鹽河淮安段污染負荷及水環境容量分析研究

張　娟

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鹽河淮安段污染負荷及水環境容量分析研究

張娟

隨著社會經濟的快速發展，水環境污染問題日趨嚴重。目前，我國水環境管理已從濃度控制、目標總量控制轉變為水環境容量總量控制，通過調查分析污染源，合理確定水環境容量，可有效進行總量控制，實現水質目標管理與水功能區限制納污紅線管理，達到既促進經濟發展又保護環境的目的。

根據相關文獻報道，關于太湖、長江、漓江、渭河、東遼河等流域污染負荷及水環境容量分析研究較多，而關于淮河流域報道較少。2008年江蘇省淮安市水資源綜合規劃對淮河流域鹽河淮安段進行點源污染負荷及枯水年水環境容量分析取得一定成果。經過幾年的發展，淮安市排污及水環境容量發生了相應變化，本文通過對鹽河淮安段點、面源污染負荷展開調查分析，采用一維水質模型確定不同水文頻率下水環境容量，為污染物總量控制、水資源合理開發利用、水環境保護提供依據。

一、鹽河淮安段水污染負荷分析

1.污染源調查范圍和內容

鹽河是溝通淮安市和連云港市的人工河道，起源于淮陰水利樞紐，河流流向自西向東，全長140km，流域面積359.3km2，淮安市境內全長78.9km，河寬30～130m，河深4～11m，既是淮陰區、漣水縣的工農業用水主要水源地，也是工業、生活廢污水納污河道。

污染源調查內容包括點源、面源污染調查。其中點源污染調查主要是工業、城鎮生活污染源調查；面源污染調查主要是河流沿岸農村生活、種植、畜禽養殖、水產養殖等污染源調查。

2.點源污染調查

根據江蘇省水環境監測中心淮安分中心2014年鹽河入河排污口水質、水量監測資料統計，淮安市鹽河工業、城鎮生活污水排放總量為1722.2萬t/a。其中，污染物CODCr入河量為1112.6t/a，NH3-N入河量為91.3t/a。

3.面源污染調查

采用查閱資料與實地查勘相結合的方法估算面源污染物入河量。部分數據來源于《淮安市年鑒》《第一次全國污染源普查城鎮生活源產排污系數手冊》等。

（1）農村生活污染源調查

根據區域內實際農村人口、排放系數、入河率等計算農村生活污染物入河量，計算公式：

式中：W生1為農村生活污染物入河量，t/a；W生1p為農村生活污染物排放量，t/a；β2為農村生活入河系數；

其中，W生1p=N農·α1

式中：N農為農村人口數，人；α1為農村生活排污系數。

經計算，農村生活污染物入河量CODCr為915.2t/a，NH3-N為61.5t/a。

（2）畜牧養殖污染源調查

根據調查相關鄉鎮養殖場實際養殖存欄數、入河系數等計算污染物入河量，計算公式：

式中：W畜禽為畜禽養殖污染物入河量，t/a；W畜禽p為畜禽養殖污染物排放量，t/a；β4為畜禽養殖入河系數。

式中：δ1為畜禽個體日產糞量，kg/d·頭；t為飼養期，d；N畜禽為飼養數，頭；α3為畜禽糞中污染物平均含量，kg/t；δ2為畜禽個體日產尿量，kg/a；α4為畜禽尿中污染物平均含量，kg/t。

經計算，畜禽養殖污染物入河量CODCr為799.7t/a，NH3-N為37.8t/a。

（3）農田種植污染源調查

根據農田耕地面積、施肥量等計算污染物入河量，計算公式：

W農=W農p·β5·γ

式中：W農為種植污染物入河量，t/a；W農p為種植污染物排放量，t/a；β5為種植污染物入河系數；γ為修正系數。

其中，W農p=S·α5

式中：S為耕地面積，hm2；α5為種植排污系數。

經計算，農田種植污染物入河量CODCr為374.8t/a，NH3-N為32.6t/a。

（4）水產養殖污染物調查

區域內水產養殖污染物入河量計算公式：

式中：W水產為水產養殖污染物入河量，t/a；W水產p為水產養殖污染物排放量，t/a；β6為水產養殖入河系數。

池塘/工廠化養殖污染物排放量測算方法為：

式中，V為年排水量，m3；ΔCi為污染物濃度的增量，mg/L。

經計算，水產養殖污染物入河量CODCr為1.9t/a，NH3-N為0.2t/a。

（5）各類污染源的貢獻率

2014年鹽河各類污染源入河量CODCr為3204.2t/a，NH3-N為223.4t/a，其中以工業、城鎮生活、農村生活污染源為主，具體呈現為：工業、城鎮生活污染＞農村生活污染＞畜禽養殖污染＞種植業污染＞水產養殖污染，見表1。

二、水環境容量分析

水環境容量是指水體在規定環境目標下所能容納的最大污染物量，容量大小與水體特征、水質目標、污染物特性以及社會經濟的發展模式有關。合理計算水環境容量是進行污染物總量控制限排的關鍵。

1.水環境容量計算方法

一維水環境容量模型為：

式中：M為水環境容量，t/a；31.565為量綱平衡系數；α為不均勻修正系數；Q為河流進口斷面流量，m3/s；q為污水入流流量，m3/s；Cs為河流控制目標濃度，mg/L；k為污染物綜合降解系數，d-1；C0為河流進口斷面背景濃度，mg/L；x為水質控制斷面距排污口距離，m；u為流速，m/s。

2.計算參數的確定

（1）控制單元的劃分

根據《江蘇省地表水（環境）功能區劃》，淮安市鹽河被區劃為鹽河淮安排污控制區、鹽河淮安農業、工業用水區，2020年水質目標均為《地表水環境質量標準》Ⅲ類水標準。

（2）斷面設計流量與流速

根據鹽河1959～2013年逐日流量監測數據，基于水量動力模型，計算鹽河閘、朱碼閘不同水文頻率（90%、75%、50%、20%）分別對應枯水年、偏枯年、平水年、偏豐年的流量、流速，見表2。

（3）污染物綜合降解系數

采用二斷面實測率定法確定污染物綜合降解系數：

式中：CA為河段上斷面污染物濃度，mg/L；CB為河段下斷面污染物濃度，mg/L；x為上下斷面間的距離，km；u為斷面平均流速，km/d。鹽河CODCr、NH3-N降解系數k分別確定為0.11d-1、0.10d-1。

（4）河流本底濃度與目標控制濃度

鹽河各功能區起始斷面水質現狀濃度取上一功能區末斷面達標濃度。鹽河淮安排污控制區、鹽河淮安農業工業用水區水質目標均為Ⅲ類水標準，本底濃度、目標控制濃度分別取CODCr為20.0mg/L、NH3-N為1.00mg/L。

（5）不均勻修正系數

基于水質達標計算的水環境容量偏大，為更加符合實際情況，引入不均勻系數的概念進行修正，修正公式如下：

M修正=αM

式中：α為不均勻系數，是［0，1］區間一個數，取值見表3。

根據鹽河河寬及其他因素，不均勻系數取值為0.65。

3.水環境容量計算結果分析

鹽河淮安段不同水文頻率下水環境容量見表4。計算結果表明，在平水年、偏豐年（50%、20%）鹽河淮安段CODCr、NH3-N均有可利用水環境容量，枯水年、偏枯年（90%、75%）NH3-N現狀入河量均已超過水環境容量，需削減量分別為22.3t/a、8.2t/a，削減部分均位于鹽河淮安排污控制區。

通過對比分析不同水文頻率下鹽河淮安段水環境容量與相應的水質監測結果，兩者基本吻合，認為以上計算結果較為合理。

表1　鹽河各類污染源入河量統計表

表2　鹽河各水功能區不同水文頻率下的設計流量、流速

表3　河道不均勻系數取值表

表4　鹽河不同水文頻率下水環境容量（單位：t/a）

三、結論與建議

2014年排入鹽河淮安段CODCr入河量為3204.2t/a，NH3-N入河量為223.4t/a，污染源主要以工業、城鎮生活、農村生活污染為主。

采用一維水質模型，計算不同水文頻率下鹽河淮安段水環境容量，得出其水環境容量：偏豐年＞平水年＞偏枯年＞枯水年。

鹽河淮安段不同水文頻率下水環境容量較真實地反映其水環境容量動態變化情況。50%、20%保證率下鹽河淮安段水環境容量均有盈余，90%、75%保證率下氨氮現狀入河量均已超過其水環境容量，需削減量分別為22.3t/a、8.2t/a。

建議采取如下措施保護鹽河水環境健康：

加快城鄉污水處理設施建設，確保廢污水達標排放，適當調整流域農業產業結構，大力發展高效生態農業，降低農田化肥、農藥施用量，有效降低鹽河流域點、面源污染對水環境的影響。

根據鹽河水環境容量動態變化的特性，適應區域年內、年際水資源分配不均的狀況，可對不同水期水環境容量資源進行合理開發利用，更好地促進地方經濟發展，同時達到有效保護水資源環境的目的■

（作者單位：江蘇省水文水資源勘測局淮安分局223005）