貴港市中小河流水功能區納污能力計算
——以馬來河為例

楊曉慶，陶昌弟

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 概述

貴港市地處珠江流域，境內河流分別屬紅水河流域水系、左江及郁江流域水系、黔潯江流域水系。全市集水面積為50 km2及以上的河流有84 條。目前，貴港市地表水水功能區劃分為3個體系，即國家（流域）級水功能區、廣西壯族自治區級水功能區及貴港市級水功能區。市級水功能區涉及的河流共70 條，其余7 條因涉及跨市，且在貴港市境內河段很短，未列入貴港市國家級、區級、市級水功能區。《貴港市水功能區劃》[1]中貴港市中心河流水功能區劃共劃一級水功能區84 個，包括保護區1 個，保留區46個，開發利用區37個。其中，37個一級區的開發利用區劃分出50個二級水功能區，按第一用水指導功能劃分，包括13個飲用水源區、25個工農業用水區、3個工業用水區、3個景觀娛樂用水區、4個農業用水區、1個排污控制區、1個農業飲用水源區。

2 馬來河概況

馬來河屬于貴港市市級水功能區的70 條中小河流之一，水功能區劃見表1、表2。馬來河屬西江水系黔江的一級支流，發源于貴港市大平天山，山頂高程為1 157.8 m，流向東北，經貴港市龍山圩、中里圩、奇石鄉，進入桂平市石龍鄉的新隆村古賽屯及武宣的桐嶺鄉，于石龍鄉東崗村匯入黔江，河流控制集水面積474 km2，干流長74 km，平均坡降2.13‰。馬來河上建有達開水庫，壩址位于桂平市石龍鎮，控制的集水面積為426.8 km2，于1965 年8 月建成，屬于多年調節水庫，總庫容4.24億m3，屬大型水庫。

表1 馬來河一級水功能區情況表

表2 馬來河二級水功能區情況表

3 納污能力計算

3.1 納污能力計算原則

本文納污能力計算主要遵循以下原則:

（1）納污能力核定的主要污染物指標統一采用化學需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）。

（2）屬于飲用水水源一級保護區的河段，其納污能力不需計算，直接取零。

（3）對于水功能區劃中的保護區、緩沖區和保留區，除飲用水水源一級保護區河段外，其余河段水質目標原則上是維持現狀水質，若現狀入河量小于河流納污能力，其納污能力原則上采用現狀污染物入河量。對于需改善水質的保護區、緩沖區和保留區，則進行納污能力計算，計算方法同開發利用區。

（4）對于開發利用區，除飲用水水源一級保護區河段外，其他河段納污能力需根據各二級水功能區的設計條件和水質目標，選擇適當的水量水質模型進行計算。

（5）規劃水平年2020、2030年納污能力計算時需考慮河流、引調水工程、引水式水電站及規劃的水利工程影響。

3.2 模型的選擇

馬來河內沒有單獨的水庫劃為水功能區，多年平均流量均小于15 m3/s，屬小型河段，河流型水功能區的納污能力計算均采用河流一維模型。河流的污染物濃度及其相應的水域納污能力計算公式如下:

式中:Cx為流經x 距離后的污染物濃度，mg/L；C0為污染物現狀濃度，mg/L；x為沿河段的縱向距離，m；u為設計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，1/d；M 為水域納污能力，mg/L；Cs為水質目標濃度值，mg/L；Q 為初始斷面的入流流量，m3/s；Qp為廢污水排放流量，m3/s。

3.3 模型參數的率定

3.3.1 污染物綜合衰減系數K

參考《廣西壯族自治區主要污染物入河量測算及其模型應用研究》中相關研究成果，本文計算根據河流水功能區的流速、污染物的大小情況確定COD 和氨氮的綜合衰減系數值，經分析，COD 的綜合衰減系數取值范圍為0.09～0.12（1/d），氨氮的綜合衰減系數取值范圍為0.05～0.08（1/d）。

3.3.2 設計水文條件

（1）控制斷面。控制斷面是水功能區納污能力計算的計算斷面，對于有水質監測的水功能區，控制斷面取水質監測斷面；對于無水質監測的水功能區，控制斷面取鄉鎮較密集、取水口和排污口較為集中、經濟較發達的河段作為代表斷面，根據以上原則，馬來河水功能納污能力計算控制斷面選擇馬來河港北保留區的斷面。

（2）集水面積。對于選擇河口作為控制斷面的功能區，控制斷面集水面積經復核后采用廣西第一次全國水利普查之河湖普查成果；對于控制斷面不取在河口的水功能區，則采用地形圖圈量控制斷面集水面積，并結合水利普查的河湖普查成果、有關工程的設計報告、所在市（縣）水利電力志等資料，確定該控制斷面的集水面積，六臺、大奇石斷面積水面積為70 km2。

（3）斷面設計入流流量。河流型水功能區設計流量主要采用水文比擬法搬參證站設計流量，并考慮引提水工程、中小水電站的影響，同時結合河流上已建水利工程設計成果、收集的相關資料進行復核。馬來河上有中里水文站，中里水文站位于港北區，設于1959 年，現有1959-1970 年、1981-1993 年徑流資料。中里站可以作為馬來河水功能區的設計流量參證站。

根據中里站實測歷年最枯月平均流量資料系列，按統一樣本法，采用數學期望公式進行經驗頻率計算，再采用P-Ⅲ型線型通過目估適線，得到參證站P=90%、95%的最枯月設計流量分別為0.26、0.2 m3/s。

根據《水域納污能力計算規程》（GB/T25173-2010），本次水功能區納污能力計算采用的基準年斷面設計入流流量為90%保證率最枯月平均流量。現有攔河工程規定下放的環境基流為多年平均流量的10%，而中里水文站多年平均流量的10%為0.375 m3/s，大于本次采用的最枯月90%徑流0.26 m3/s，故攔河工程對90%最枯月流量無影響。考慮到馬來河水功能區上均無大的用水戶和具有調蓄能力的水利工程，因此，各水功能區基準年最枯月設計流量按面積比搬參證站基準年最枯月徑流，對于水功能區與參證站不在同一年降雨深等值線區的情況，用年降雨深對其最枯月設計流量進行修正。2020、2030年馬來河水功能區的設計流量與現狀年一致，基準年2012 年、規劃水平年的設計流量成果見表3。

表3 馬來河水功能區設計流量、流速成果表

（4）廢污水排放流量Qp。現狀廢污水排放量計算主要考慮生活、工業和集中養殖污染源，不考慮只在豐水期有較大影響的農業面源污染。以入河排污口作為基本單元，采用調查統計法或估算法，確定水功能區廢污水排放量，再根據各排污口所在的水功能區，以水功能區為匯總單元確定各個水功能區的廢污水排放量，分析得相應90%最枯月的廢污水排放流量。

（5）設計流速。中里站有實測資料，可以繪制水位～流量關系曲線、水位～面積關系曲線，根據設計流量推求設計水位和相應的斷面面積，中里站P=90%、95%的設計流速均為0.04 m3/s。

3.3.3 初始斷面污染物濃度C0

初始斷面污染物濃度C0一般采用枯水期的平均值或上游相鄰水功能區的水質目標值。當計算區間是源頭時，C0取水質本底值，即枯水期測量值，需轉換為COD、氨氮濃度值；當計算區間不是源頭時，根據上一個水功能區的水質目標值來確定C0，即上一個水功能區的水質目標值就是下一個功能區的初始濃度值C0。

3.3.4 水質目標濃度Cs

《貴港市水功能區劃》中分析了貴港市市級水功能區的水質目標類別，考慮到馬來河干流河長短、枯水期流量小，污染物的衰減能力差，水質控制濃度以滿足下一個功能區水質保護目標為前提來確定，馬來河初始斷面及水質目標濃度成果見表4。

表4 馬來河二級水功能區水質濃度成果表 mg/L

4 水功能區納污能力計算成果分析[2]

經計算，馬來河港北開發利用區2020 年、2030年COD 納污能力均為9.7 t/a，氨氮納污能力為0.42 t/a；馬來河港北保留區2020年、2030年COD納污能力均為25.4t/a，氨氮納污能力為1.53 t/a；馬來河（達開水庫）貴港開發利用區2020、2030年COD 納污能力均為334.9 t/a，氨氮納污能力為12.59 t/a。對于現狀水質達標的水功能區，本次計算的各水功能區的納污能力不小于現狀的污染物入河量，成果合理。馬來河納污能力核定計算成果見表5。

表5 馬來河二級水功能區納污能力核定計算成果表

5 結語

馬來河為貴港市典型的中小河流，根據馬來河河流型水功能區的特點，選取河流一維模型計算各水功能區規劃水平年納污能力，為貴港市完善水資源管理體制、特別是控制污染物排放工作提供技術支撐，為貫徹落實“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”治水方針奠定基礎。