漢江干流洋縣段水功能區納污能力分析計算

曹苗苗，夏煥清，柴 娟

（1.漢中水文水資源勘測中心,陜西 漢中 723000；2.咸陽水文水資源勘測中心,陜西 咸陽 712000；3. 陜西省地下水保護與監測中心, 陜西 西安 710003）

水功能區納污能力指對確定的水功能區,在滿足水域功能要求的前提下,按給定的水功能區水質目標值、設計水量、排污口位置及排污方式,功能區水體所能容納的最大污染物量,通常以t/a表示。

漢江干流洋縣段水功能區納污能力分析計算是實施洋縣境內漢江干流水污染總量控制的依據。對影響洋縣境內漢江干流水功能區水資源質量和供水安全的入漢點污染源進行調查分析,以水功能區水質目標為控制原則,根據國家有關標準規定的環境設計水量要求,分析確定設計流量（水量）、計算斷面（點）水質目標及控制參數,選擇合適的水質模型,分析計算核定各功能區的主要污染物化學需氧量和氨氮的納污能力,提出確保漢江干流水功能區水質達標的限制排污總量意見。

1 水功能區劃分及水質現狀

根據《陜西省水功能區劃》2004 ,漢江干流洋縣段一級水功能區劃分為3 個,分別為洋縣保留區、洋縣開發利用區、石泉、紫陽保留區,開發利用區劃分為2 個二級水功能區,分別為洋縣城關工業、農業用水區和洋縣漁業用水區。

根據陜西省水環境監測中心漢中分中心2017 年~2020 年對漢江干流洋縣段三合、洋縣、王家臺、東村監測斷面每月進行監測,及漢中市生態環境局對洋縣西鄉交界斷面監測,監測結果進行單指標法評價,水質較好,各項指標均達《地表水環境質量標準》（GB 3838 -2002）Ⅱ類標準限值,各斷面均達到或優于水功能區劃目標水質。

洋縣水功能區劃分及水質現狀見表1。洋縣水功能區劃見圖1。

圖1 洋縣水功能區劃圖

表1 洋縣水功能區劃分及水質現狀表

2 水功能區納污現狀

據洋縣第二次全國污染源普查入河（湖）排污口清查統計,洋縣境內漢江干流共有入河排污口18 個,其中規模以上2 個,有計量設施的6 個。根據入河排污口排入水體所在水功能區進行統計匯總,水功能區現狀納污情況見表2,入河排污口分布圖見圖2。

表2 漢江干流洋縣段水功能區現狀納污量

圖2 洋縣入河排污口分布圖

3 納污能力計算設計條件

（1）初始斷面背景濃度（Co）

各水功能區主要控制斷面初始斷面背景濃度采用陜西省水環境監測中心漢中分中心2017 年~2020 年枯水期（12 月~次年3 月）斷面監測的平均值,水功能區初始斷面背景濃度是根據實際情況,參照主要控制斷面背景濃度及補充監測斷面采用。

（2）水質目標（Cs）

本水功能區水質達標,不會影響下一級水功能區水質,因此保留區目標水質取所在的水功能區的目標水質,即Cs的取值為《地表水環境質量標準》（GB 3838 -2002）規定的Ⅱ類水中COD的濃度限值15 mg/L、NH3-N的濃度限值0.5 mg/L。開發利用區目標水質取所在的水功能區的目標水質,即Cs的取值為《地表水環境質量標準》（GB 3838 -2002）規定的Ⅲ類水中COD的濃度限值20 mg/L、NH3-N的濃度限值1.0 mg/L。

（3）設計水文條件確定

①設計流量

根據《水域納污能力計算規程》（GB/T 25173 -2010）的規定,采用90%保證率最枯月平均流量或最近10 年最枯月平均流量作為設計流量。

漢江干流洋縣段上設有洋縣水文站,采用水文站1971 年~2020 年（共51 年）實測最枯月流量,根據P-Ⅲ型曲線計算90%保證率最枯月平均流量作為設計流量,推求主要控制斷面90%保證率最枯月平均流量。根據P-Ⅲ型曲線計算得洋縣水文站斷面90%保證率最枯月平均流量為17.4 m3/s。洋縣水文站1971 年~2020 年月最枯流量頻率曲線圖見圖3。

圖3 洋縣水文站1971年~2020年月最枯流量頻率曲線

②設計流速μ

本次根據洋縣水文站2018 年～2020 年實測流量資料分別繪制了流量-流速關系綜合曲線（圖4）,考慮到洋縣境內漢江水系河道河寬、河流走向、斷面形狀及比降等特征均比較接近,因此可供本次確定設計流速參考。

圖4 洋縣水文站流量-流速綜合曲線

洋縣水文站斷面實測90%保證率最枯月平均流量為17.4 m3/s,查圖得斷面平均流速μ為0.37 m/s。

（4）綜合衰減系數K的確定

參考《陜西省水資源保護規劃》《陜西省國家重要江河水功能區納污能力核定河分階段限排總量控制方案報告》等已有納污能力計算成果中漢江流域降解系數（K值）,結合本項目所在水域管理目標及水質現狀,確定本論證河段漢江水系保留區的COD綜合衰減系數Kc=0.20 /d, NH3-N綜合衰減系數Kn=0.18 /d；開發利用區的COD綜合衰減系數Kc=0.18 /d, NH3-N綜合衰減系數Kn=0.15 /d。

（5）納污能力計算模型

根據《水域納污能力計算規程》（GB/T 25173 -2010）規定及本區域所處漢江河段的情況,采用河流的均勻混合一維水質模型進行污染物濃度沿程變化預測,并計算污染物對水域影響范圍。

1）河段的污染物濃度按式（1）計算：

式中：C0為初始斷面的污染物濃度,mg/L；Cx為流經x距離后的污染物濃度,mg/L；x為沿河段的縱向距離,m；u為設計流量河道斷面的平均流速,m/s；k為污染物綜合衰減系數,1/s；其余符號意義同前。

2）相應的水域納污能力按式（2）計算：

式中：M為水域納污能力,kg/s；Qp為廢污水排放流量,m3/s；Q為初始斷面的入流流量,m3/s；Cs為水質目標濃度值,mg/L；其余符號意義同前。

（c）當入河排污口位于計算河段的中部時（x=L/2即）,水功能區下斷面的染物濃度及其相應的水域納污能力分別按（3）和式（4）計算：

式中：m為污染物入河速率, g/s；Cx=L為水功能區下斷面的染物濃度,mg/L；L為計算河段長度,m；其余符號意義同前。

水功能區河段水流流程因為排污條件和河道水利工程分布復雜性的影響,統一采用河段中點作為排污和取水位置,即有效河段綜合自凈衰減流程為水功能區計算河段長度之半。

4 納污能力計算結果

各水功能區納污能力計算成果見表3。結果表明,漢江干流洋縣段各水功能區由于河流徑流量較大,納污能力較大,均大于水功能區現狀污染物入河量,但也應強化污染治理,保障漢江水環境,維持功能區水質目標。

表3 水域納污能力計算成果表

5 限制排污總量意見

依據水資源質量狀況和生態環境的實際情況，以水環境質量不斷改善為遠景目標，當納污能力大于污染物入河量時，擬定污染物入河控制量以納污能力為限。對于納污能力小于污染物入河量的水功能區，即污染物已經超過環境目標和水質已被明顯污染的水功能區，污染物入河控制量應小于納污能力為宜。

洋縣各水功能區不存在超水質管理目標情況，不存在納污能力小于污染物入河量的水功能區，即不需要進行污染物消減計算和污染物流域處理量計算。擬定污染物入河控制量以納污能力為限。水功能區控制限排量見表4。

表4 水功能區控制限排量表

6 建議

（1）根據《水域納污能力計算規程》（GB/T 25173-2010）的規定,應采用90%保證率最枯月平均流量或最近10 年最枯月平均流量作為設計流量。因為漢江干流洋縣段設有洋縣水文站,且具有從建站1971 年~2020 年實測連續系列資料,因此認為采用90%保證率最枯月平均流量作為設計流量最為適宜。

（2）漢江干流洋縣段水質通過陜西省水環境監測中心漢中分中心每月實際監測,水質一直滿足水功能區水質目標,因此確定以90%保證率最枯月流量作為設計流量計算的納污能力作為控制排污總量。