鄭州市上街區水功能區納污能力分析研究

鄭秋生

(鄭州大學管理工程學院，河南 鄭州 450001)

汜水河、枯河為鄭州市上街區的主要防洪、排澇河道，均屬黃河支流。由于河道沿線污水排放，污染物排放超過水體納污能力，導致河道水體部分化學指標超標，其水質類別分別為Ⅳ類、劣Ⅴ類，河道治污形勢嚴峻。由于河道水體自凈能力低，水質較差，難以形成完整的水生生物棲息地和食物鏈系統，水生植物和濱水植物種類單一，河道生態環境脆弱。因此，通過計算上街區水功能區的納污能力并進行分析研究，對區域河湖水生態環境管理及沿河排污口排污量控制至關重要。

1 水功能區劃和水質目標

1.1 河流基本情況

上街區的河流水系均屬于黃河流域，主要河流為汜水河和枯河，境內無天然湖泊水庫。其中汜水河發源于新密市尖山鄉田中灣村，流經鞏義市新中鎮及米河鎮、滎陽市高山鎮、上街區峽窩鎮，于滎陽市汜水鎮流入黃河，流域面積373.28km2，河道干流全長46.74km，在上街區境內河段長9.10km，屬過境河流。汜水河是季節性河流，枯水年份最小流量為0.53m3/s，最大流量無記錄，常年平均流量2.60m3/s。

枯河發源于鄭州市上街區廿鋪村，向東南流經上街區、滎陽市、惠濟區，在惠濟區古滎北流入黃河，流域面積250.40km2，河道干流全長40.60km，在上街區境內河段長約2.00km。枯河是季節性河流，承擔著上街區北部、滎陽市北部、惠濟區西北部防洪排澇任務，屬于跨區排水河道。

1.2 水功能區劃分

按照流域分區，上街區處于黃河小浪底—花園口干流區；從水功能區角度，上街區隸屬于兩個一級水功能區(汜水河鞏義滎陽開發利用區和枯河滎陽鄭州開發利用區)和兩個二級水功能區(汜水河滎陽過渡區和枯河滎陽鄭州農業用水區)。

核定現狀及遠期規劃水平年地表水總納污能力，需確定河道水質規劃目標。根據上街區水功能區水質現狀、排污狀況、不同水功能區特點、環境發展趨勢以及當地技術經濟條件等，結合《鄭州市上街區生態水系規劃(2013年)》及省、市對生態環境方面的最新要求，擬定河道水質的規劃目標，見表1。

表1 上街區河道水質規劃目標

2 水功能區納污能力計算

水功能區納污能力是在給定水域范圍和一定設計流量條件下，滿足水功能區環境質量標準要求的最大允許納污量。納污能力分為現狀納污能力和規劃水平年納污能力。根據水資源綜合規劃有關技術要求，現狀污染程度小于納污能力的水功能區，以現狀污染物入河量為納污能力，現狀水質較差的參照計算的納污能力。

2.1 模型選取

根據上街區河道的實際情況選取河道納污能力計算模型，汜水河、枯河等跨界河流污染物質在較短時間內能均勻混合，流速大于0.1m/s，采用一維水質模型計算納污能力。

一維水質模型公式如下：

(1)

式中：W為水域納污能力，t/a；Q為水功能區設計流量，m3/s；q為水功能區入河污水量，m3/s；Cs為水功能區水質目標，mg/L；k為污染物綜合衰減系數，1/s；x為水功能區上斷面到下斷面的距離，km；xi為簡化后排污口到下計算斷面的距離，km；u為水功能區設計流量下的平均流速，m/s。

2.2 納污能力設計條件的確定

2.2.1 水文條件

水功能區納污能力的水文設計條件以計算斷面的設計流量表示。現狀條件下，一般采用最近10年最枯月平均流量或90%保證率最枯月平均流量作為設計流量。集中式飲用水水源地采用95%保證率最枯月平均流量作為其設計流量。

該地區部分河流基流量很小或有可能斷流，可根據實際情況適當調整設計保證率。結合《鄭州市水資源綜合規劃》，使控制斷面設計流量與河道生態基流保持一致，取75%保證率最枯月平均流量作為枯水期設計流量，取90%保證率最豐月平均流量作為豐水期設計流量。上街區范圍內汜水河下游沒有水文站，各河道控制斷面流量采用水文比擬法進行推求。

2.2.2 控制因子和水質目標

納污能力計算選取CODCr和氨氮作為主要控制因子。以水功能區相應水環境質量標準類別的上限值作為水質目標值。水功能區相應環境質量標準具體落實于相應的監控斷面，斷面達標即意味著水環境功能區水質達標。

2.2.3 背景濃度

參考水功能區的水質目標以對應《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)的上限值(達到對應水環境質量標準的最大值)作為本底濃度。

2.2.4 綜合衰減系數

根據《全國地表水環境容量核定技術復核要點》中提供的河道水質綜合衰減系數參考值，結合各功能區水質優劣狀況和水文特征，進行水質綜合衰減系數的選取。根據實際情況，河道CODCr綜合衰減系數取0.06～0.15，氨氮衰減系數取0.1。

2.3 納污能力計算

經計算核定2016年上街區地表水總納污能力：CODCr為305.1t/a，氨氮為25.5t/a；2020年地表水總納污能力：CODCr為293.1t/a，氨氮為24.1t/a；2030年地表水總納污能力：CODCr為276.8t/a，氨氮為22.8t/a。上街區河流納污能力計算結果見表2。

表2 上街區河流納污能力計算結果

3 污染物削減量

水功能區污染物削減量為現狀入河排污量減去該功能區的納污能力。當現狀入河排污量小于納污能力時，削減量為零。隨著上街區社會經濟的發展，污染物排放量與入河量在規劃水平年內將會明顯增加。根據相關環境成果，以偏安全角度預測各水平年污染物排放量，獲得該區域各河道污染物CODCr和氨氮的削減量。即規劃年2020年CODCr入河削減量至少應達到944.60t/a，氨氮的削減量應達86.05t/a；2030年CODCr削減量至少應達到1297.00t/a，氨氮的削減量應達117.98t/a。上街區各水功能區污染物削減量見表3。

表3 上街區河流污染物削減量計算結果

4 水環境存在問題分析及建議

為實現上街區河道水質的規劃目標，完成河流污染物削減量控制任務，深入分析該區域水環境問題成因也同樣重要。

4.1 水環境存在問題分析

4.1.1 污染物排放總量超過河道納污能力

上街區河道是流域面積較小的二、三級河道，加上近年來氣候變化和河流沿線人類活動的影響，導致天然徑流減小，河道水體自凈能力低。同時由于沿線污水處理廠污水排放標準低，污染物排放總量超過了河道納污能力，河道不能完全消納排入的污水，導致河道部分水質超標。

4.1.2 跨界河流上游污水排放

近年來，隨著經濟的發展，上游污水排放量逐漸增加，未經處理的污水經汜水河進入上街區，導致汜水河上街區河段受到污染，河水部分化學指標超標，影響了區域水環境質量以及水資源的開發利用，也不利于河道周邊親水群眾的身心健康。

4.1.3 點源、面源污染未得到有效控制

沿河鄉鎮、農村居民居住分散，鄉鎮污水管網收集率偏低，雨污混流情況比較普遍，污水不能集中處理排放，部分企業存在污水直排的情況。污染源防治面廣、量大，沿河點源、面源污染未得到有效的控制，導致區域內河流受到污染。

4.1.4 沿線群眾參與河湖保護積極性不高

政府對沿線居民環保宣傳力度不足，河流沿線群眾缺乏主人翁意識，存在向河道內隨意傾倒垃圾的情況，同時對發現的水污染環境情況未能及時進行制止和舉報。

4.2 建議

為使上街區河流水質達到規劃水質目標的要求，一方面，必須要嚴格控制入河污染物總量：建立健全區域內污水收集處理系統，有效控制點源、面源污染，工業廢水、生活污水達標處理后才能排入河道；加強跨界河流入境斷面水質監測，及時控制輸入性水質污染。另一方面，必須高效合理利用水資源：充分利用水利工程調蓄河湖水，提高河湖水資源利用程度；增加河道生態補源工程建設，提高生態用水保障；加強中水利用能力建設，提高中水利用效率。