沈陽市渾河水體達(dá)標(biāo)分析研究

柳大團(tuán)

（遼寧省清河水庫管理局有限責(zé)任公司,遼寧 鐵嶺 112003）

“十一五”以來，沈陽市圍繞生態(tài)市建設(shè)，大力開展了渾河流域水污染治理及水環(huán)境保護(hù)工作。目前，渾河干流及各主要支流河水質(zhì)較2000年以前有了大幅度提升，基本形成了中有蒲河、南有渾河的城市水生態(tài)景觀格局。目前，全市水環(huán)境治理工作雖取得較大成效，但按照國家、省下達(dá)控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)要求，渾河干流及各主要支流河水質(zhì)距穩(wěn)定達(dá)標(biāo)仍存在一定差距，其中渾河于家房、渾河支流細(xì)河于臺(tái)等斷面完成限期達(dá)標(biāo)任務(wù)難度較大。基于地域和氣候等自然因素、大型城市污水集中排放、農(nóng)村地區(qū)污染較難控制等實(shí)際，亟需進(jìn)一步深入排查、梳理水環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)關(guān)鍵問題，科學(xué)開展水污染成因解析。本文以渾河控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)為核心目標(biāo)，分析近幾年水質(zhì)狀況，識(shí)別水主要環(huán)境問題，采用水質(zhì)模型進(jìn)行模擬，分析確定國控?cái)嗝嫠w污染物來源與污染物排放控制，切實(shí)保障渾河干流及主要支流河水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

1 水質(zhì)分析

1.1 污染物年均濃度變化

渾河干流沈陽段水體達(dá)標(biāo)控制斷面為出境斷面于家房斷面。同時(shí)，上游至下游分設(shè)東陵大橋、砂山、七臺(tái)子3個(gè)參考斷面。通過對(duì)渾河出境于家房斷面2011年～2015年逐年水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析，渾河干流達(dá)標(biāo)控制斷面化學(xué)需氧量、生化需氧量等污染物指標(biāo)在2013年以后，年均值均可達(dá)到Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)。但氨氮、總磷2項(xiàng)指標(biāo)較難穩(wěn)定達(dá)到Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)。其中，總磷指標(biāo)除2013年年均值達(dá)標(biāo)外，其余年份均未達(dá)標(biāo)；氨氮指標(biāo)2011年～2015年均超過Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)，具體情況見圖1。

圖1 渾河干流近年主要污染物指標(biāo)年均濃度變化趨勢圖

1.2 污染物逐月平均濃度變化

在12月～來年3月為冰封期，無水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)渾河干流于家房斷面氨氮、總磷指標(biāo)2011年～2015年逐月多年濃度均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知，處于枯水期的4月、5月等月份水質(zhì)較差，8月～10月豐水期水質(zhì)趨于好轉(zhuǎn)，見圖2。可以初步判斷渾河干流水質(zhì)受城市集中排污影響較大。

圖2 渾河干流主要污染物逐月5年平均濃度變化趨勢圖

1.3 各斷面污染物逐月平均濃度變化

對(duì)渾河干流沈陽段上游至下游的東陵大橋、砂山、七臺(tái)子、于家房4 個(gè)水質(zhì)監(jiān)控?cái)嗝娴?011 年～2015 年氨氮指標(biāo)逐月多年平均濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以看出各斷面水質(zhì)濃度隨季節(jié)變化較為明顯，均體現(xiàn)出豐水期水質(zhì)好于枯水期的變化趨勢。見圖3。

圖3 渾河干流各斷面主要污染物逐月5年平均濃度變化趨勢圖

1.4 各斷面超標(biāo)污染物多年平均濃度變化

對(duì)渾河干流沈陽段東陵大橋至于家房各斷面氨氮、總磷指標(biāo)5 年總平均濃度進(jìn)行比較分析，由圖4 可知，渾河城市段出境砂山斷面水質(zhì)好于入境東陵大橋斷面水質(zhì)，主要是2000 年以來，城市段通過實(shí)施污水截流、排污口封閉等措施，使河道水質(zhì)凈化功能得到恢復(fù)。但細(xì)河匯入渾河后，納污負(fù)荷顯著增加，導(dǎo)致七臺(tái)子斷面濃度出現(xiàn)較大幅度反彈，水質(zhì)超標(biāo)倍數(shù)較高。七臺(tái)子至于家房段，無城市集中排污，水質(zhì)趨于好轉(zhuǎn)。由此可以判斷，細(xì)河匯入渾河后，大幅增加渾河干流納污負(fù)荷，致使于家房出境斷面水質(zhì)較難達(dá)標(biāo)。

圖4 渾河干流各斷面主要超標(biāo)指標(biāo)多年平均濃度變化趨勢圖

2 主要水環(huán)境問題識(shí)別

影響沈陽渾河干流水質(zhì)達(dá)標(biāo)主要原因?yàn)橹饕Я骱舆_(dá)標(biāo)困難，存在問題主要為：一是污水直排問題未全部解決，細(xì)河、滿堂河、白塔堡河等重點(diǎn)支流河沿線仍存在大量直排污水；二是污水處理廠處理標(biāo)準(zhǔn)偏低，大型污水處理廠沿途集中排放；三是部分河流沿途工業(yè)企業(yè)排污未得到有效控制，細(xì)河沿線的開發(fā)區(qū)化工園排污直接造成水質(zhì)下降、增高污染風(fēng)險(xiǎn)；四是雨污混排造成混合污水溢流；五是城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理設(shè)施未能有效運(yùn)行。

3 渾河水質(zhì)模擬分析

3.1 水質(zhì)模型

渾河干流沿線污染物排放以點(diǎn)源排放為主，主要超標(biāo)污染物為氨氮。考慮到河流的污染特性，選擇WASP模型對(duì)渾河干流水質(zhì)進(jìn)行模擬，建立點(diǎn)源排放與河流水質(zhì)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。WASP模型用一系列的質(zhì)量平衡方程來描述水體中各種物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化。WASP水質(zhì)模型使用的水質(zhì)組分的質(zhì)量平衡方程如下[1]：

式中：C為水質(zhì)組分的濃度，mg/L或g/m3；t為時(shí)間步長，d；Ux，Uy，Uz為縱向、橫向、垂向速度，m/d；Ex、Ey、Ez為縱向、橫向、垂向擴(kuò)散系數(shù)，m2/d；SL項(xiàng)為點(diǎn)源和面源負(fù)荷，g/（m3·d）；SB為邊界負(fù)荷，g/（m3·d）；SK為水質(zhì)組分的總轉(zhuǎn)化率，g/（m3·d）。

假定水體的垂向和橫向是均勻的，得到下面的一維水質(zhì)組分運(yùn)移方程：

式中：A為水體橫截面積，m3。

3.2 參數(shù)率定

利用WASP模型對(duì)渾河干流的氨氮進(jìn)行模擬，建立各點(diǎn)源污染物排放量、支流匯流與水體污染物濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。利用東陵大橋斷面、砂山斷面和于家房斷面的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)模型的降解參數(shù)SK進(jìn)行率定和驗(yàn)證，得到渾河干流各河段4月～11月的降解參數(shù)值，見表1。

表1 渾河干流降解參數(shù)SK取值表

3.3 模擬結(jié)果驗(yàn)證

利用該系列參數(shù)對(duì)渾河干流砂山、七臺(tái)子、于家房三個(gè)斷面的氨氮濃度月過程進(jìn)行模擬，結(jié)果見圖5，WASP模型對(duì)氨氮濃度的模擬誤差在11.12%～15.91%。七臺(tái)子斷面的模擬誤差相對(duì)較大，在砂山和于家房斷面，WASP模型基本可以反映沿河污染物點(diǎn)源排放和水體污染物濃度之間的作用關(guān)系。

圖5 渾河干流氨氮模擬效果

4 排污總量控制分析

4.1 國控?cái)嗝嫠w污染物來源分析

通過對(duì)渾河干流沈陽段沿線排污情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，基于于家房斷面水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行模擬分析，選取主要超標(biāo)指標(biāo)氨氮進(jìn)行污染物來源解析可知，氨氮指標(biāo)主要污染來源及排放負(fù)荷占比分別為：上游跨境匯入占比24.6%、污水處理廠排放占比13%、沿線點(diǎn)源散排污水占比1.6%、村屯垃圾等面源污染占比3.8%、污水泵站溢流占比2.7%、支流河納污占比54.3%。通過分析可知，下游細(xì)河等支流匯入造成渾河干流納污負(fù)荷增高，為影響于家房斷面水質(zhì)最大因素。

4.2 污染物排放控制分析

按照近年渾河干流水質(zhì)分析結(jié)果，沈陽渾河干流沿線水質(zhì)達(dá)標(biāo)控制斷面中，東陵大橋控制斷面為入境監(jiān)控?cái)嗝妫簧吧綌嗝鏋槌鞘卸纬鼍硵嗝妫|(zhì)相對(duì)好于入境東陵大橋斷面；下游出境于家房斷面為主要達(dá)標(biāo)控制斷面，受污水處理廠排水、細(xì)河匯入等因素影響，尚無法達(dá)到地表水Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過建立數(shù)學(xué)模型對(duì)渾河干流水質(zhì)進(jìn)行模擬分析，基于砂山參考斷面及于家房國控?cái)嗝孢_(dá)到Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)，提出以下水質(zhì)達(dá)標(biāo)控制總體對(duì)策：一是撫順入境須至少達(dá)到Ⅴ類水體標(biāo)準(zhǔn)；二是城市段以城市景觀水體保障為重點(diǎn)，控制城市市政排水口，及滿堂河、輝山明渠等支流河水質(zhì)；三是下游至于家房段，以細(xì)河、蒲河水質(zhì)達(dá)標(biāo)為重點(diǎn)，兼顧沈水灣、南部等污水處理廠達(dá)標(biāo)排放。見表2。

表2 渾河干流污染控制目標(biāo)

5 結(jié)論

通過沈陽市渾河水體達(dá)標(biāo)分析研究，最終提出的渾河干流污染控制目標(biāo)能夠保證渾河水體達(dá)標(biāo)的要求，但計(jì)算出來的理論值是一個(gè)理想目標(biāo)，實(shí)際運(yùn)行可能會(huì)出現(xiàn)低于目標(biāo)值。對(duì)于上述的狀況還需要加強(qiáng)各種治理保護(hù)及管理措施力度，同時(shí)也需要水利、環(huán)保、農(nóng)委、公安等多部門的聯(lián)合行動(dòng)，才能使沈陽渾河段水質(zhì)長期穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。