新疆克孜河卡拉貝利水庫下游河道納污能力計算

2016-07-14 08:03:22朱銀銀

水利水電快報 2016年6期

朱銀銀

(水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊　830000)

朱銀銀

(水利部新疆維吾爾自治區水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊830000)

摘要：根據新疆維吾爾自治區南部克孜河現狀入河排污口分布狀況，采用河流納污能力計算模型，預測了設計水平年卡拉貝利水庫運行后，克孜河出山口至布哈拉渠首河段的納污能力，為有關部門在克孜河水環境保護和管理方面的決策提供參考。

關鍵詞：河流納污；排污口分布；納污能力；設計水平年；克孜河；卡拉貝利水庫

隨著我國社會、經濟的快速發展，水問題日益突出，水資源短缺日趨嚴峻。2011年中央1號文件要求實施最嚴格水資源管理制度，提出了“三條紅線”的管理目標，水功能區限制納污便是其中之一[1]。河流納污能力與污染物的排放位置及排放方式有關，限定的排放方式是確定河流納污能力的重要確定因素[2-4]。

克孜河全長445.5 km，是喀什地區平原灌區的主要水源之一。據克孜河水量控制站卡拉貝利水文站多年實測統計資料，該河多年平均徑流量為21.687 m3。卡拉貝利水利樞紐位于新疆維吾爾自治區克孜勒蘇柯爾克孜自治州烏恰縣，壩址位于克孜河出山口以上約22 km，距烏恰縣約70 km，距烏魯木齊市約1 606 km，工程建設主要承擔下游防洪和灌溉任務，兼顧發電，水庫具有季調節性能，工程設計水平年為2020年。

由于設計水平年入河污染源具有不確定性，為防治卡拉貝利水庫下游水污染，維護河流健康，促進流域社會經濟又好又快發展，本文分析計算了不同污染源入河情況下，卡拉貝利水庫下游河道納污能力，為有關部門在克孜河水環境保護和管理方面決策提供參考。

1水功能區劃及入河排污口調查

根據《新疆水功能區劃》，將克孜河劃分為2個一級水功能區，即克孜河河源至出山口河段為源頭水保護區，水質目標為Ⅰ類；出山口以下河段為開發利用區，水質目標為Ⅲ類。

經現場調查，克孜河出山口以上河段兩岸無居民及工礦企業分布，無集中入河污染源排放，出山口以下河段入河污染源主要包括喀什市污水處理廠和喀什市、疏附縣、疏勒縣和伽師縣部分灌區的農田灌溉退水。采用《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)Ⅲ類水質標準作為評價標準[5]。

2納污能力計算模型

根據克孜河水環境特點，基于《水域納污能力計算規程》(GB/T25173—2010)相關劃分標準，河流為中型河流，可采用一維水質模型[6]。

(1) 河段無排污口分布：

(1)

式中，Cx為流經x距離后的污染物濃度，mg/L；C0為初始斷面的污染物濃度,mg/L；x為沿河段的縱向距離,m；u為設計流量下河道斷面的平均速度,m/s；K為污染物綜合衰減系數,L/s。

(2)

式中，M為水域納污能力，kg/s；Cs為水質目標濃度值，mg/L；Q為初始斷面入流流量，m3/s；QP為廢污水排放流量，m3/s。

(2) 河段有排污口分布：

(3)

式中，C0為水質濃度背景值，mg/L；L1為排污口至計算單元下斷面的距離，m；CP為廢污水的污染物濃度,mg/L。

3計算單元劃分及邊界條件的確定

3.1計算單元劃分

依據水庫建設影響范圍及克孜河污染源分布狀況，納污能力計算范圍為克孜河出山口布哈拉渠首河段。以渠首斷面、重要支流入匯口為控制斷面，將計算河段劃分為7個計算單元，總河段長度為185.67 km，見表1。

表1　納污能力計算單元劃分

3.2入河污染源

3.2.1喀什市污水處理廠

喀什市污水處理廠位于喀什市東南約6 km的郊區，采用絕氧-好氧二級處理工藝，城區污廢水全部經污水收集系統收集至該污水處理廠處理。目前，最高日處理量為7.6萬m3，年排放污水量約2 774萬m3，處理后的污水全部排入了克孜河。

根據要求，該污水處理廠污水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)中一級B標準，灌溉期用于綠化和灌溉，非灌溉期排入30 km以外的戈壁荒灘用于荒漠植被綠化，遠期考慮建污水庫貯存冬季達標污水，使污水得到資源化利用，嚴禁將處理后的污水排入克孜河。至工程設計水平年，隨著環保部門監管力度的不斷加強，喀什市污水處理廠應依照環保部門的要求，不再將處理后的污水排入克孜河。此種情況下，設計水平年評價河段點源入河量為零。

因設計水平年喀什市污水處理廠禁止向克孜河排污在實際操作中具有不確定性，考慮最不利情況下，設計水平年該污水廠污水依然排入克孜河，排放量為設計規模4 380 m3/a，排放標準執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)中一級B標準。

依據上述兩種工況，設計水平年克孜河點源排放量及污染負荷量統計見表2。

表2　設計水平年河段點源入河量統計

3.2.2農田退水

根據克孜河灌區規劃和實地調查，克孜河農業污染源主要來源于喀什市、疏附縣、疏勒縣和伽師縣部分灌區的農田灌溉回歸水，主要以泉水和地下水匯流等方式進入克孜河。

依據流域綜合規劃，設計水平年流域內灌區實施節水改造，以提高灌區用水保證率。由于灌區節水實施存在不確定性，根據灌區實施節水灌溉和最不利情況灌區未實施節水灌溉兩種工況，確定設計水平年克孜河流域農田排水入河量及污染物排放量，其中農田排水水質采用新疆水環境監測中心喀什分中心2011年實測數據，結果見表3。

3.3水文條件

采用工程運行后P=90%保證率最枯月，即將90%保證率下1月份的平均流量作為設計流量。

3.4水質控制參數選擇及控制標準

選擇COD、NH3-N作為控制參數，控制標準采用《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類水質標準。

3.5降解系數

綜合考慮研究河段水動力學特性和水質污染特性，在資料完整性和可靠性分析的基礎上，取COD降解系數為0.096 d-1，NH3-N降解系數為0.12 d-1。

4預測情景設定

從最不利角度考慮，根據克孜河流域點源和面源排放情況，組合成4個情景對比分析水庫建成后克孜河中下游河段納污能力狀況。預測情景如表4所示。

表3　設計水平年流域農田排水入河量統計(面源污染)

表4　預測情景

注：“√”表示滿足該工況的污染源排放條件。

5水域納污能力計算結果及分析

不同預測情景下的預測結果見表5和圖1。

(1) 情景1與情景2下，喀什市污水處理廠污水均不入河。由于灌區回歸水水質優于地表水Ⅲ類水質標準，因此灌溉回歸水的匯入，可改善河道水體納污能力。情景1下灌區未實施節水，灌區回歸水量大于情景2，因此計算河段納污能力略大于情景2。情景1下計算河段COD納污能力較情景2增加90.22 t/a，NH3-N納污能力較情景2增加7.08 t/a。(2) 情景1與情景3下，設計水平年灌區均未實施節水灌溉，灌溉回歸水量相同，河道納污能力取決于喀什市污水處理廠廢水是否入河。情景1下計算河段COD納污能力較情景3增加1 291.17 t/a，NH3-N納污能力較情景3增加452.06 t/a。

(3) 情景2與情景4下，設計水平年灌區均實施節水灌溉，河道納污能力亦取決于喀什市污水處理廠廢水是否入河。情景2下計算河段COD納污能力較情景4增加1 287.48 t/a，NH3-N納污能力較情景4增加450.78 t/a。