上海市水功能區納污能力和分階段限排總量研究

上海市水功能區納污能力和分階段限排總量研究

陳長太,徐貴泉,李學峰,夏雪瑾

(上海市水務規劃設計研究院,上海200233)

摘要：以COD、NH3-N 為控制指標,應用一維感潮河網納污能力模型計算上海市水功能區水域納污能力。結果表明,上海市水功能區COD和NH3-N的納污能力分別為79.96萬t/a和7.56萬t/a。以水功能區水質和污染物入河量分析評價結果為基礎,制定水功能區分階段達標目標,并從空間和時間上分解,提出每個水功能區分階段限制排污總量控制方案。

關鍵詞：水功能區;納污能力;分階段限制排污總量;水資源保護;上海市

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.019

作者簡介:陳長太(1978—),男,高級工程師,碩士,主要從事水資源開發與保護研究。E-mail:chenchangtai@126.com

中圖分類號：X32

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2015)05-0102-04

Abstract：Taking COD and NH3-N as the control index,the pollutant carrying capacity of water function zone in Shanghai were calculated by using the one dimensional tidal river network pollutant carrying capacity model. The results show that the pollutant carrying capacity of COD and NH3-N in the water function zone of Shanghai is 79.96×10`4t/a and 7.56×10`4t/a,respectively. Based on the analysis of the water quality and the pollutant discharged in water function zone,the phase goals of water function zone were set up with the goals decomposed from time and space,and the control scheme of the total pollutant discharge limits in different stages of every water function zones were put forward.

收稿日期：(2014-11-27編輯：彭桃英)

Study on pollutant carrying capacity of water function zone in

Shanghai City and its total pollutant discharge limits of different stages

CHEN Changtai,XU Guiquan,LI Xuefeng,XIA Xuejin

(ShanghaiWaterPlanningandDesignResearchInstitute,Shanghai200233,China)

Key words： water function zone; pollutant carrying capacity; total pollutant discharge limits in different stages; water resources protection;Shanghai City

上海市地處長江三角洲前緣,濱江臨海,屬典型的平原感潮河網地區,城市化水平高,經濟社會發達。隨著上海經濟社會的快速發展和水環境綜合治理力度的不斷加大,尤其是經過4輪“環保三年行動計劃”以及“黑臭河道整治”、“萬河整治”的實施,全市水環境質量明顯改善。但是,上海市水環境綜合治理任重道遠,污染源徹底控制還需要一個較長過程,同時受上游省際邊界來水變化的影響,全市水環境質量不容樂觀,現狀水質與水功能區的水質要求還有較大差距,水體使用功能仍受到嚴重影響,水資源開發利用與保護仍不相協調。上海市作為全國實行最嚴格水資源管理制度的試點城市之一,迫切需要從嚴核定納污能力,建立以限制排污總量為控制核心的水功能區限制納污制度[1]。

1上海市水功能區劃及現狀

1.1水功能區劃概況

根據《全國重要江河湖泊水功能區劃(2011—2030年)》,上海市水功能區劃共涉及河流57條,河長1643km;湖泊等開闊水域7個,面積876km2。上海市共區劃水功能區117個,其中太湖流域片區95個、長江流域片區22個;保留區3個、保護區7個、緩沖區23個、開發利用區84個。水質目標為Ⅱ類的水功能區有12個,占10.3%,Ⅱ～Ⅲ類的有9個,占7.7%;Ⅲ類的有45個,占38.5%;Ⅳ類的有27個,占23.1%;Ⅴ類的有20個,占17.1%;另外,有4個排污控制區,其水質類別為不低于現狀,占比為3.4%。

1.2水質現狀

2010年全市99個水功能區設置了監測斷面,2012年底實現了117個水功能區水質監測全覆蓋。根據2010年全市水功能區的水質資料(當年未監測水功能區采用2011年或2012年資料),采用GB3838—2002《地表水環境質量標準》,對117個水功能區水質狀況進行了CODMn和NH3-N兩個指標年均值評價。結果表明,水質達Ⅱ類的水功能區有17個,占14.6%;達Ⅲ類的有11個,占9.4%;達Ⅳ類的有19個,占16.3%;達Ⅴ類的有14個,占12.0%;劣Ⅴ類的有56個,占47.9%。全市水功能區水質達標率為29.9%,其中,太湖流域部分達標率為16.8%,長江流域部分達標率為86.4%。長江流域水功能區水質較好,但水功能區數量最多的太湖流域部分受上游邊界來水、本地污染負荷等的綜合影響,水質與水功能區劃的要求相比還有很大差距。

1.3現狀入河污染物

根據工業企業、居民生活和污水處理廠尾水等點污染源調查結果,以及對城鎮地表徑流、農村生活、散養畜禽、農業面源和水產養殖等面污染源的估算結果,全市COD和NH3-N入水功能區的量分別為33.024萬t/a和4.238萬t/a,其中太湖流域分別為22.118萬t/a和1.942萬t/a,長江流域分別為10.906萬t/a和2.296萬t/a。在入水功能區的污染源中,全市點源COD和NH3-N負荷量占總量的比例分別為52.29%和68.90%,點源占比大于面源;太湖流域點源COD和NH3-N負荷量占總量的比例分別為37.44%和41.93%,點源占比小于面源;長江流域點源COD和NH3-N負荷量占總量的比例分別為82.40%和68.90%,點源占比遠大于面源。可見,太湖流域污染源以面源為主,長江流域以點源為主。

2水功能區達標目標分解

2.1分解原則

為了水功能區的科學規范管理,以實現水功能區分階段達標為目標,將達標目標分解到每一個具體的水功能區,明確每個水功能區的水質達標年限,提出2015年、2020年和2030年的水功能區達標名錄。確定上海市各水平年水功能區達標名錄的基本原則如下:①已達標水功能區要穩定達標。現狀已達標的水功能區不降低現狀水質標準,穩定達標。②水功能區要優先達標。飲用水水源區、保護區和保留區的水質達標率,在其上游邊界來水水質達標的前提下,2015年不低于90%、2020年全部達標。《太湖流域水環境綜合治理總體方案》確定的重點治理區范圍內的水功能區水質優先達標。③易達標水功能區要優先達標。控制污染物入河量任務較輕、污染治理經濟技術可行區域的水功能區,原則上應在2015年達到水質目標要求。靠近長江口區域,通過水資源調度能有效改善水質的水功能區,在2015年達到水質目標要求。④難達標水功能區要逐步達標。水質現狀較差、控制污染物入河量任務較重的區域,根據經濟發展水平和污染治理規劃,各水平年水功能區達標目標要逐步提高。

2.2分解成果

根據上海市水功能區水質現狀和國家、流域水功能區達標目標要求,經與流域反復多次協調,最終確定2015年、2020年和2030年全市水功能區水質達標率分別為53%、78%和95%,其中,長江流域水功能區水質達標率分別為70%、78%和95%,太湖流域水功能區水質達標率分別為48%、78%和95%。

3水功能區納污能力計算

3.1計算方法

按照GB/T25173—2010《水域納污能力計算規程》和《全國水資源綜合規劃地表水資源保護補充技術細則》,結合上海市實際水情和工情,在以往相關工作和其他類似地區研究工作的基礎上[2-5],上海市水功能區納污能力的計算采用模型法和公式法兩種方法。對黃浦江水系概化河網及其相應的水功能區使用模型法計算,對淀山湖采用二維水動力水質模型法計算,對未列入概化河網的湖泊及河道使用公式法計算,最后進行合理性分析綜合確定水功能區納污能力[6]。

3.2計算條件

a. 工況條件。根據水利分片、各區(縣)水利(系)規劃及相關專業規劃,概化河網河道斷面采用相應規劃設計斷面進行計算,水閘(泵站)控制建筑物采用相應規劃規模進行計算。

b. 水文邊界條件。根據長系列水文資料,經頻率分析得到1971年是太湖流域90%來水保證率的典型年,其中2月份降水相對較枯、污染物降解速度慢、河網水質相對較差，因此,選用1971年2月作為典型枯水期進行計算。

c. 水質邊界條件。根據太湖流域和長江流域納污能力核算及分階段限排總量技術大綱,假設省際邊界上游來水水質均達到水功能區劃的水質標準值。

d. 調度控制。各水利控制片采用的水資源調度方式,主要依據2012年上海市水務局發布的《上海市水利控制片水資源調度實施細則》所確定的水資源常規調度方式[7]。

表2　上海市水功能區限制排污總量統計結果　萬t/a

e. 水質參數。根據以往太湖流域河網及上海黃浦江、蘇州河、浦東新區水系等的水質和底質參數的大量研究成果[4-9],結合相應水質模型率定和驗證的結果,將河道主要污染物的衰減系數確定為KCOD=0.04d-1、KNH3-N =0.05d-1,湖泊主要污染物的衰減系數確定為KCOD=0.02d-1、KNH3-N =0.025d-1。

3.3計算結果

計算結果表明,上海市水功能區COD和NH3-N的納污能力分別為79.96萬t/a和7.56萬t/a;其中,長江流域水功能區COD和NH3-N的納污能力分別為62.05萬t/a和6.46萬t/a,太湖流域水功能區COD和NH3-N的納污能力分別為17.91萬t/a和1.10萬t/a。

4分階段限排總量控制方案的制定

4.1方案制定的基本原則

以流域分階段限制排污總量為基礎,根據分階段的水功能區達標名錄,提出各水功能區的分階段限制排污總量,排污總量限制分解基本原則如下:①2015年,飲用水水源區水質達標率總體上不低于90%,保護區和保留區的水質達標率有一定提高。在污染物削減的基礎上,加強入河湖排污口整治,提高流域省界緩沖區的水質達標率。現狀已達標的水功能區2015年保持或提高水質目標。②太湖流域所有水功能區采用納污能力、現狀入河污染物量較小者作為該水功能區遠期限制排污量目標;長江流域開發利用區中除飲用水水源區以外的水功能區,可在不超過水質目標要求的前提下,綜合考慮當地發展要求、上下游關系,并結合水功能區目標,從嚴控制確定分階段限制排污總量。③現狀水質不達標但入河污染物削減任務較輕的水功能開發利用區,原則上2015年實現水質達標,采用核定的納污能力作為2015年限制排污總量。④現狀水質不達標且入河污染物較大,污染物削減任務較重的水功能區,根據水功能區污染程度,考慮社會經濟發展水平、污染治理能力及其可達性,按一定的入河污染物削減比例,提出分階段污染物限制排污總量。

4.2分階段限排方案

4.2.1太湖流域

現狀水質不達標且入河污染物較大,污染物削減任務較重的水功能區,考慮到污水處理廠全面升級改造和面源治理還需一個較長過程,近期對NH3-N進行大幅削減的難度較大,因此,太湖流域水功能區污染物分階段削減率按逐步加大的方式削減,見表1。

表1　太湖流域水功能區超量污染負荷分階段削減方案

4.2.2長江流域

長江口是上海污水處理達標排放的主要受納水體,2010年尾水排放長江的污水處理廠處理能力為496萬m3/d,規劃2015年和2020年分別達到583.25萬m3/d和697萬m3/d,2030年預計將增加至717萬m3/d。盡管長江流域水功能區的納污能力較大,但考慮到長江口生態環境和海洋保護的要求,應從嚴控制。根據相關規劃要求，結合上海實際情況,尾水排放長江的各污水處理廠尾水排放標準確定為:①2015年新建污水處理廠達一級A,既有污水處理廠要加快改造,逐步達到一級B(其中考慮到竹園、白龍港因規模較大,近期改造較困難,達標難度較大,故按不低于現狀排放水質確定尾水排放標準);②2020年以后新建污水處理廠達一級A,既有污水處理廠全面達到一級B。

4.3分階段限制排污總量控制方案

不同水平年下上海市水功能區COD和NH3-N入河污染物總量、納污能力和限制排污總量見表2。

分析計算結果可知,在各規劃水平年下全市水功能區限制排污總量呈逐步下降趨勢,且前期削減率大于后期,NH3-N削減率大于COD。根據上海市污水治理總體格局,除西部地區污水處理廠采用就地處理污水處理廠尾水排放內河外,大部分污水通過管網收集后集中處理,尾水主要排江、排海。因此,在各規劃水平年下,太湖流域污水限排總量呈逐步下降趨勢,而長江流域限制排污總量呈逐步增加趨勢,但增加幅度不大。

5措施與建議

5.1措施

a. 工程措施。水污染治理包括點源治理和面源治理。太湖流域部分以面源治理為重點,包括:初期雨水治理,農村生活污水、散養畜禽、農業面源和水產養殖等污染源的綜合治理;長江流域部分以點源治理為重點,主要是對排江污水處理廠進行升級改造,降低尾水排放濃度。

b. 管理措施。落實組織保障措施,強化地方行政首長負責制,將納污紅線管理主要指標納入地方經濟社會發展綜合評價體系;落實能力保障措施,突出監控與管理能力建設,依靠科技進步,促進水資源保護和管理現代化;落實政策保障措施,健全政策法規和社會監督機制,加強宣傳教育,強化社會監督,鼓勵公眾參與;落實資金保障措施,完善水資源管理投入機制。

5.2建議

a. 上海市地處長江、太湖兩個流域最下游,水功能區的水質受上游來水影響大,建議進一步加強流域中上游地區的水污染源綜合治理和流域的綜合管理,進一步加強省際邊界地區的水質在線監測,以促進和保障邊界來水水質達到水功能區劃的水質標準。

b. 在污染源治理過程中,既要加強點源治理,也要加強面源治理;既要注重城市面源治理,也要加強農村面源治理。

c. 在繼續加強截污治污的同時,建議加大污水處理廠升級改造力度,增強其脫氮除磷能力,進一步削減入河污染物。

d. 在科學規劃入河排污口布局與整治的基礎上,關注濕地建設與保護,突出飲用水水源地保護,高度重視江河湖庫水系連通,增強河流自然凈化能力,加強水資源合理調度,改善水環境,修復水生態。

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