大型河流飲用水水源保護區劃分方法研究——以長江宜賓段為例

王洪前，楊會改，王 斌

(四川大學 建筑與環境學院，四川 成都 610065)

大型河流飲用水水源保護區劃分方法研究——以長江宜賓段為例

王洪前，楊會改，王 斌

(四川大學 建筑與環境學院，四川 成都 610065)

摘要：以長江宜賓段為例，詳細介紹了大型河流飲用水水源保護區的劃分方法步驟，并對劃分的過程中應該注意的問題做了總結，為大型河流飲用水水源保護區的劃分研究提供參考。

關鍵詞：大型河流;飲用水;水源保護區;劃分方法

1引言

2007年國家環境保護總局發布國家環境保護標準《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ/T338-2007)，標志著我國飲用水水源保護區的劃分有標準可依據，也說明了國家對人民飲用水安全問題的重視程度進一步提高。查閱國內相關文獻，我國對地下水水源地的劃分問題研究者較多，河流型飲用水水源地大多分布在南方地區，對此進行實例研究的文獻較少。南方地區河網密布，大型河流較多，以大型河流為主要飲用水源的人口較多，因此，做好大型河流尤其是通航河流飲用水水源保護區的劃分工作，對大型河流的管理和保護以及沿河人民的飲用水安全有著十分重要的意義。

本文以長江的宜賓段為例，研究大型河流型飲用水水源保護區的具體劃分方法。

2水源地基礎環境狀況

取水口區域內最高海拔640.0m，最低點高程254.4m；坡度55%以上的區域約占7.9%，坡度5%以下的區域約占17.5%，區域平均坡度約為23.8%。擬建取水口位于長江干流左側，區域河流分布見表1。

表1　區域內河流分布情況

取水口所在長江河段寬度在500~800m間，河道較寬，2014年6月6日，采用SONTAK(河貓)走航系統現場實測水源地所在河段河底高程為245~256m，河道平均流速1.9m/s。詳見圖1和圖2。

圖1　水源地河道實測

圖2　水源地河道實測流速

3地表飲用水水源保護區劃分方法

劃分地表水源飲用水水源地保護區的技術方法主要有：地形邊界法[1]、緩沖區法、應急響應時間法、數值模型法等4種基本方法。

(1)地形邊界法：不考慮水源地規模的大小，以飲用水水源周邊的山脊線或分水嶺確定保護區邊界。其中，山脊線是水源周邊地域的海拔最高點，分水嶺是河流集水區域的邊界。該方法強調對流域整體性的保護，適用于周邊土地利用開發程度較低的地表水水源地。

(2)緩沖區法:劃定緩沖區常作為降低地表徑流對水源不利影響的方法，其主要目的是為了更大程度地過濾陸地徑流，減慢陸地徑流并增大地下水滲透。以此降低地表徑流對水源的影響。確定緩沖區寬度應考慮的因素主要有：①地形；②土地利用；③留出緩沖區可行性；④坡度大小；⑤河流大小等。 該方法主要用于飲用水源保護區陸域范圍的確定。

(3)應急響應時間法[2]:應急響應時間是假定突發環境事故發生后，污染物以與河流相同的流速從上游的監測點遷移到飲用水取水口所耗費的時間。這個時間內管理者可以對污染時間做出回應。應急響應時間法的計算依據是，找一定的應急響應時間內污染物到取水口所流經的距離作為保護區的長度。其計算公式為：

S=V·T

式中：S為水域長度；V為河流多年平均流速；T為應急響應時間，計算公式如下，一般取3h：

式中：D0為污染物流入最近河段的距離，即污染源與河段最近一點的距離；i為污染物經過河段序號；k為污染物流經的河段總個數；Li為第i個河段長度；Vi為第i個河段的流速。

(4)數值模擬法[3]:以主要污染物衰減到目標水質所需要的距離為保護區范圍，可采用二維水質模型計算確定。

二維水質模型的基本方程：

在有邊界的情況下，污染物的擴散會因受到邊界的阻礙而產生反射，這種反射可以通過設立虛擬源來模擬。當污染在岸邊排放時，公式可表達為：

4飲用水源保護區劃分

4.1　一級保護區劃分

由于長江該段水質較好，一級水源保護區的劃分直接根據《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ/T338-2007)進行。

劃分結果為：①水域長度：取水口下游100m至上游1200m(考慮界線標志的顯著性，故上游延長200m至有顯著標志處)間河道；②水域寬度：水域長度對應區域現有航道左邊界至長江左測5年一遇水位線間區域；③陸域長度：與一級保護區水域長度一致；④陸域寬度：長江左岸5年遇水位線到靠近長江一省道間區域。

4.2　二級保護區劃分

4.2.1水域長度

根據《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ/T338-2007)，一般河流型水源地，二級保護區水域長度可采用應急響應時間法和數值模型法確定。采用數值模型法時，二級保護區邊界至一級保護區的徑向距離大于所選定的主要污染物或水質指標從GB3838-2002Ⅲ類水質標準濃度衰減到Ⅱ類水質標準濃度所需的距離。采用應急響應時間法是，應急響應時間的長短依據當地對突發環境事件應急能力確定，一般選3h應急時間。

在條件有限的情況下，采用類比經驗方法確定二級保護區水域范圍。

(1) 數值模型法。由于取水河段水質較好，取水口上、下游斷面只有總磷和糞大腸菌群指標超過GB3838-2002Ⅱ類水質類別標準。分別選取長江干流取水口所在河段近5年最枯月流量(1828m3/s)和最大月均流量(19318m3/s)計算總磷從GB3838-2002Ⅲ類水質標準降解到Ⅱ類水質標準濃度所需要的距離。

流速—流量關系通過長江干流大斷面a、b系數關系法建立：

U=aQb

其中a=0.151，b=0.254。

根據杜娟等[4]對長江某段總磷的遷移轉化特征分析成果，總磷綜合降解系數去0.13d-1。

經計算，在不考慮沿程污染源匯入情況下，在枯水期長江干流總磷從Ⅲ類水質標準降解到Ⅱ類水質標準濃度所需距離約為480km，豐水期長江干流總磷從Ⅲ類水質標準降解到Ⅱ類水質標準濃度所需距離約為890km(圖3、圖4)。

圖3　枯水期長江總磷降解曲線

(2) 應急響應時間法。分別選取長江干流取水口所在河段近5年最枯月流量(1828m3/s)、最大月均流量(19318m3/s)和近5年平均流量(6486m3/s)。

流速—流量關系通過長江干流大斷面a、b系數關系法建立：

U=aQb

其中a=0.151，b=0.254。

則近5年最枯月均流量、最大月均流量和近5年平均流量對應的流速分別為1.02m/s 、1.86m/s和1.43m/s。按照3h應急時間計算，則最枯月、最豐月和5年平均應急響應距離分別為7.3km、13.4km和10.3km。

(3) 類比經驗法。一般河流水源地，二級保護區長度從一級保護區的上游邊界向上游(包括匯入的上游支流)延伸不得小于2000m，下游外邊界距一級保護區邊界不得小于200m。

考慮水源地水質現狀較好，除總磷和糞大腸菌群外(Ⅲ類水質為主)，其他指標均能達到Ⅱ類水質。取水口上游10km范圍內，長江左岸沒有大型化工企業。根據《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ/T338-2007)要求，采用經驗法劃定二級保護區水域長度為一級保護區的上游邊界向上游長江干流和小支流分別延伸2000m但不超過宜瀘高速，下游外邊界向下為延伸200m的。

4.2.2水域寬度

根據《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ/T338-2007)，二級保護區水域寬度為10年一遇水位線，通航河道以中泓線為界，航道邊界線到取水口一側10年一遇水位線范圍為二級保護區范圍。

設置在取水口對岸污水排放量1m3/s，COD排放濃度120mg/L(1級B標)的污染排放情景，建立二維對流擴散模型。計算表明，污染帶未越過河道中泓線，詳見圖5和圖6。

圖5　豐水期對岸污染帶分布

圖6　枯水期對岸污染帶分布

故結合區域污染帶情景計算成果，以中泓線為界，劃定水源地二級保護區寬度為長江河段航道邊界線到取水口一側10年一遇水位線間區域和支流整個河道。

4.2.3陸域長度與寬度

陸域長度與寬度按照《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ/T338-2007)的相關要求，劃定二級保護區陸域長度與水域長度一致，劃定二級陸域分別縱深至長江兩岸省道和高速公路，取水口上游2700~3200m區域以省道線為界，其余區域以高速路為界。

4.3　準保護區劃分

從保護水源地水環境安全角度出發，選取區域豐水期2h應急響應距離作為準保護區。劃定取水口上游10.3km，長江中泓線左側，航道外邊界至10年一遇水位線間一、二級保護區外的區域為準保護區水域。與水域長度一致且10年遇水位線往左岸縱深至省道線為準保護區陸域范圍。

根據以上劃分結果可得各個保護區的面積如表2所示。

表2　各保護區面積　km2

5結語

根據對長江宜賓段飲用水水源保護區的劃分可得出在做大型河流型飲用水水源保護區劃分的過程中應注意的影響因素有以下幾點。

(1)劃分中時刻要以《飲用水水源保護區劃分技術規范》(HJ/T338-2007)為基本依據，不可人為地違反相關的規定，但是又要開辟新的路徑尋求更好的劃分方案。

(2)當河流的現狀水質較好時，在保證可獲得標準的取水水質的前提下，可以適當縮小保護區范圍；相反情況下，可以適當擴大保護區的范圍。

(3)當無法定奪劃分方案時，要考慮計算技術規范中的所有方法，最終根據水質狀況、經濟發展狀況、保護區的建設費用等綜合判斷各個劃分方案的合理性。

(4)實測水文數據的正確性對模型的計算有非常大的影響，在飲用水水源地劃分的過程中，經驗值法為最常用的方法，往往是因為無法獲得實測水文數據，隨著經濟和技術的發展，應該更鼓勵人們運用科學準確的方法對引用水水源保護區進行劃分。

(5)在劃分的過程中，應當充分考慮到今后的管理和區域經濟發展的需要，在保證取水水質的前提下，保護區范圍不應過大。

(6)對準保護區各種因素分析的基礎上，應重點考慮對河流水源形成潛在影響的各種因素，如暴雨、土壤侵蝕、面源污染等。

參考文獻：

[1]張曉燕，苗文革，李鵬飛.淺議劃分飲用水水源地的方法[J].內蒙古水利,2012(5):106～107.

[2]陶亞,任華堂,夏建新.河流突發污染事故下游城市應急響應時間預測——以淮河淮南段為例[J].應用基礎與工程科學學報,2012(20):77～86.

[3]劉加剛.公式法與數值模擬法在水源地保護區劃分中的應用——以北方地區水源地為例[J].科技咨詢，2012(8)：143～144.

[4]杜娟,潘婷,譚劍聰.長江宜賓段總磷的遷移轉化特征分析[C]//四川省環境學會.四川省第十一屆環境監測學術交流會論文集.成都：四川省第十一屆環境監測學術交流會，2010.

Research on Method of Dividing Protected Region

of Drinking Water Source in Large Rivers

——Taking Yibin section of the Yangtze River as an example

Wang Hongqian, Yang Huigai, Wang Bin

(CollegeofArchitectureandEnvironment,SichuanUniversity,Chengdu610065,China)

Abstract:Taking Yibin section of the Yangtze River as study object, the article introduces the method and procedures of dividing the protected regions of drinking water sources in large rivers. In addition, the article summarizes the problems that should be paid attention to in the process of division, which provides references for the research on the division of the protected regions of drinking water source in large rivers.

Key words:large river; drinking water; protected regions of water source; division method

中圖分類號：TV21

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2015)04-0241-04

作者簡介：王洪前(1980—)，男，四川丹棱人，四川大學建筑與環境學院碩士研究生。

收稿日期：2015-03-16