碧流河入庫段納污能力與時段通量綜合分析研究

張弘

（遼寧省丹東水文局，遼寧丹東118001）

1 研究目的及意義

河流納污能力，是在滿足流域或區域水資源保護目標要求的前提下，在一定的水功能區水質目標值、設計水量、入河排污口位置及排污方式條件下，水體所能容納的最大污染物量。河流污染物通量指斷面在一定時間內某種污染物的通過量，它分為瞬時通量和時段通量，在實際工作中主要是估算河流污染物的時段通量。近年來，國家加大了水源地水量水質監測工作投入力度，一些比較先進的科學方法和技術手段得到廣泛應用，與水量相關的水位實現了遙測，河流水質也實現了在線監測，為開展河流納污能力與時段通量綜合分析研究工作，提供了較好的基礎數據信息，很大程度上解決了用有限的瞬間實測數據進行污染物時段通量估算誤差較大的問題。因此，充分利用現有的水量水質實測數據，開展河流納污能力與時段通量綜合分析，對探索構建水源地污染物總量控制與區域水資源保護技術體系具有重要的現實意義。

2 方法的建立

2.1 河流納污能力

根據GB/T 25173-2010《水域納污能力計算規程》，結合模型的適用條件和碧流河入庫河段的實際情況，河流納污能力計算采用一維模型，模型假設污染物在河段橫斷面上均勻混合，適用于Q＜150 m3/s 的中、小型河段。河段的污染物濃度按下式計算：

式中：Cx——流經x距離后的污染物濃度，mg/L；C0——初始斷面的污染物濃度，mg/L；K——污染物綜合衰減系數，1/s；x——沿河段的縱向距離，m；u——設計流量下河道斷面的平均流速，m/s。

污染物的綜合衰減系數估算采用實測法。即，選取一個河道順直、水流穩定、中間無支流匯入、無排污口的河段，分別在河段上游和下游布設采樣點，監測污染物濃度值，并同時測驗水文參數以確定斷面平均流速。河段的綜合衰減系數按下式計算：

式中：△x——上下斷面之間的距離，m；CA——河段上斷面污染物濃度，mg/L；CB——河段下斷面污染物濃度，mg/L。

由于碧流河徑流量年內分配極不均勻，如依據規范中的標準，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，甚至枯水期冰蓋的形成使河道水力現象發生改變，從而導致河道過流能力大幅下降，部分最枯月份出現斷流現象。因此，結合河流實際情況，采用長系列實測水文資料枯水期（11—2 月）90%保證率平均流量作為設計流量。流速按照多年流量測驗成果，選擇對應流量的流速。經實測估算，河段的綜合衰減系數COD 為0.35，氨氮為0.34。

2.2 河流污染物通量

碧流河入庫河段污染物時段通量是根據河段的季節性特點，采用弱化徑流量作用和強化徑流量作用相結合的模式估算。即枯水期水量較低且平穩時，采用弱化徑流量作用的計算模式，豐水期水量較大或變化較大采用強化時段總徑流量的模式：

式中：W——時段通量，t/a；n1——枯水期、平水期時間段內的監測頻次；n2——豐水期、洪水期時間段內的監測頻次；Ci——實測濃度，mg/L；Qi——實測流量，m3/s；——時段逐日平均流量，m3/s；K1——枯水期時間段轉換系數；K2——豐水期時間段轉換系數。

3 納污能力與污染物通量綜合分析

3.1 納污能力計算結果

依據41 年枯水期（11—2 月）實測水文數據，確定河段設計水量為0.80 m3/s，按照河流納污能力計算模型計算，設計條件下河段納污能力高錳酸鹽指數（Imn）為27.50 t/a，氨氮（NH3-N)為3.44 t/a。按照2019-2020 年水質水量在線監測數據，估算年度以及年內逐日納污能力，描述年內納污能力的變化情況。經計算，年度河段納污能力高錳酸鹽指數為580.00 t/a，氨氮為148.00 t/a，是設計條件下河段納污能力的21.1倍和42.9倍；河段高錳酸鹽指數納污能力最小月為8.43 t/m，最大月為240.00 t/m，最大月為最小月的28.5 倍；河段氨氮納污能力最小月為1.37 t/m，最大月為73.40 t/m，最大月為最小月的53.5 倍。由此可見，河段納污能力受水文條件影響較大，河段月納污能力變化明顯。

3.2 河流污染物通量計算結果

依據2019—2020 年常規水量水質監測數據，進行污染物通量估算，計算年度河段污染物通量高錳酸鹽指數為793.00 t/a，氨氮為19.50 t/a。依據2019—2020 年水量水質同步監測數據，計算年度河段污染物通量高錳酸鹽指數為900.00 t/a，氨氮為26.60 t/a，分別比依據常規水量水質監測數據估算的污染物通量高出13.5%，36.2%；河段高錳酸鹽指數污染物通量最小月為3.40 t/m，最大月為517.00 t/m，最大月為最小月的152 倍；河段氨氮污染物通量最小月為0.04 t/m，最大月為15.90 t/m，最大月為最小月的405 倍。另外,采用入庫段水質目標控制在Ⅱ類標準的條件下，計算限制污染物通量高錳酸鹽指數為1 368.00 t/a，氨氮為171.00 t/a，高于實際通量。由此可見，河段污染物通量受水文條件影響較大，河段月污染物通量變化顯著。

3.3 綜合分析

依據2019-2020 年河段納污能力和污染物通量計算結果進行綜合比對分析。從年度計算結果來看，河段限制污染物通量高于現狀污染物通量，高錳酸鹽指數和氨氮分別高出52.0%，15.8%。現狀高錳酸鹽指數污染物通量高于納污能力，高出55.1%；氨氮污染物通量低于納污能力，低至82.0%。從月計算結果來看，高錳酸鹽指數月最大河段通量明顯高于納污能力，高出116%；氨氮月最大河段通量明顯低于納污能力，低至78.3%；高錳酸鹽指數月最小河段通量明顯低于納污能力，低至59.7%；氨氮最小河段通量明顯低于納污能力，低至97.1%。月限制污染物通量均高于現狀污染物通量和納污能力。由此可見，高錳酸鹽指數汛期河段通量雖然超過納污能力，引起濃度升高，但未超過限制通量，水質仍然達到目標要求的Ⅱ類水標準；氨氮通量各月份均為超過納污能力和限制通量，水質亦達到目標要求的Ⅱ類水標準。納污能力和污染物通量變化情況見圖1、圖2。

4 結語

通過納污能力與時段通量綜合分析，分析結果能夠準確反映河流實際水質狀況，以納污能力與時段通量作為進行污染物總量控制的依據是可靠的。對于能夠開展水量水質同步監測的河段，在獲得準確的河段污染物時段通量的同時，可為恰當選擇污染物時段通量計算方法提供依據，在一定程度上解決了用有限的瞬間實測數據進行污染物時段通量估算誤差較大的問題。由納污能力與時段通量估算結果可見，污染物通量隨著水量增大而增大，尤其汛期面源入河量受流域內降雨及徑流量影響較大，水質安全風險加大。因此，對河流尤其是匯入地表水水源地的河流，加強汛期水質水量監控與水源保護工作力度是十分必要的。

圖1 高錳酸鹽納污能力和污染物通量變化

圖2 氨氮納污能力和污染物通量變化