昆明倘甸產業園區水環境承載力研究

金　偉，支國強，李田富，耿　超

(昆明市環境工程評估中心，云南 昆明 650032)

昆明倘甸產業園區水環境承載力研究

金偉，支國強，李田富，耿超

(昆明市環境工程評估中心，云南 昆明 650032)

摘要：利用一維水質模型，對倘甸產業園區納污河流洗馬河主要污染物化學需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)水環境容量進行了計算，通過建立洗馬河水環境容量與污染物入河量供需平衡關系對倘甸產業園區現狀及2020年水環境承載力進行了分析評價。結果表明，倘甸產業園區現狀水環境承載力剩余空間較大，至2020年NH3-N呈超載狀態。對2020年倘甸產業園區NH3-N入河量超出洗馬河環境容量提出了總量控制建議。

關鍵詞：水環境承載力；一維水質模型；研究計算；倘甸產業園區；昆明

為貫徹落實黨的“十八大”關于全面深化改革的戰略部署，中共中央做出全面深化改革若干重大問題的決定，提出“建立資源環境承載能力監測預警機制，對水土資源、環境容量和海洋資源超載區域實行限制性措施”。黨的“十八大”和十八屆三中、四中全會將“生態文明建設”提到了新的高度，強調“建設生態文明，實質上就是要建設以資源環境承載力為基礎、以自然規律為準則、以可持續發展為目標的資源節約型、環境友好型社會”。2015年1月1日起實施的《中華人民共和國環境保護法》，提出了建立環境資源承載能力監測預警機制的要求。《水污染防治行動計劃》(國發〔2015〕17號)中要求“建立水環境承載能力監測評價體系，實行承載能力監測預警，已超過承載能力的地區要實施水污染物削減方案。合理確定發展布局、結構和規模，充分考慮水環境承載能力，以水定城、量水發展”。

近年來，學術界對水環境承載力做了一定的研究并取得了一定的成果[1，2]。蔣曉輝等[3]運用大系統分解協調模型研究了關中地區的水環境承載力。王玉敏等[4]以博斯騰湖為例建立了湖泊水環境承載力研究概念模型和量化模型。余紅等[5]采用向量模法對濟南小清河水環境承載力進行了分析。薛小妮等[6]利用三層次分析方法和一維水質模型計算了成都市的水環境承載能力。王志蕓[7]采用系統分析的方法對瀘沽湖流域現狀水環境承載力和彈性環境承載力進行了定量化的研究。劉麗萍[8]以水環境容量為主要依據對昆明市部分區縣水環境承載力進行了評價分析。

本文通過定量計算倘甸產業園區主要納污河流洗馬河水環境容量、現狀污染物入河量、2020年污染物入河量，分析了倘甸產業園區現狀水環境承載力、水環境承載力趨勢；在此基礎上提出了提升倘甸產業園區水環境承載力的對策。

1評價區概況

1.1倘甸產業園區概況

倘甸產業園區成立于2010年8月，跨越昆明市尋甸縣倘甸與鳳合兩個鄉鎮，是云南省重要的產業基地、昆明北部經濟新的增長極、昆明“退二進三”的產業承接地。產業發展規模目標：至2020年，年產值60億元，其中：光電產業15億元，裝備制造產業20億元，新型建材業15億，農林特產品加工產業8億，旅游小商品加工業2億；人口將達到18萬。規劃用地范圍為33.02km2，輻射帶動周邊800余km2地區的經濟發展。

1.2水環境質量現狀

洗馬河為倘甸產業園區的主要納污河流，為金沙江二級支流，發源于聯合鄉大廟山，于祿勸縣九龍鄉岔河村納左支九龍河后，直接匯入普渡河。洗馬河流域面積860.7km2，主河道長78.0km。洗馬河水環境功能為Ⅳ類，2015年1—6月洗馬河倘甸范圍、洗馬河轉龍范圍、洗馬河鳳合范圍、洗馬河聯合范圍例行監測結果顯示各監測斷面水質現狀為Ⅲ類，水質達標。

1.3污染源調查

1.3.1現狀污染源調查

倘甸產業園區水環境污染源主要有工業、規模化畜禽養殖、農村畜禽散養、生活、農業面源。

根據《2014年倘甸產業園區環境統計》，倘甸產業園區無工業廢水排放；規模化養殖場化學需氧量排放量為104.43t/a；NH3-N排放量為15.59t/a。

2014年洗馬河流域人口127169人，參照《第一次全國污染源普查：城鎮生活源產排污系數手冊(2010)》，生活源COD排污系數取57.6g/(人·d)，NH3-N產污系數取7.2g/(人·d)，則生活源排放量為COD 2673.60t/a，氨氮334.20t/a。

洗馬河流域農戶散養畜禽種類有牛、羊、豬和雞、鴨等。污染物系數參照《全國污染源普查畜禽養殖業產污系數與排污系數手冊(2010)》中西南區畜禽養殖場生豬育肥、肉雞、肉牛(工藝：干清糞)排污系數，見表1。

表1　非規模化畜禽養殖排污系數

肉羊按每6只肉羊折1頭肉牛計算，倘甸產業園區農村畜禽散養污染物年排放量核算見表2。

表2　非規模化畜禽養殖排污量

2014年洗馬河流域耕地總面積301000畝，根據全國污染源普查種植業產排污系數估算，平均每畝耕地年流失量COD為0.75kg/(畝·a)，NH3-N為0.082kg/(畝·a)，則洗馬河流域農業面源污染物COD排放量為225.75t/a，NH3-N排放量為24.68t/a。

由以上各污染源排放量，參照《云南省地表水容量測算技術報告》，并綜合考慮村莊、耕地與各河流的距離，規模化畜禽養殖COD和NH3-N入河系數分別取0.7和0.8，農村畜禽散養、生活源、農業源的COD、NH3-N入河系數分別取0.03、0.05，對倘甸產業園區洗馬河流域各污染源污染物入河量進行計算，結果如表3所示。

表3　2014年污染物入河量　(t/a)

1.3.2規劃年污染物排放量預測

工業用水核算中，光電、裝備制造產業、新型建材及農特產品加工產業采用萬元工業產值耗水系數進行核算，萬元工業產值耗水系數類比省內同類行業平均水平。工業廢水采用工業廢水排放系數法核算，采用新鮮用水量乘以工業廢水排放系數得出，參照《GB50318-2000 城市排水工程規劃規范》(工業廢水排放系數0.7～0.9)，本評價取0.8。建材業認為應實現廢水零排放。

生活用水量采用單位人口用水定額進行核算，參照《DB53/T168-2006云南省地方標準用水定額》，單位人口綜合用水定額為150L/(人·d)。生活污水采用綜合生活污水排放系數法核算，參照《GB50318-2000城市排水工程規劃規范》(綜合生活污水排放系數0.8～0.9)，取0.85。核算結果如表4所示。

表4　工業及生活用排水量核算結果　(萬m3)

假設工業廢水收集處理率達100%，生活污水收集處理率達80%，出水水質達到《GB18918-2002城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。則2020年，洗馬河流域工業源COD、NH3-N入河量分別為133.7t/a、21.39t/a，生活源COD、NH3-N入河量分別為460.72t/a、87.11t/a。倘甸產業園區規劃功能定位是工業、城市、旅游綜合經濟區，因此可以認為至2020年，畜禽養殖及農業規模增加小，其入河污染物量取現狀入河量。2020年洗馬河流域污染物入河量預測結果如表5所示。

表5　2020年污染物入河量預測　(t/a)

2水環境承載力評價

2.1水環境容量計算

依據倘甸產業園區污染物排放特征，選取COD和NH3-N作為評價因子進行水環境容量計算。

2.1.1計算模型選擇

洗馬河水環境容量計算采用一維水質模型：

Wi=31.54*(C*eKx/86.4*u-Ci)*(Qi+Qj)式中：Wi—第i個排污口允許排放量，t/a；Ci—河段第i個節點處的水質本底濃度，mg/L；C—河段第i個節點處的水質目標濃度，mg/L；Qi—河道節點后流量，m3/s；Qj—第i節點處廢水入河量，m3/s；u—第i個河段的設計流速，m/s；K—綜合降解系數，1/d；x—計算點到第i節點的距離，m。

以每個單元下界面斷面作為控制斷面，計算結果顯示控制斷面水質超過功能區劃水質標準(Ⅲ類)時，通過削減每一個排污口的排污量重新計算，直到控制斷面的模擬結果滿足目標水質標準，此時各個排污口的排污量之和即W=∑Wi就是洗馬河的水環境容量值。

2.1.2確定計算河段

洗馬河環境容量計算河段為聯合鄉下游斷面至九龍河匯口斷面之間約40km長河段。洗馬河計算河段及節點劃分如圖1、表6所示。

表6　洗馬河計算河段劃分

2.1.3參數率定

參照《云南省地表水容量測算技術報告》，結合洗馬河水文、水質實際，綜合降解系數(K)COD取0.21/d，NH3-N取0.11/d。洗馬河水文參數選取多年平均數據，各計算河段水文參數見表7。

表7　洗馬河計算河段水文參數

洗馬河第一個節點處的水質本底濃度采用2015年1—6月例行監測結果的平均值，COD為17mg/L，NH3-N為0.76mg/L；其余節點處本底濃度取目標水質數據；各節點處目標水質(Ⅲ類)濃度COD為20mg/L，NH3-N為1.0mg/L。

2.1.4排污口概化

沿岸現狀及規劃均無取排水口，馬街河與新城河距離較近，進行合并，按排口處理；聯合鄉、轉龍鎮節點處分別虛擬排口一座；聯合鄉、鳳合鎮、轉龍鎮節點處取現狀生活污水量作為廢水入河量，倘甸節點處取馬街河及新城河多年平均流量作為廢水入河量。洗馬河各節點處廢水入河流量如表8所示。

表8　各節點處廢水入河流量　(m3/s)

表9　洗馬河水環境容量

2.1.5計算結果

根據容量計算模型及以上參數計算洗馬河水環境容量，結果見表9。

2.2水環境承載力評價

倘甸產業園區水環境承載力評價主要是基于納污河流水環境容量與污染物入河量之間的供需平衡分析。定義水環境承載力因子K：

若K>1，表明水環境已處于超載狀態，需要削減污染物入河量；若K≤1，說明尚未突破水環境承載力。

根據以上計算結果，對倘甸產業園區主要納污河流洗馬河水環境容量、入河污染物量進行統計，并計算水環境承載力供需平衡承載力因子K，其結果如表10所示。

表10　倘甸產業園區水環境承載力評價表　(t/a)

表10表明，倘甸產業園區現狀2014年水環境承載力不超載，COD、NH3-N承載力因子K分別為0.10和0.44，水環境承載力剩余空間較大，洗馬河COD、NH3-N剩余容量分別為2861.13t/a、65.84t/a。2020年COD水環境承載力不超載，NH3-N超載；為了使洗馬河水質達Ⅲ類水質標準，NH3-N入河量不得大于112.53t/a，2020年NH3-N入河量貢獻最大的為生活源，因此因適度控制人口發展規模。

3結論及建議

(1)倘甸產業園區現狀水環境承載力不超載，水環境承載力剩余空間較大，主要納污河流洗馬河COD、NH3-N剩余容量分別為2861.13 t/a、65.84 t/a。

(2)按《昆明倘甸產業園區總體規劃(2010—2020)》中有關產業規劃、人口規模、污水處理水平，至2020年倘甸產業園區主要納污河流洗馬河NH3-N將呈超載狀態，為使水質達標，應嚴格控制NH3-N入河量不得大于112.53t/a。

(3)應根據洗馬河不同河段的水環境容量合理布局產業及城鎮，適度控制產業及城鎮規模。

參考文獻：

[1]侯麗敏,岳強,王彤.我國水環境承載力研究進展與展望[J].環境保護科學,2015,41(4)：104-108.

[2]李瑋,肖偉華,秦大庸,等.水環境承載力研究方法及發展趨勢分析[J].水電能源科學,2010,28(11)：30-32.

[3]蔣曉輝,黃強,惠泱河,等.陜西關中地區水環境承載力研究[J].環境科學學報,2001,21(3)：312-317.

[4]王玉敏,周孝德,馮成洪,等.湖泊水環境承載力研究[J].水土保持學報,2004,18(1)：179-184.

[5]余紅,安玉坤,沈珍瑤,等.濟南小清河水環境承載力研究[J].水資源保護,2008,24(2)：34-37.

[6]薛小妮,甘泓,游進軍,等.成都市水資源及水環境承載能力分析[J].水利水電技術,2012,43(4)：14-18.

[7]王志蕓.瀘沽湖流域水環境承載力研究[J].環境科學導刊,2010,29(2)：39-44.

[8]劉麗萍.昆明市水環境承載力研究[J].水資源與水工程學報,2011,22(2)：145-148.

Research on Water Environmental Carrying Capacity of Kunming Tangdian Industrial Park

JIN Wei, ZHI Guo-qiang, LI Tian-fu,GENG Chao

(Kunming Appraisal Center for Environmental Engineering, Kunming Yunnan 650032, China)

Abstract：One-dimensional water quality model was used to calculate the COD and NH3-N capacity of Xima River. The present and future (the year of 2020) water environmental capacity of Xima River were analyzed by establishing the demand-supply equilibrium between water environmental capacity of the river and the amount of pollutants from the park. The results showed that the current water environmental carrying capacity of Xima River was abundant while NH3-N factor would be overloaded in 2020. The recommendations of the total control of NH3-N from Tangdian industrial park were put forth in this study.

Key words：Water environmental carrying capacity; one-dimensional water quality mode; study and calculate; Tangdian industrial park; Kunming

收稿日期：2015-12-16

作者簡介：金偉(1987-)，男，碩士，安徽合肥人，工程師，主要從事環境管理及規劃環評研究工作。

中圖分類號：X26

文獻標志碼：A

文章編號：1673-9655(2016)04-0017-04