基于完全混合和S-P模式的地表水環境影響預測與評價

鹿新高，鹿新陽，龐清江

（1.山東農業大學 水利土木工程學院，山東 泰安 271018；2.山東威海水利工程集團有限公司，山東 威海 264200）

環境影響預測評價 （Environmental Impact Assessment），簡稱“環境影響評價”（EIA），是20世紀末迅速發展起來的一門環境管理技術，是對規劃和建設項目實施后可能造成的環境影響進行分析、預測和評估，提出預防或者減輕不良環境影響的對策和措施，進行跟蹤監測的方法與制度[1]。地表水環境影響評價則是對某一水域進行環境要素分析，進而再對其做出定量評述的過程[2]。現代工業的發展，帶動了我國經濟的飛速發展，同時也帶來了生態環境的惡化，直接或間接制約著經濟的又好又快發展，為協調好這一矛盾，依據現行的環境質量標準，做好水環境影響預測評價就顯得尤為重要。

通過水環境影響預測評價，弄清區域水環境變化發展的規律，為區域水環境系統的污染控制規劃及制定區域水環境應對方案提供依據，并在此基礎上進一步搞好水環境區劃、規劃等工作。因此，在對區域地表水環境質量現狀評價的基礎上，以某擬建污水處理廠為例，研究其對區域地表水環境的影響，論證該項目建設的可行性，為經濟結構的戰略性調整和產業布局優化提供決策性依據。

1 擬建項目概況

擬建該污水處理廠位于泰安市郊區，項目設計建設總處理污水規模為6萬t/d，總投資9000萬元，采取標準BOT模式，項目占地7.33hm2，周邊主要工業廢水和生活污水將排入該污水處理廠進行處理。經有效處理后的化纖、造紙、酒精、淀粉等工業廢水排放達到 《城鎮污水處理排放標準》規定的一級A標準，除40%回用外，其余廢水直接進入瀛汶河，最后排入大汶河。項目建成運行后，將有效恢復和改善大汶河流域的生態環境。

2 地表水環境質量現狀監測與評價

2.1 地表水環境質量現狀監測

根據該污水處理廠周圍地表水水系特點、廠址所處環境和擬建工程廢水外排的情況，在污水處理廠污水排入的瀛汶河上、下游約10km河段內設置4個地表水斷面監測點，并確定pH值、CODCr、BOD5、氨氮、總磷、高錳酸鹽指數、硫酸鹽及揮發酚8項監測項目，于2009年8月28～30日上、下午各監測1次。 見表1、表2。

表1 地表水環境現狀監測結果

表2 地表水各監測斷面污染濃度統計結果 單位：mg/L、個/L

根據表2可以看出，在評價的4個監測斷面中，A監測斷面的CODCr值范圍為18.1～37.6mg/L，總平均值為26.7mg/L，最大超標倍數為0.25倍；氨氮監測值范圍為0.366～1.730mg/L，均值為0.996mg/L，最大超標倍數0.15；C監測斷面的CODCr值范圍為15.2～30.3mg/L，均值為19.7mg/L，最大超標倍數為0.01倍；氨氮監測值范圍為0.368～1.517mg/L，均值為0.401mg/L，最大超標倍數0.011；其余監測項目均達到GB3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅳ類標準，現狀水質較好，對區域水環境影響較小。根據現場調查和當地環保局統計資料分析，這兩個指標超標的主要原因是瀛汶河上游的生活污水無規則排入，在枯水期造成地表水污染所致。

2.2 地表水環境質量現狀評價

由于本項目廢水水質簡單，排入小型河流的污染負荷較輕，確定地表水環境影響評價等級為二級[4]。

采用單因子指數評價法[5]和GB3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅳ類標準對水質進行評價，其公式：

式中 Pi為第i種污染物的單因子指數（pH除外）；Ci為i污染物的加權平均濃度（mg/L）；Si為i污染物評價標準（mg/L）。

對于pH，其標準指數[5]按下式計算。

式中 PpH為pH的標準指數；pHCi為pH的現狀加權評價監測結果；pHsd為pH采用標準的下限值；pHsu為pH采用標準的上限值。

2.2.2 評價結果

評價結果見表3。

表3 地表水各監測斷面單因子質量現狀評價結果表

由表3可知，除揮發酚未檢出外，pH值、CODCr、BOD5、氨氮、總磷高錳酸鹽指數及硫酸鹽在各斷面指數均小于1，說明該排污口在瀛汶河上、下游10km河段內的現狀水質較好。

（2）價格穩定帶。政府為了保證肉類、奶類等農作物產品的價格能夠維持在一個相對穩定的區間內，在不影響市場自由貿易的前提下，由政府對相關產品進行買進和賣出，從而達到價格控制的作用。

3 地表水環境影響預測及計算

環境影響的預測與評價是在工程分析、地表水環境質量現狀的調查和評價的基礎上，有選擇有重點地對某些影響地表水環境質量的因素作深入研究，對某些主要影響因子的變化和環境功能變化作定量或半定量預測計算，并對影響變化的程度和可能造成的環境后果作出評價的過程。

3.1 預測范圍

本項目屬于污水治理項目，項目建成后消減了區域內污水進入瀛汶河的污染物總量，因此本次預測評價主要評價污水處理廠正常及非正常排水情況下對排污口上、下游10km范圍內水質的影響情況。

3.2 選取預測因子

預測因子的選擇應根據地表水環境質量現狀，選取對于評價區域污染物質量濃度已經超標的物質的評價因子作為預測因子[6]。據表2的地表水環境質量現狀評價結果可知，影響該區域地表水水質的主要評價因子為COD、氨氮。因此，根據HJ/T2.3—93《環境影響評價技術導則 地面水環境》的要求和擬建工程排放廢水中污染物的特征和納污水體的環境質量，選擇COD、氨氮作為地表水預測因子。

3.3 預測模式

式中 c為污染物斷面平均濃度（mg/L）；Qp為廢水排放量（m3/s）；cp為污染物排放濃度（mg/L）；Qh為河流流量（m3/s）；ch為河流現狀污染物濃度（指未混合前）（mg/L）。

一維穩態S-P混合衰減模式：

根據HJ/T2.3—93《環境影響評價技術導則 地面水環境》的要求及預測因子在水環境中的降解難易程度，預測因子按非持久性污染物考慮，采用如下預測模式。

完全混合模式：

式中 K1為衰減系數（d-1）；u為河水平均流速（m/s）；x為上下游兩側點之間的距離（m）；c上為上游測點的污染物濃度（mg/L）；c下為下游測點的污染物濃度（mg/L）。

河流的衰減系數受河床、水流和污染狀況的影響，不同季節、溫度條件下的衰減系數也不盡相同。郭儒等[7]研究得出，我國河流COD的衰減系數一般在0.009～0.47d-1之間，氨氮的衰減系數為0.105～0.35d-1。根據瀛汶河水體水質特征并參考其他河流資料，本次預測瀛汶河CODCr的KCODCr為0.2d-1；氨氮的K氨氮為0.15d-1。

式中 c為預測斷面濃度（mg/L）；co為計算初始點斷面污染物平均濃度（mg/L），可由完全混合模式公式（3）計算得出；K1為衰減系數（d-1）；x為衰減距離，計算點離排放口的距離（m）；u為河水平均流速（m/s）。

一維穩態混合段衰減系數計算公式：

3.4 預測源強

污染物源強的確定[8]是地表水環境影響質量評價分析的關鍵，直接關系預測結果的真實程度。根據該污水處理廠特點及周圍地表水環境情況可知，擬建工程建成投產后廢水主要有以下情況。

3.4.1 正常運營情況下擬建工程外排廢水水質

生產過程中廢水處理系統運轉正常，日排水量3.6萬m3，出水的CODCr排放濃度為50mg/L，氨氮排放濃度5mg/L。

3.4.2 非正常運營情況下擬建工程外排廢水水質

若污水處理設備或工藝出現問題，生產過程中產生的廢水經過預處理后直接排放，系統對CODCr和氨氮基本沒有處理效果，則日排水量6萬m3，出水的CODCr排放濃度約500mg/L，氨氮排放濃度15mg/L。

3.5 預測結果

本項目為城市污水處理工程，項目建成投入運營以后該地區的生活污水和工業廢水將通過污水管網匯流至污水處理廠，之后排入瀛汶河，排污口設在瀛汶河岸邊。在污水處理廠的排污口下游設B、C2個監測點，對正常運營和非正常運營情況下外排廢水水質的預測結果分別予以計算。其中，混合模式中河流現狀污染物濃度、流量、流速等參數采用現狀監測點的現狀監測數據。

3.5.1 正常情況下擬建工程外排水對地表水質量影響預測

根據表1中地表水環境現狀監測的結果，并結合公式（3）、（4）得出正常情況下擬建工程廢水排放對地表水影響預測結果，詳見表4。

表4 正常情況下擬建工程廢水排放對地表水影響預測結果

由表4可見，擬建工程正常運營情況下外排水對瀛汶河B、C斷面水質會產生一定污染影響，但地表水仍然能夠達到水質標準要求。污水處理廠正常運營期間對地表水CODCr、氨氮的貢獻值較高，因為它是主要向瀛汶河排水的污染源，污染物總排放量較大，但在現有基礎上對污染物進行預測結果表明，在污水處理廠正常運營情況下，在B、C斷面水質能夠達到地表水Ⅳ類標準，符合環保預期要求，因此本項目建成后，周邊地區的廢水進入污水處理廠集中處理，可以促進瀛汶河水質的改善。

3.5.2 非正常情況下擬建工程外排廢水對地表水預測影響

表5 非正常情況下擬建工程廢水排放對地表水影響預測結果

由表5可見，擬建工程在非正常運營情況下外排水將嚴重污染瀛汶河水質，COD濃度在B、C斷面分別上升了173.26mg/L和162.21mg/L，都未達標；氨氮濃度在B、C斷面分別上升了5.286mg/L和4.952mg/L，也未達標。因此，應嚴格加強污水處理廠的管理和監督機制，確保污水處理設施正常運轉，如發現生物未馴化成功或活性污泥失去其活性氧化功能或其他的情況，應立即采取有效措施，盡量杜絕非正常情況的發生。

4 結語

（1）工程建成投產后，擬建工程正常情況下外排水將對瀛汶河水質起到改善作用，通過本項目的建設，有利于瀛汶河的水質改善。污水處理廠建成后能夠消減該地區污染物排放總量，能夠保證瀛汶河長期穩定地達到功能區水質標準。因此，本項目在嚴格落實各項環保措施的基礎上，是基本可行的。

（2）工程建成投產后，在非正常排放情況下，下游1.5km斷面范圍內預測濃度將出現嚴重超標現象。因此，本工程應嚴格生產管理，確保各污水處理設施正常運轉，盡量減少或杜絕非正常情況的發生。

綜上所述，本工程在嚴格管理，落實各項環保措施，確保生活污水進入泰安經濟開發區污水處理廠，在污水處理廠正常運行的情況下，從地表水環境影響角度考慮，本項目的建設是可行的。

［1］環境保護部環境工程評估中心.環境影響評價技術方法［M］.北京：中國環境科學出版社，2009.

［2］蔡瑞，黃芳.對大氣地表水和生態環評技術導則要點的分析與歸納［J］.農業與技術，2009，29（2）：66～68.

［3］GB3838—2002，地表水環境質量標準［S］.

［4］GB18918—2002，城鎮污水處理廠污染物排放標準［S］.

［5］HJ/T2.3—1993，環境影響評價技術導則—地面水環境［S］.

［6］蔡瑞，黃芳.對大氣地表水和生態環評技術導則要點的分析與歸納［J］.農業與技術，2009，29（2）：66～68.

［7］郭儒，李宇斌，富國.河流中污染物衰減系數影響因素分析［J］.氣象與環境學報，2008，24（1）：57－59.

［8］劉子國，張杰，武淑文.建設項目環境影響評價中易被忽視的幾個細節［J］.環境科學與管理，2008，33（11）：179－181.