河北省水體納污能力預測分析

張 蕓，劉克巖，王秀蘭

（河北省水文水資源勘測局，河北石家莊 050031）

河北省在近30年的經濟快速增長中，水資源也經歷了一個高速開發的時期。近10年，是河北省全面建設小康社會和沿海經濟強省的關鍵時期，社會經濟快速發展，工農業用水逐步增加；未來10年，經濟發展趨于穩定，且隨著全省節能減排、污水回用等措施的開展，工農業用水也將趨于穩定。為此，選擇2020年為預測年。

水體納污能力的計算公式為：

式中：Q為水功能區設計流量；q為水功能區入河污水量；Cs為水功能區水質目標；C0為水功能區上斷面污染物濃度；k為污染物綜合衰減系數；V為水功能區水體體積。從式（1）中看出，影響水體納污能力大小的主要因素包括枯季河道徑流量、水環境狀況、廢污水處理及入河情況以及南水北調中線工程供水后供排水變化情況4個方面。通過分析上述各因素變化規律，得出全省2020年水體納污能力預測結果。

1 枯季河道徑流量預測

河道徑流量是影響水體納污能力大小的主要因素。枯季河道徑流量變化與全年河道徑流量變化趨勢有聯系但又有較大差別。

1.1 地表水變化趨勢分析

河北省降水年內分布不均，汛期（6—9月）降水占全年的70%～80%，汛期河道徑流明顯高于其他月份。以大清河水系沙河阜平站為例進行說明，阜平站位于王快水庫上游，屬于山區站，受人為因素影響較小，通過該站的流量變化反映河北省水資源整體變化情況，較有代表性。資料采用1950—1999年阜平站實測月平均流量，以10年為單位，對10年內各月的流量取平均值，繪制20世紀50—90年代平均流量變化圖，見圖1。從圖1中可以看出，平均流量隨著時間的推移而逐漸減小，汛期尤其明顯，以8月份為例，50年代月平均流量高達100.2 m3/s，60年代就下降到62.5 m3/s（下降了40%左右），到了90年代只有24.5 m3/s、僅是50年代平均流量的24%，其他月份也有逐漸減小的趨勢。

圖1 大清河水系阜平站流量年代變化

1.2 枯季河道徑流量預測

枯季河道徑流量預測方法是對1958—2008年枯季實測徑流量進行分析，以2007年為現狀年，在河北省八大水系選取有連續監測資料的代表站點進行50年的水量趨勢分析，以點帶面應用于整個水系。冀東沿海水系由于有跨流域引水且引水量所占比重較大，采用兩種方法分析，方法一是：冀東沿海水系沙河和泉水河，1980年之后有跨流域引水且引水量持續穩定，2020年枯季水資源量應與現狀相差不大，故這兩條河流采用2007年枯季徑流量資料作為2020年預測值；其他站點采用方法二，即以天然徑流量減去農業還原量的剩余量來進行趨勢分析。

預測結果表明，2020年各水系枯季流量與2007年相比均呈下降趨勢。其中，子牙河水系下降趨勢顯著；內陸河、大清河、北三河、灤河、漳衛南運河、冀東沿海水系下降趨勢平緩。永定河水系石匣里站擬合曲線，如圖2所示。

圖2 石匣里站枯季流量變化趨勢擬合曲線

1.3 2020年枯季水資源量預測結果

根據各水系擬合曲線，計算出2007、2020年各代表站的枯季流量擬合值和年變化率，用該年變化率與各水功能區2007年枯季實際流量值推算出該水系各水功能區2020年的枯季流量。各水系預測結果，見表1。

表1 各水系枯季流量預測結果

由表1看出，各水系年變化速率均為負值，子牙河水系枯季流量年變化率最大，其次是永定河水系，冀東沿海水系最小。所有水系，2020年枯季流量的預測值均不同程度地減小，這將使得2020年水體納污能力亦減小。

2 污染源治理及污水處理廠建設影響預測

污染源治理及污水處理廠建設對納污能力的影響，一是通過影響水體水質、進而影響污染物綜合衰減系數，二是處理后的中水回用造成入河水量減少。由于污水處理廠主要建于11個設區市和二級市，因此其影響范圍主要為大中城市下游的河流。

根據《河北省環境保護“十一五”規劃》目標，COD排放總量在2005年排放總量的基礎上削減15%。截至2008年，河北省新建的減排工程大部分進入運行階段，COD排放量比2005年凈削減率為9%，超額完成8%的中期減排目標要求。至2020年，COD和氨氮的排放量削減15%的目標能夠實現。隨著污染物排放量的減少，入河污水量將相應減少，并且隨著污水處理廠的運行，其出水水質將優于現狀，中水回用的比例將增大，這些均造成入河水量的減少。

考慮上述因素，2020年入河污水量按照比現狀減小15%的比例進行城市下游河道納污能力預測。僅考慮這單一因素，2020年全省COD、氨氮枯季水體納污能力將比2007年減小4%。

3 南水北調中線供水影響預測

南水北調中線供水對水體納污能力的影響，主要是在增加用水的同時增大了污水排放量和入河量，從而對受水區城市下游河流水體納污能力造成影響。

河北省南水北調中線工程受水區包括石家莊、邯鄲、邢臺、保定、廊坊、滄州、衡水7個設區市及所屬縣（市）等多個重要工業區，2020年南水北調將正式供水用于工業、生活用水，其來水量將對受水區水資源進行補充，從而減少地下水的開采。

3.1 預測方法

預測方法分為三步：第一，根據《河北省水資源公報》多年統計數據，計算出工業、生活用水的增長率，從而預測2020年受水區工業、生活用水量比現狀年的增加量。第二，根據《全國水資源保護規劃》的污水排放系數、入河系數，預測2020年增加的污水排放量及入河量。第三，考慮中水回用、生態景觀用水等需求，分析南水北調中線供水對納污能力的影響。

3.2 預測結果

1997—2007年10年間，受水區工業、生活用水量逐年增長，年增長率為2.5%，工業、生活用水兩者增長趨勢相差不大，工業用水的增長率僅略高于生活用水0.4個百分點。據此預測，至2020年受水區工業、生活用水量將達到30.2億m3，比2007年增長7.4億m3。

受水區7個市污水排放系數在0.36～0.64之間，平均為0.48，不考慮其他因素，污水排放量將增加4.5億t。根據現狀入河系數考慮中水回用等因素，2020年污水入河系數按照現狀的10%考慮，預測出2020年南水北調供水后整個受水區增加的污水入河量為0.31億t。

主要影響河流為牛尾河、府河、滄浪渠、滏陽河、龍河。不考慮其他因素，南水北調中線供水后受水區水體納污能力將比2007年增加3%。

4 地表水環境狀況變化趨勢分析

水環境變化對水體納污能力的影響，主要是通過對污染物綜合衰減系數的影響實現的。綜合衰減系數是計算水體納污能力的一項重要參數，是反映污染物沿程變化的綜合系數，它體現污染物自身的變化，也體現了環境對污染物的影響，對于不同的污染物、不同的環境條件其值是不同的。對于一條河流來說，如果污染物濃度高，其進行衰減的時間和距離就長，相應的納污能力就小。根據1998—2007年間水質監測資料，山區及平原河流水質有緩慢變差的趨勢，而水庫及洼淀水質類別變化不大。從富營養狀況上看，7座水庫和白洋淀有上升趨勢，12座水庫和衡水湖有下降趨勢，上升比例占38%，下降比例占62%，這說明近些年污染治理初見成效。到2020年，全省水質惡化趨勢將得到緩解，那時的污染物濃度與現在相差不大，因此河北省地表水環境的變化趨勢對水體納污能力的影響較小。

5 河北省水體納污能力預測結果

將上述因素同時考慮，經分析計算得出2020年枯季河北省COD、氨氮的水體納污能力為152 965.6、6 291.2 t，比2007年減小27%。按照水系統計，2020年納污能力與2007年相比，北三河水系減小比例最大，COD和氨氮分別減小了61.0%和70.8%；其次是漳衛南運河水系，COD和氨氮分別減小了48.2%和51.1%；納污能力變化最小的冀東沿海水系，與現狀年相比，COD和氨氮的減小比例僅為14%。詳見表2。

表2 2020年河北省水體納污能力預測結果 t

在影響水體納污能力的4個因素中，廢污水處理及入河情況和南水北調中線工程供水變化情況對城鎮下游河流水體納污能力影響較大，水環境狀況變化間接影響水體納污能力且影響較小，而河道流量減少所帶來的影響最為顯著，河道流量的多少是決定水體納污能力大小的關鍵。近年來，河北省降水量連年偏枯，造成地表水資源量逐年減少，因此各水系的水體納污能力也隨之減小。目前，全省入河污染物量遠大于水體納污能力，要實現水功能區劃目標需要付出艱辛努力。從納污能力預測結果看出，如果延續近十幾、二十幾年水文氣象條件，全省納污能力將繼續降低，水污染治理更加任重而道遠。