海水系，河網(wǎng)比較發(fā)育，多獨(dú)流入海。域內(nèi)主要河流為碧流河、復(fù)州河、大沙河、莊河、湖里河、英那河、登沙河等。全市多年平均水資源總量33.0億m3，其中地表水資源量32.7億m3，地下水資源量7.0億m3。

1.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)

大連市全市常住人口669.0萬(wàn)，城鎮(zhèn)化率65%。2016年，全市實(shí)現(xiàn)工業(yè)增加值2327.7億元，比上年增長(zhǎng)6.4%。按輕重工業(yè)分，重工業(yè)增長(zhǎng)9.1%；輕工業(yè)下降1.2%。

2 水功能區(qū)簡(jiǎn)介

本次工作對(duì)象僅為控制斷面位于大連市境內(nèi)的58個(gè)水功能區(qū)。涉及28條河流，26座水庫(kù)，其中大型水庫(kù)7座，中小型水庫(kù)19座。

一級(jí)區(qū)劃中，劃分了保護(hù)區(qū)6個(gè)、緩沖區(qū)4個(gè)，開(kāi)發(fā)利用區(qū)28個(gè)，共計(jì)38個(gè)一級(jí)區(qū)劃，涉及一級(jí)區(qū)中3類，未作保留區(qū)區(qū)劃。詳見(jiàn)表1。

表1 涉及河流一覽表

3 納污能力計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

納污能力計(jì)算采用模型法。根據(jù)模型的適用條件，結(jié)合大連市水功能區(qū)的實(shí)際情況，本次計(jì)算河流納污能力采用一維模型、水庫(kù)納污能力采用均勻混合模型，計(jì)算污染物入河量采用污染負(fù)荷計(jì)算法中的調(diào)查統(tǒng)計(jì)法[1]。

3.1.1 河流一維模型

河流一維模型主要適用于污染物在河段橫斷面上均勻混合，Q<150m3/s的中、小型河段：

Cx=C0exp(-Kx/u)

(1)

式中：Co為初始斷面的污染物濃度，mg/L；Cx為流經(jīng)x距離后的污染物濃度，mg/L；x為沿河段的縱向距離，m；u為設(shè)計(jì)流量下河道斷面的平均流速，m/s；K為污染物綜合衰減系數(shù)，1/s。

入河排污口位于計(jì)算河段的中部時(shí)，即當(dāng)x=L/2時(shí)，水功能區(qū)下斷面的污染物濃度及相應(yīng)的水域納污能力按式1、2計(jì)算。

(2)

M=(CS-CX=L)(Q+Qp)

(3)

式中：Cx=L為水功能區(qū)下斷面污染物濃度，mg/L；L為計(jì)算河段長(zhǎng)度，m；m為污染物入河速率，g/s；M為水域納污能力，g/s；Q為初始斷面入流流量；Qp為廢污水排放流量，m3/s。

3.1.2 湖(庫(kù))均勻混合模型

污染物平均濃度按式4計(jì)算：

(4)

其中：

(5)

m0=C0OL

(6)

式中：Kh為中間變量，l/s；Ch為水庫(kù)現(xiàn)狀污染物濃度，mg/L；m0為水庫(kù)入流污染物排放速率，g/s；V為設(shè)計(jì)水文條件下的水庫(kù)容積，m3；QL為水庫(kù)出庫(kù)流量，m3/s；t為計(jì)算時(shí)段長(zhǎng)，s；C(t)為計(jì)算時(shí)段t 內(nèi)的污染物濃度，mg/L。

當(dāng)流入和流出水庫(kù)的水量平衡時(shí)，小型水庫(kù)的水域納污能力按照式7計(jì)算：

M=(Cs-C0)V

(7)

3.2 設(shè)計(jì)水文條件

由于北方地區(qū)部分河流水量較小，徑流量年內(nèi)分配極不均勻，如依據(jù)規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)，基于歷史水文資料得到的90%保證率最枯月平均流量接近于零，部分最枯月份出現(xiàn)斷流現(xiàn)象[2]。因此，本次計(jì)算結(jié)合大連地區(qū)實(shí)際情況，采用設(shè)計(jì)水文條件如下：

3.2.1 河流的設(shè)計(jì)流量

采用1956-2000年45a實(shí)測(cè)水文資料枯水期(11-2月)90%保證率平均流量作為設(shè)計(jì)流量。對(duì)于有水利工程控制的河段采用河道內(nèi)生態(tài)基流作為設(shè)計(jì)流量，生態(tài)基流的計(jì)算采用Tennant法，以枯水期平均流量的10%作為設(shè)計(jì)流量。

3.2.2 水庫(kù)的設(shè)計(jì)水量

本次計(jì)算，水庫(kù)的設(shè)計(jì)水量采用死庫(kù)容相應(yīng)的蓄水量。

3.3 模型參數(shù)

3.3.1 水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)濃度CS

根據(jù)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)、水質(zhì)狀況、排污狀況和當(dāng)?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟(jì)等條件確定。CS不僅要滿足功能水質(zhì)要求，又要充分考慮該功能區(qū)的實(shí)際排污情況。本次計(jì)算中的CS，以水功能區(qū)劃報(bào)告中的水質(zhì)目標(biāo)為準(zhǔn)[3]。

3.3.2 初始斷面污染物濃度C0

在各種水質(zhì)模型計(jì)算納污能力時(shí)，往往需要確定該功能區(qū)水質(zhì)的初始濃度值C0。具體方法是，根據(jù)上一個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值來(lái)確定C0，即上一個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)CS就是下一個(gè)水功能區(qū)的初始濃度值C0。

3.3.3 綜合衰減系數(shù)K

污染物的綜合衰減系數(shù)K是反映污染物沿河段長(zhǎng)度變化的綜合系數(shù)，它是計(jì)算水體納污能力的一項(xiàng)重要參數(shù)，對(duì)于不同的污染物、不同的環(huán)境條件，其值是不同的[4]。綜合衰減系數(shù)的計(jì)算方法主要包括以下3種方法：

1)分析借用：無(wú)資料時(shí)，可借用水力特性、污染狀況、地理、氣象條件相似的鄰近河流的資料。

2)實(shí)測(cè)法：對(duì)于河流，選取一個(gè)河道順直、水流穩(wěn)定、中間無(wú)支流匯入、無(wú)排污口的河段，監(jiān)測(cè)污染物濃度值等，分析計(jì)算。

3)經(jīng)驗(yàn)公式法：可以根據(jù)各種經(jīng)驗(yàn)公式推求綜合衰減系數(shù)。

本次計(jì)算，主要采用分析借用法確定K值。根據(jù)河流的K值范圍，結(jié)合大連地區(qū)的實(shí)際情況，借用《大連市水資源保護(hù)規(guī)劃(2010-2030)》中的取值，河流的化學(xué)需氧量和氨氮的K值分別取0.3/d、0.338/d。根據(jù)東風(fēng)水庫(kù)的實(shí)測(cè)資料，認(rèn)為水庫(kù)的K值選用0.0015/ d較為適合。

3.4 計(jì)算成果

本次大連市水功能區(qū)納污能力計(jì)算涉及的河流為28個(gè)，3條主要河流英那河、碧流河、復(fù)州河的化學(xué)需氧量納污能力分別為：411.75 t/a、866.47 t/a、1509.93t/a。氨氮的納污能力分別為24.61 t/a、53.10t/a、80.03 t/a。詳見(jiàn)表2。

表2 全市20條主要河流納污能力計(jì)算成果表

4 水功能區(qū)限制排污總量分析

設(shè)定限制排污總量，考慮水功能區(qū)的重要程度，對(duì)保護(hù)區(qū)、飲用水源區(qū)和緩沖區(qū)嚴(yán)格控制限制排污總量。對(duì)于現(xiàn)狀水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)發(fā)展現(xiàn)狀，合理削減污染物入河量，直至達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)。確定限制排污總量及削減量：2020年，大連市58個(gè)水功能區(qū)的化學(xué)需氧量和氨氮的限制排污總量分別為5521.50 t/a、382.17 t/a，與現(xiàn)狀相比，削減量分別為184.38 t/a和36.95 t/a；2030年化學(xué)需氧量和氨氮的限制排污總量分別為5204.26 t/a、323.39 t/a，削減量分別為501.62 t/a、95.74 t/a。

5 思 考

大連市水資源形勢(shì)十分嚴(yán)峻，水資源的可持續(xù)利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展對(duì)水質(zhì)提出了更高的要求，促使我們需要真正做到水資源的有效利用、堅(jiān)定保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)人、水與社會(huì)和諧。針對(duì)本地水資源現(xiàn)狀，應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度，制定了水資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)政策，建立以限制排污總量為控制核心的水功能區(qū)限制納污制度，努力引導(dǎo)經(jīng)濟(jì)布局與水資源和水環(huán)境承載能力相適應(yīng)。