基于環境容量的河流污染區域和原因識別

■李曉連李艷李國玉陳志強

（1沈陽理工大學 遼寧沈陽110159；2遼寧省環境保護廳 遼寧沈陽110000；3鐵嶺市城市污水處理管理中心 遼寧鐵嶺112008）

基于環境容量的河流污染區域和原因識別

■李曉連1李艷1李國玉2陳志強3

（1沈陽理工大學 遼寧沈陽110159；2遼寧省環境保護廳 遼寧沈陽110000；3鐵嶺市城市污水處理管理中心 遼寧鐵嶺112008）

本文采用統計法和輸出系數法核定污染負荷，采用一維穩態水質模型和線性規劃方法求出了各流域的環境容量，最后將環境容量分配到控制單元，診斷控制單元污染物排放超環境容量率，識別河流污染區域，最后分析產生污染的原因，為其污染物總量控制及產業布局提供科學依據。得出：該區域COD、NH3-N污染負荷分別為18346.6t/a、1880.58t/a，環境容量分別為13979.92t/a、776.95t/a。；容量超標排放率分別為31.2%、142.0%。

水環境容量污染負荷污染識別

1　前言

水污染物總量控制目標最早由美國環境保護局（US EPA）提出，1972年US EPA頒布實施了《清潔水法》并提出了基于水質決策的污染物總量控制方法—最大日負荷限值，隨后各國相繼實行了水污染物總量控制管理辦法。20世紀70年代末，我國開始進行水污染物總量控制研究，并以制定松花江流域BOD總量控制標準為先導，進行了最早的實踐和探索。隨著眾多研究者的努力我國污染負荷總量控制逐步形成了以污染物目標總量控制技術為主，容量總量控制和行業總量控制為輔的水質管理技術體系，為我國水環境管理基本制度的建立奠定了基礎。本文從“流域-污染源-控制單元”層面上計算環境容量，結合污染負荷識別污染負荷超容量排放率，識別污染區域，為河流水環境污染物控制提供科學依據。

2　研究區域概況

該區域位于遼寧省，流域總面積11905 km2，包括7個縣市，流域內共有8條主要支流。屬于溫帶大陸性氣候，四季分明，雨熱同期。冬季平均氣溫在10℃以下，最低氣溫-30℃左右，封凍期150天左右。其他季節溫度在10℃~30℃之間，全年日照為2700 h左右，作物生長期有效日照時數約1750 h。年平均降雨量約為700 mm，降水量年內分布不均，集中在6~8月，約占全年降水量的60%。該區域共包括89個鄉鎮，總人口約46.7萬人，城鎮化率56%。生產總值為5651987萬元，其中第一產業、第二產業、第三產業生產總值所占比例分別為20.48%、52.26%、27.26%。

3　河流污染區域識別

3.1環境容量

水環境容量是指水體在規定的環境目標下所能容納的污染物最大負荷量，河流流域環境容量總量分配一般采用線性穩態水質模型計算污染源點對控制斷面的貢獻，進而將水環境容量的計算及點源間的總量分配歸結為規劃模型求解。本文根據一維穩態水質模型，以環境容量利用率最大為目標，以控制斷面水質達標為約束條件建立線性規劃求解方程如下：

目標函數：

約束方程：

式中：xj—第j污染源的排放量，g/s；

aij—第j污染源對第i控制點的響應系數；

ci—水質控制斷面i的水質目標與背景貢獻的差值，mg/L。

利用此模型計算河流水環境容量的步驟：（1）根據水質目標和控制單元邊界分布情況確定研究范圍內河流的的水質控制斷面，并確定水質目標；（2）根據河流和污染源分布情況采用重心概化法將多個排污口概化為一個排污口；（3）利用Google earth、Arcgis等軟件計算污染源到控制斷面間的距離；（4）設定一維穩態水質模型主要參數（流量、流速、衰減系數）；（5）利用Excel軟件計算污染負荷與水質的響應關系和背景濃度，最后通過規劃求解工具求解得到河流最大允許納污量。

規劃求解得到的環境容量是環境容量利用率最大情況下的最優解，但是很多河流周圍的產業布局已經形成，所以可以根據污染負荷排放現狀進行調整最優解下的環境容量，然后根據TMDL方法將環境容量分為點源、面源和安全余量，最后將點源環境容量分配到各個污染源，完成流域環境容量分配。應環境管理要求，將計算得到的流域環境容量分配到控制單元內。

3.2識別方法

定義（污染負荷-環境容量）與環境容量的比值表示污染物超環境容量排放率（簡稱“超排率”）。控制單元的污染物超標排放率公式為3-3。按照污染物超環境容量率200%以上、100%-200%、50% -100%、0-50%、0以下將控制單元分為紅橙黃綠藍五個管理等級。

F—控制單元內的污染負荷超環境容量排放率，%；

W—控制單元內的污染負荷，t/a；

Q—環境容量，t/a。

3.3識別

3.3.1污染負荷核定

根據水系分布和污染物排放情況，確定流域污染負荷來源。一般點源污染負荷包括直排企業、污水處理廠和規模化畜禽養殖業，非點源污染負荷包括農村人口、耕地、城鎮用地、其他用地、散養的畜禽、降水等產生的污染物。

點源污染負荷計算采用常規統計法進行核定，統計法是利用已有的環境統計、排污申報登記、污染源監督性監測等數據支持系統，核定點源排放量，其中入河系數根據溫度、距離、渠道系數進行修正。非點源污染負荷采用輸出系數法進行核定，此方法輸出系數需要經過試驗進行確定，統計每條河流流域面積內的不同土地利用類型的面積。

3.3.2污染區域識別

負荷核定數據來源為省環境統計數據，研究區域內COD、NH3-N污染負荷分別為18346.6t/a、1880.58t/a，該研究區域每個縣市的環境容量、污染源排放情況、超排率見表1。COD在A、D、F區、縣實行紅色管理，B區、縣實行綠色管理，其他縣實行藍色管理。NH3-N在A、D、F區、縣實行紅色管理，B區、縣實行橙色管理，C區、縣實行黃色管理，G區、縣實行綠色管理，E區、縣實行藍色管理。

4　污染原因識別

本文主要從污染負荷貢獻率，點源主要污染源，面源主要污染類型等方面識別污染原因。

（1）污染負荷貢獻率：分別統計控制單元內點源、面源污染負荷，計算點源、面源的污染負荷排放比例，識別出控制單元的污染負荷貢獻率。該研究區域COD、NH-N點源入河量分別為2605.93t/a、337.22t/a，非點源輸出量分別為15740.7t/a、1543.36t/a，以面源貢獻率為主。

表1　控制單元超排率情況

（2）統計點源排污企業，篩選出污染物排放量80%的企業，識別出主要排污企業；統計研究區域內計算控制單元內農村人口、耕地、城鎮用地、其他用地、散養的畜禽、降水等產生的污染負荷，并求出非點源污染負荷排放貢獻率，該研究區域以農業用地和畜禽養殖污染負荷貢獻為主。

5　結論與建議

（1）該研究區域COD、NH3-N環境容量分別為13979.92t/a、776.95t/a，污染負荷超環境容量排放率分別為31.2%、142.0%。識別出該研究區域COD污染物排放優先控制單元為A、D、F區、縣；NH3-N污染物排放優先控制單元為A、B、D、F區、縣。

（2）該研究區域以面源污染負荷貢獻為主。下一步可進行的工作：測土施肥，合理使用化肥，政府可鼓勵有機肥制造行業的發展；定期更換農藥的品牌，減少限制農藥的使用；可進行分區域（山地、平原）、分水期（豐水期、平水期、枯水期）的輸出系數計算，使非點源污染負荷核定更接近于實際，進行非點源容量的計算和分配。分河段分水期的測算主要污染物的降解系數，使水環境容量的計算結果更接近于實際水環境容量，從而使污染物排放得到很好地控制，也能充分利用水環境容量帶來更多的經濟效益。

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X8[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-318-2

李曉連（1990～），女，沈陽理工大學碩士研究生，研究方向為環境規劃與評價。

遼河流域主要污染物排放控制與管理體系建設示范（2012ZX07505-002）