基于水文分割法的太子河干流本溪段入河污染量核定

毛玉鳳

(遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117000)

遼河三大水系分別為遼河、渾河以及太子河，太子河流域總集水面積為1.39萬km2[1]。河流主要流經本溪、遼陽以及鞍山等城市，其中本溪市位于太子河上游，隨著本溪市城市工業和社會經濟的快速發展，太子河流域水環境呈現逐年惡化的趨勢，近些年來，隨著流域水環境治理力度的不斷加大，區域水環境得到不同程度的改善，劣V類水質斷面逐步減少[2]。當前太子河流域雖然劣V類斷面有所減少，但部分河流斷面水質達標率依舊低于30%，尤其是干流本溪段，一些研究成果表明[3- 6]，本溪段部分水質斷面在一些月份水污染濃度較高，部分斷面甚至出現劣V類水質，2011年以來氨氮濃度呈現較為顯著的遞增變化。當前太子河流域已經編制了流域水環境綜合整治規劃方案，并將太子河干流本溪段作為水污染核心控制單元，對核心控制單元的污染物總量嚴格控制，因此需要對進入核心控制單元的面源污染物進行較為精準的核定。國內對于污染負荷核定取得一定研究成果[7- 13]，其中水文分割法在一些地區面源污染負荷核定中得到較為成熟的應用，但在太子河流域還沒有相關應用，為提高太子河干流本溪段面源污染負荷量核定的科學性和準確性，本文以水文分割法對太子河干流本溪段入河面源污染負荷進行核定，研究成果為太子河流域水環境綜合治理提供科學依據。

1 污染負荷核定方法

對于入河污染物需要將面源和點源污染負荷進行分離，為此本文采用統計學方法對進入本溪河段的點源進行核定，而面源污染負荷采用水文分割法進行核定。具體核定方法如下。

1.1 點源污染核定方法

太子河干流本溪段點源污染負荷采用統計學方法進行核定，主要對工業和污水處理廠上報的統計數據進行核定后，對污染負荷W點進行核定，核定方程為：

(1)

式中，Qi—第i個污水處理場或者工業排污口的排污流量，m3/s；Ci—第i個污水處理場或者工業排污口的排污濃度，mg/L；λ—入河污染比例。

1.2 面源污染核定方法

采用水文分割方法對太子河本溪段河流平水期、枯水期、豐水期的面源污染負荷W進行核定，主要核定方程為：

(2)

式中，Cpi—污染物在枯水季節入河的濃度，mg/L；Qpi—枯水季節入河月平均流量，m3/s；Ci—污染物入河濃度月均值，mg/L；Qi—河流月流量均值，m3/s。

1.3 污染源調查

對太子河干流本溪段不同污染物控制單元內的污染源進行調查，共調查直接排入河道的污染源總計65個，具體分布如圖1所示。

圖1 太子河本溪段主要污染控制單元污染調查源分布

其中涉及熱力生產和工業污染源45個、氨肥制造點1個、鋼壓延加工點1個、化學試劑制造點2個、石灰石石膏開采點3個、污水處理廠5個，其他加工企業點8個。對各調查污染源的排放量進行統計，并結合現場測定方式對各調查污染源的排放量進行復核。

1.4 入河污染系數

從不同時期、入河距離對65個污染調查源的入河污染系數進行分析，見表1。

河流溫度和入河距離是影響各污染源入河污染系數的2個主要因素，因此考慮河流結冰影響，將入河污染系數劃分為平水期、豐水期以及枯水期3個時段進行確定。入河污染物負荷以及污染排放量的比值為入河污染系數。由表1可看出，平水期和豐水期入河污染系數較為接近，這主要是因為平水期和豐水期水溫影響相對較小，而枯水期由于進入河道封凍期其入河污染系數要高。

2 入河污染量核定成果

2.1 月入河污染量核定

以2018年為基準年，結合各污染源調查污水排放量，結合點源和面源污染量核定方法，對太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD污染量進行核定，核定成果見表2。

表1 太子河本溪段各污染控制單元入河污染系數

(續表)

表2 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD污染量核定成果 單位：t

根據調查的污染源排放量數據以及控制單元監測斷面水質數據、水文數據對太子河干流本溪5個污染控制單元豐水期、平水期、枯水期的月入河污染量均值進行了計算。從計算結果可看出，興安斷面控制單元豐水期、平水期及枯水期入河的COD和氨氮污染量均明顯高于其他污染控制單元，通過調查分析發現興安斷面主要集中分布有熱力生產、工業污染及農灌區，因此其點源和面源污染量均較高。北沙河本溪段控制單元豐水期、枯水期及平水期月污染量均值在5個污染控制單元中最低，通過調查分析發現該污染控制單元內工業污染及農業面源污染相對較少，因此其入河污染量較低。總體而言，從太子河本溪入口上游段到下游出口段，豐水期、平水期及枯水期入河污染有沿程降低的趨勢，表明太子河干流污染物呈現逐步衰減的變化趨勢。

2.2 污染貢獻率分析

在太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD污染量核定基礎上，對各污染控制單元年及不同時期入河污染貢獻率進行分析。分析結果見表3—6。

結合統計學方法對太子河干流本溪段各污染控制單元年、豐水期、平水期及枯水期的點源入河污染量進行核定，面源污染核定主要采樣水文分割方法，并統計5個污染控制單元對總污染負荷量的貢獻率，由分析結果可統計出，以2018年為基準年，其豐水期COD和氨氮入河污染總量分別為4040.56和482.33t/a，枯水期分別為673.44和80.4t/a，平水期分別為2020.32和241.21t/a，河段入河面源和點源的年污染量占比分別為92.3%和7.7%，面源污染是其入河主要污染。和各控制污染源月入河污染負荷量對比可看出，各污染控制單元年污染量及不同時期污染量較為接近，興安斷面以上污染控制單元的COD、氨氮點源和面源污染量均最高，其污染貢獻率也明顯高于其他控制單元。由沿程分布可看出，從太子河干流本溪段入口到出口段其COD和氨氮污染貢獻率下降較為明顯。入河污染物主要以徑流作為其運移的載體，豐水期由于水量相對較為充沛，因此其入河污染量較大，而枯水期由于水量的銳減，且加上河流冬季結冰，其污染量減少。此外，由太子河干流本溪段各污染控制單元點源河面源污染量可看出，面源污染是當前太子河本溪段較為突出的污染問題。

表3 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD年污染貢獻率分析結果

表4 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD豐水期污染貢獻率分析結果

表5 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD平水期污染貢獻率分析結果

表6 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD枯水期污染貢獻率分析結果

3 結論

(1)本文基于水文分割法及統計方法對太子河本溪段入河面源和點源進分別進行核定，以2018年為基準年，河段入河面源和點源的年污染量占比分別為92.3%和7.7%，面源污染是入河主要污染，因此太子河本溪段要加大對各污染控制單元內面源污染的治理力度。

(2)在5個污染控制單元中，興安斷面豐水期、平水期及枯水期入河的COD和氨氮污染量均明顯高于其他污染控制單元，因作為重點環境治理單元，加大對區域主要污染指標COD和氨氮入河污染量，建議嚴格控制區域內熱力生產、石灰礦石企業廢水排放量在500～1000t/a之間，并加大區域生態農肥的推廣使用。

(3)枯水期尤其是河流結冰期其入河污染量很難核定，在后續研究中還應重點關注封凍期河流入河污染物特征的變化，從而提高枯水期入河污染物核定的準確度。