徐州市水功能區納污能力分析

張愛軍,韓 剛,范榮亮

(1.江蘇徐州水利工程指揮部,江蘇徐州 221018;2.徐州市水務局,江蘇 徐州 221018)

徐州市水功能區納污能力分析

張愛軍1,韓 剛2,范榮亮2

(1.江蘇徐州水利工程指揮部,江蘇徐州 221018;2.徐州市水務局,江蘇 徐州 221018)

在探討徐州市水功能區納污總量控制的基礎上,闡述了施行限制納污紅線的必要性以及建立水功能區納污紅線的核心和關鍵,對徐州市各功能區的限制納污能力進行了評價,并計算了各功能區的納污總量,提出了施行限制納污紅線控制的建議。

水功能區;納污總量;水資源管理;徐州市

水資源管理“三條紅線”包括:①確立水資源開發利用控制紅線,嚴格實行用水總量控制;②確立用水效率控制紅線,堅決遏制用水浪費;③確立水功能區限制納污紅線,嚴控排污總量。其中實施水功能區限制納污紅線管理是實行最嚴格水資源管理制度、建立水資源“三條紅線”監管體系中的重要組成部分。水功能區限制納污紅線管理的實施,將有助于科學核定水域納污能力,強化入河排污總量的監控[1],完善監測預警監督管理制度,逐步使江河污染進入受控狀態,促進水質不斷改善。

水功能區限制納污紅線是對水資源產品水質的約束[2],也是對可利用水資源的有效保障。技術上,限制納污紅線就是水域納污能力的體現;法規上,水域納污能力是水污染物排放許可證發放的依據(扣除面源污染)。在水污染物排放過程中,由于水污染物的排放量與水資源利用量密切相關,在一般情況下水資源利用量小,水污染物排放量就少;反之,水資源利用量大,水污染物排放量就大。因此,從這一層面來講,限制納污紅線是對水需求管理目標的約束,具體體現的是對污染物排放量的限制。所以水需求管理措施在減少污染物排放量、實現限制納污紅線中起著十分重要的作用,可以從水資源利用的源頭實現對水污染物排放的控制。另外,限制納污紅線的實施需要充分發揮經濟手段和市場機制來限制水污染物排放量,可以采用直接促進限制納污紅線實現的排污費和污水處理費政策,也可以采用間接影響排污行為的其他價格手段。同時積極試點和探索開展水污染物排放權交易市場,運用市場機制促進水污染排放的有效削減[3]。

1 徐州市水環境概況及水功能區劃

1.1 水資源概況

徐州市作為江蘇省三大都市圈之一,地表水資源嚴重短缺,多年平均降雨量889mm,多年平均地表水資源量20.30億m3,地下水資源量20.25億m3,重復計算量4.92億m3,水資源總量35.63億m3(不包括上游來水和抽引江水)。水資源人均占有量僅為424m3,低于全省平均水平,僅為全國人均占有量的17%,是全國40個嚴重缺水城市和地區之一[4]。

1.2 水環境概況

2010年徐州市地表水47個評價斷面中,達到《江蘇省地表水(環境)功能區劃》要求的斷面39個,所占比例為83.0%,達到或好于地表水Ⅲ類水質標準的30個,達到Ⅳ類水質標準的13個。地表水水源地取水口水質達到《江蘇省地表水(環境)功能區劃》地表水Ⅲ類水質標準的要求。廢黃河(市區段)大環西路橋、和平橋、東三環路橋斷面均達到《江蘇省地表水(環境)功能區劃》地表水Ⅳ類標準的要求?！笆晃濉逼陂g的DO、BOD5指標顯著好轉,NH3-N有所好轉,其余指標無明顯變化。南水北調東線工程及淮河流域重點控制斷面的水質狀況,2010年較2009年均有所好轉。地下水方面,2010年市區的3個地下水集中水源地水質達到國家標準。孔隙水除總硬度、NH3-N偶有超標外,其余監測項目均達到地下水質量標準中Ⅲ類水質標準;巖溶水除總硬度、高錳酸鹽指數偶有超標外,其他17項監測項目均達到地下水質量標準中Ⅲ類水質標準的要求。“十一五”期間徐州市地下水孔隙水各監測項目除NH3-N外濃度均不同程度有所降低,巖溶水監測項目濃度基本穩定,NH3-N和Mn濃度降低幅度較大。從總體水質(F值)比較,孔隙水、巖溶水水質濃度變化幅度較小,孔隙水水質顯著好轉,巖溶水水質無明顯變化[5]。

1.3 徐州水功能區劃

水功能區劃是為協調合理利用與有效保護之間的關系而開展的一項重要工作,也是水資源開發利用、保護工作的重要依據,采用二級區劃法(圖1)。一級功能區分4類:保護區、保留區、開發利用區、緩沖區;二級功能區是將一級區的開發利用區再進行深度劃分為:飲用水源區、工業用水區、農業用水區、漁業用水區、景觀娛樂用水區、排污控制區、過渡區。

由于徐州市降雨量少,境內河流多為閘壩控制的季節性、蓄水性靜態平原河流,徑流主要集中在7—9月份,多數時間無清潔水源補給,而且封閉式水域多,缺乏必要的濕地,水流量及可交換水量少,水流滯緩,導致河流納污量小自凈能力差,水環境對污染的承受能力與區域排污量之間的矛盾非常突出。再加上徐州市經濟以重工業為主,對水資源的需求和污染較大,因此,根據徐州市水資源開發利用程度和水環境質量,以及經濟、產業的布局等因素,本著保證經濟社會可持續發展,滿足合理配置、工程調度與保護管理的要求,確定徐州市水功能區劃為:36個一級功能區,其中保護區6個、保留區2個、緩沖區15個、開發利用區13個。開發利用區分為5個類型38個二級功能區,包括1個飲用水源區、10個漁業用水區、16個農業用水區、5個景觀娛樂區、2個過渡區和4個排污控制區(圖2)。

圖1 水功能區劃分級分類系統

2 水功能區納污能力評價

徐州不僅缺水而且水資源時空分布不均,與生產力布局不匹配。要保護好水資源,必須按照水體水文特性、自然凈化能力、排污布局,科學核定水域納污能力;結合水域納污能力與區域經濟技術條件,提出限制排污總量的意見,合理確定區域產業結構、加強排污控制,這是建立納污紅線的核心。水域納污能力和限制排污總量意見提出后,既有一些約束性的指標,同時也有一些指導性的指標。這些指標能否實現,需要有關部門的努力,同時也需要相關企業等市場主體嚴格執行法律法規,因此必須加強納污紅線實施的監督,這是納污紅線能否落實的關鍵[6]。

2.1 水功能區劃方案的設計

首先采用系統分析的理論和方法,把區劃對象作為一個系統,分清水功能區劃的層次,進行總體設計;然后根據定性判斷法對河流、湖泊及水庫水功能區的劃分,提出符合系統分析要求且具有可操作性的水功能區劃方案;最后對各規劃河段提出初劃意見,分步驟征求市縣水行政主管部門和專家意見。

2.2 水體納污能力計算

對于寬深比不大的河流,污染物在較短的河段內,基本上能在斷面內均勻混合,污染物濃度在斷面上橫向變化不大,采用一維水質模型模擬污染物沿河流縱向的遷移。在水功能區相應的河段內,污染物排放口不規則地分布于河流的不同斷面,將所有排污口產生的污染濃度進行疊加即為功能區水流斷面的濃度?？紤]到計算工作的復雜性,將排污口在功能區內的分布加以概化后進行計算,對于排污控制區,認為污染物排放口在同一功能區內沿河均勻分布;對于其他功能區,則將排污口概化為功能區下斷面排污。此概化反映了河段中污染物分布的一種平均狀態,據此概化排污分布推算河段的納污能力[7-8]。

圖2 徐州市水功能區劃圖

式中:C0為背景質量濃度,mg/L;Cs為污染物控制質量濃度,mg/L;K為污染物綜合降解系數,1/d;Q為設計流量,m3/s;L為河段長度,m;u為河段平均流速,m/s。

對于源頭水水質,計算河段若為河源段則C0取源頭水水質濃度;若上游河段為保護區、保留區或緩沖區則按其水質目標取值。對于上斷面來水水質,取上游功能區水質目標值。污染物控制質量濃度Cs,即功能區水質目標值的確定是納污能力計算的基本依據,其取值大小直接影響納污能力的大小。確定目標值時,以功能區類別為基本依據。污染物綜合降解系數K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,本次計算采用經驗公式法。設計保證率的取值直接影響計算結果的保證程度,保證率越高則越安全,治理付出的代價就越大。根據相關規定,設計流量Q選用保證率為90%的最枯月平均流量。對于閘壩控制的河段,設計流量值為零時取閘壩漏水流量;對有排污的河段,在設計流量中考慮污水流量。無水文資料的河段根據河道的實際情況用面積類比或按上下游斷面集水面積內插。對有實測流量流速資料的斷面,直接采用該斷面的流速作為設計流速;對沒有實測流速資料的河段,借用附近區域的流量流速關系分析設計流速。

依據江蘇省水資源保護相關規劃,按照GB 3838—2002《地表水環境質量標準》和確定的各功能區水質目標,采用上述計算方法和計算條件,分析計算17條河流和一個湖泊,38個功能區河段(其中:開發利用區23個,緩沖區7個,保護區6個,保留區2個);納污能力(污染源及各河段水質資料以2003年資料為基準),計算結果見表1。

表1 徐州市水功能區納污能力

由表1可以看出開發利用區納污能力最大,COD為21729.0t、NH3-N為875.8t,各功能區總納污能力COD全年納污量為31858.7t,NH3-N全年納污量為1214.5t。在選定的38個水功能區年度水質目標達標評價方面,6個保護區中有3個全年穩定達標,2個達標率在65%以上,1個達標率低于50%;2個保留區全年達標率均低于50%;7個緩沖區中有1個全年穩定達標,4個達標率在75%以上,其余2個緩沖區達標率均低于50%;23個開發利用區中有1個全年穩定達標,3個達標率在80%以上,6個達標率在50%以上,13個達標率均低于50%。

2.3 入河污染物應削減量分析

水功能區入河污染物應削減量為水功能區污染物現狀入河量與該水功能區的納污能力之差。根據以上污染物入河量和納污能力,現狀COD和NH3-N入河量分別為120864.5t和1783.6t,分別超過納污能力的3.79倍和1.47倍。徐州市水功能區COD和NH3-N應削減總量分別為89005.8t和569.1t,平均削減率分別為73.6%和31.9%。其中COD削減任務最重的是開發利用區,超過納污能力3.78倍,需削減量為60514.4t,平均削減率為73.58%;保護區次之,需削減量為28 782 t,平均削減率為78.33%;保留區最小,COD需削減量為1086.5t,超過納污能力2.58倍,平均削減率為61.18%。NH3-N削減任務最重的保護區,超過納污能力2.36倍,需削減量為342t,平均削減率為57.58%;其次是開發利用區,NH3-N需削減量為312.2 t,平均削減率為26.28%,超過納污能力1.76倍。

3 施行限制納污總量控制的建議

在治污方面,首先要治理污染源和嚴格控制新污染源的產生和排泄。除了盡量減少污廢水排放外,要通過建設污廢水處理設施,收集處理污廢水,使之達到國家規定的排放標準。同時要對一些分散、布局不合理的排污口調整改造,實行污水集中處理后達標排放。其次要進行排污管道改造,使城市污、廢水與雨水分別排放,逐步實現清污分流,提高污水處理效率。在水利工程方面,要通過引、蓄水工程進行水體置換與稀釋,調整改善水環境。同時要進行河道(湖、庫)整治,不僅有利于防洪,而且河道內被污染的淤泥清除后,可減輕河道底泥對水體的污染。在生態防護方面,要加大生態保護力度,建設生態水利。主要包括實行水資源優化配置,加強水土保持,確保應有生態用水量等等。

[1]王浩.實行最嚴格的水資源管理制度關鍵技術支撐探析[N].中國水利報,2011-03-22(08).

[2]孫宇飛,王建平,王曉娟.關于“三條紅線”指標體系的幾點思考[J].水利發展研究,2010(8):62-65.

[3]鄒朝望,林得才.試論“三條紅線”四項評價指標的科學性[C]//湖北省水利學會.實行最嚴格水資源管理制度高層論壇論文集,2010:86-89.

[4]李明武,陳玲.徐州市區水環境問題及對策[J].能源技術與管理,2006(3):51-53.

[5]徐州市環境保護局.2010年徐州市環境狀況公報[J].徐州:徐州市環境保護局,2011.

[6]王方清,吳國平,劉江壁.建立長江流域水功能區納污紅線的幾點思考[J].人民長江,41(15):19-22.

[7]景彥亭,時曉飛,劉慶華.邢臺市水功能區納污能力分析研究[J].地下水,2011,33(1):84-86.

[8]毛曉文.水域納污能力計算的不確定性及其定量控制[J].南京師范大學學報:工程技術版,2009,9(3):83-87.

Analysis of water environmental carrying capacity of water function zone in Xuzhou City

ZHANG Ai-jun1,HAN Gang2,FAN Rong-liang2
(1.Water Project Headquatersof Xuzhou,Jiangsu Province,Xuzhou 221018;China;2.Xuzhou Water Affairs Bureau,Xuzhou 221018,China)

This paper demonstrates the necessity of applying the red line system of water pollutant admission limitation,and the key point in establishing the red line system for the water function zone.The admissible capacity and total amount of pollutants in the water function zones in Xuzhou City were evaluated and calculated.It is suggested that the red line system of water pollutant admission limitation be implemented.

water function zone;pollutant admission limit;water resources management;Xuzhou City

X52

A

1004-6933(2012)04-0054-04

10.3969/j.issn.1004-6933.2012.04.012

張愛軍(1958—),男,博士,從事水資源管理研究。E-mail:13813468698@139.com

(收稿日期:2012-05-20 編輯:高渭文)