龍脖水庫水環境承載力研究

□馬 聰 霍香麗

（洛陽水利勘測設計有限責任公司）

0 引言

隨著中國經濟迅速發展，水污染也隨之加劇，水環境保護任務越來越艱巨，相關調查指出，中國每年排放的污水量達上百億噸，根據《2018年中國水資源公報》，2018年全國544個重要省界斷面中，Ⅰ～Ⅲ類斷面比例占評價斷面總數的69.90%，Ⅳ～V類占21.10%，劣V類斷面比例占9.00%；調查的124個湖泊中，Ⅳ類及以下占到75%，其中劣V 類占16.10%，湖泊富營養化率達到73.50%；另外，對1 129座水庫進行的水質評價中，Ⅳ～劣V 類占12.70%，水庫富營養化比例達到30.40%。因此可見，河流、湖庫等水域水生態系統破壞加劇、污染程度加深、自凈能力減弱、水體生態環境不斷退化、湖庫富營養化等水環境問題仍然是制約中國經濟發展的首要問題。

水庫具有防洪、供水、灌溉、發電、養殖、生態景觀等多重功能，是陸地生態系統水環境要素的重要組成部分，在中國社會經濟發展中發揮著不可替代的作用，但近年來，隨著工農業的飛速發展，排污量與日俱增，水庫水環境面臨巨大挑戰。

水環境承載力，是水污染總量控制的一個重要參數，其大小與水體特征、水質目標及污染物特性有關，是衡量水環境質量、確定水域污染負荷、水環境納污能力、自凈能力的重要手段，弄清水域水環境承載能力，對于推動水環境質量的改善有著重要意義。因此，利用模型模擬計算龍脖水庫納污能力，可為龍脖水庫流域污染總量控制及管理提供決策依據。

1 水環境承載力定義

水環境承載力是基于可持續發展與水環境相互關系提出的，指的是在一定的水域，其水體能夠被繼續使用并保持良好生態系統時，所能容納污水及污染物的最大能力。目前，對于水環境承載力的內涵，學者們分別從不同角度進行了界定，崔鳳軍等基于人類活動對環境造成的壓力指出，水環境承載力是在某一地區、某種狀態或條件下，某地區的水環境所承受的人類活動作用的閾值；汪恕誠從污水排放角度提出，水環境承載力是指水中污染物不會對該水域中的生態環境造成威脅的上限值。崔樹彬等從水體納污能力及自凈能力角度，認為水環境承載能力即水環境容量或水體納污能力，即水體所能容納的最大污染負荷。而鄭志宏等經總結認為，水環境承載力即水體自我維持、自我調節與納污能力和社會的發展規模的協調。因此，水庫水環境承載力，可視為水庫的水環境容量或納污染能力，即水庫水庫自我維持、自我調節與納污能力和社會的發展規模的協調能力。它是衡量水庫水環境質量的重要指標之一，是評價水庫水域納污染能力的重要途徑。

2 龍脖水庫水環境承載力計算

2.1 龍脖水庫概況

龍脖水庫位于洛河支流連昌河中游，座落在河南省陜縣李村鄉龍脖村，水庫控制流域面積211 km2，干流長度30 km，干流比降1/100。水庫由大壩、溢洪道、輸水洞組成，原設計總庫容5 119萬m3，除險加固后核定水庫總庫容4 775 萬m3，其中興利庫容2 757.50 萬m3，死庫容304.50 萬m3，設計灌溉面積4 333.33 hm2，是一座具有防洪、灌溉、養殖等綜合效益的中型水庫。龍脖水庫目前用水主要包括灌溉用水，現狀灌溉面積1 333.33 hm2，多年平均灌溉供水量為550萬m3，另外水庫庫區承包養殖已有30 余年。根據《河南省水功能區劃報告》，水庫位于永（連）昌河洛寧保留區，水質目標為Ⅲ類。

近年來，隨著庫區養殖規模的擴大，以及上游沿線生活污水的排放，水庫出現不同程度的富營養化現象，2018 年5 月監測結果顯示，庫區總氮、總磷等均出現超標，其中總氮、總磷、五日生化需氧量等指標超標倍數達到2倍以上，是引起水庫富營養化的主要原因。因此，如何定量化龍脖水庫氮磷等營養物質的水環境容量，控制入庫排污總量，是防止水庫富營養化、保障水庫水質安全的重要措施之一。

2.2 模型及參數選擇

本次龍脖水庫屬于富營養化型湖（庫），根據《水域納污能力計算規程》（GB/T 25173-2010），總氮、總磷的納污能力采用狄龍模型進行計算，模型表示為：式（1）（2）中：MN—湖（庫）氮、磷的納染能力，單位t/a；Ps—湖（庫）中氮、磷的平均濃度，單位g/m3；Qs—湖（庫）年出流水量，單位為m3/a；Rp—氮、磷在湖（庫）中的滯留系數，單位l/a；W出—年出湖（庫）的氮、磷量，單位t/a；W入—年入湖（庫）的氮、磷量，單位t/a；h—設計流量下計算水域的平均水深，單位m；A—湖（庫）水面積，單位m2；V—設計水文條件下的湖（庫）容積，單位m3。

為保證計算參數的一致性和代表性，本次龍脖水庫總氮、總磷納污能力計算，參數的選擇采用75%及90%保證率枯水年平均水位所對應的平均水深、水面面積、庫容及年出流水量。龍脖水庫位于連昌河中游，屬于永（連）昌河洛寧保留區，主要接納上游連昌河來水，水庫目標水質為Ⅲ類，因此，入庫末端總氮、總磷控制濃度取《地表水環境質量》（GB3838-2002）河流Ⅲ類標準限值，即總氮1.00 mg/L、總磷0.20 mg/L。

2.3 納污能力計算結果

根據所選取參數，經計算，75%保證率枯水年平均水位時，龍脖水庫總氮最大允許入庫量為30.98 t/a，總磷為9.78 t/a；90%保證率枯水年平均水位時，龍脖水庫總氮最大允許入庫量為10.32 t/a，總磷為2.38 t/a。

利用龍脖水庫水質監測成果可以估算，2019 年龍脖水庫總氮入庫量約為45.35 t/a，總磷入庫量約為7.83 t/a，與75%保證率枯水年最大允許入庫總量相比，總氮超出年總納污能力的0.46 倍，而與90%保證率枯水年最大允許入庫總量相比，總氮總磷分別超出年總納污能力的3.39倍和2.29倍。

3 水庫污染成因分析

根據計算及現狀監測成果，龍脖水庫水體中總氮、總磷含量較高，已超出水庫水環境承載能力，水體富營養化程度較為嚴重。

經調查，導致龍脖水庫氮、磷超標的主要原因是水庫上游沿線生活污水直排、以及庫區內養殖等，龍脖水庫庫區自20世紀80年代起承包當地農戶養殖，2010年后，由于養殖飼料的加大投用，加之沿線生活污水未經處理直接排放，導致庫區水質總磷、總氮等營養化指標超標，水庫開始出現富營養化現象。因此，針對龍脖水庫污染源特征，為避免水體進一步富營養化、逐步改善及恢復庫區水環境質量，必須嚴格控制水庫氮、磷入庫量，嚴禁上游沿線生活污水的排放、以及限制庫區養殖等。建議可采取強化沿線生活污水的收集及處理、推廣脫氮除磷工藝，逐步取締養殖，以及制定水庫富營養化監控與預警方案等措施。

4 結論

文章采用狄龍模型定量計算了龍脖水庫75%及90%保證率條件下總氮、總磷的水環境承載能力，并對其污染成因進行調查分析，經研究，文章得到以下結論：一是在滿足水庫水質控制目標前提下，龍脖水庫75%保證率枯水年平均水位時，總氮最大允許入庫量為30.98 t/a，總磷為9.78 t/a；90%保證率枯水年平均水位時，總氮最大允許入庫量為10.32 t/a，總磷為2.38 t/a；二是經估算，現狀龍脖水庫總氮入庫量分別超出75%、90%保證率枯水年最大允許入庫總量的0.46倍和3.39倍，總磷入庫量超出90%保證率枯水年最大允許入庫總量2.29倍。總氮、總磷含量均超出水庫水環境承載能力，水體富營養化嚴重；三是龍脖水庫富營養化主要原因是生活污染、以及庫區內養殖，為避免水體富營養化，可通過嚴格控制上游沿線生活污水的排放，取締養殖，以及制定水庫富營養化監控與預警方案等措施逐步改善庫區水質。