汾河太原城區段水環境容量分析研究

王 煒 段 鵬

(1.太原理工大學，山西 太原 030024; 2.山西省地質環境監測中心，山西 太原 030024)

汾河太原城區段水環境容量分析研究

王 煒1,2段 鵬2

(1.太原理工大學，山西 太原 030024; 2.山西省地質環境監測中心，山西 太原 030024)

通過對汾河太原城區段的水質、水量進行分析，選取COD和氨氮作為主要指標，利用一維穩態水質模型得到水環境容量公式，分功能區計算汾河太原城區段的水環境容量，最終求得汾河太原城區段COD的水環境容量為10 401.22 t/年，氨氮的水環境容量為513.33 t/年。并指出80%的功能區污染物排放量嚴重超過了各功能區的水環境容量，針對性的提出了限制排污總量意見。

水環境，容量，水污染，污水量

0 引言

汾河作為黃河的第二大支流，流經大半個山西，多年以來，汾河以不足全省16%的水資源量，承擔著25%的耕地面積和36%的人口用水任務，并支撐全省GDP的45%。汾河太原城區段由北向南貫穿太原市區，主要接納太原市的工業廢水和生活污水，由于汾河太原城區段在常年流量較小、豐水期短，使得該段河流已經基本喪失自凈能力[2]。為科學合理的利用水資源，實現水資源的優化配置和有效保護，選用合適的水質模型對汾河太原城區段的水環境容量進行估算，針對河段提出限制排污總量意見非常重要。

1 汾河太原城區段水環境現狀分析

1.1 數據來源

依據山西省地質環境監測中心2016年監測數據，汾河太原城區段主要包括15處入汾排污口，排放方式均為明渠自流形式。15處主要排污口分布于汾河東岸10處、汾河西岸5處，分別是汾河的9個支流：楊興河、北澗河、北沙河、南沙河、玉門河、虎峪河、九院沙河、風峪沙河和冶峪溝；5個排污口：迎新街退水、許坦排洪渠、工農退水渠、城南退水渠、太榆退水渠；1個污水處理廠：北郊污水處理廠。

根據GB 8978—1996污水綜合排放標準中的二級標準，15個排污口中，超標排污口有12個，占排污口總數的80%，楊興河、北郊污水處理廠和冶峪河這三個排污口為達標排放(各排污口詳細資料見表1)。

表1 15個排污口主要污染物統計

各個排污口中COD和氨氮的污染比較嚴重(詳細超標情況見表2)。

1.2 各排污口入河污水量

汾河太原城區段15處主要入河排污口年污水入河量為26 076萬t,達標排放量為3 911萬t，占比為15%,廢污水約為22 164萬t，占比為85%。汾河西岸年入河污水量為4 328萬t，占總量的16.6%，汾河東岸年入河污水量為21 748萬t，占總量的83.4%。其中廢污水年入河量在1 000萬t/年以上的排污口有9處，年入河量為300萬t/年～1 000萬t/年的有5處，只有迎新街退水1處小于100萬t/年(各排污口污廢水入河量占比見圖1)。

表2 12個排污口污染物超標倍數

1.3 各功能區入河污水量

汾河太原城區段位于一級水功能區汾河太原運城開發利用區內，此一級功能區共包括五個二級水功能區，分別是：汾河一壩農業用水區、汾河太原景觀娛樂用水區、汾河太原排污控制區、汾河小店過渡區和汾河太原農業用水區(見表3)。

表3 汾河太原城區段水功能區劃

2016年汾河一壩農業用水區年接納廢污水8 483萬t，占廢污水入河總量的32.5%；汾河太原景觀娛樂用水區年接納廢污水2 886萬t，占廢污水入河總量的11.1%；汾河太原排污控制區年接納廢污水5 763萬t，占廢污水入河總量的22.1%；汾河小店過渡區不設排污口；汾河太原農業用水區年接納廢污水8 944萬t，占廢污水入河總量的34.3%。

2 汾河太原城區段水環境容量計算

2.1 計算公式

根據汾河太原城區段河流的特點，排入其中的污染物在較短時間內，可達到斷面上的均勻混合，采用河流一維穩態模型，并以此為基礎得到的水環境容量計算公式為：

其中，W為水功能區納污能力,t/年；q為水功能區入河污水量,m3/s；Cs為水功能區水質目標,mg/L；Q為水功能區設計流量,m3/s；C0為水功能區上斷面污染物濃度,mg/L；k為污染物綜合衰減系數,1/d；x為水功能區上斷面到下斷面的距離,km；xi為簡化后排污口到下計算斷面的距離,km；u為水功能區設計流量下的河段平均流速,m/s。

2.2 水環境容量計算結果

通過計算，太原城區段總的COD納污能力為10 401.22t/年，氨氮納污能力為513.33t/年。汾河太原運城開發利用區中的五個二級功能區中，汾河太原農業用水區的水環境容量最大，COD的納污能力達到3 754.80t/年，占整個COD納污能力的36.1%，氨氮的納污能力達到185.38t/年，占整個氨氮納污能力的36.1%(如表4所示)。

表4 各功能區水環境容量

3 汾河太原城區段限制排污總量分析

通過年污廢水量得，汾河太原城區段總的COD入河量為72 227 t/年，氨氮入河量為9 890 t/年，遠遠超過了該段的水環境容量，故針對此段提出了限制排污總量意見(見表5)，以保證汾河太原城區段各功能區的水質目標。

表5 各功能區限制排污總量 t/年

各功能區要根據限制排污總量意見，對排入河道的污染物質進行削減(見表6)。其中汾河太原城區段的COD削減率為85.60%，氨氮削減率為94.81%，汾河太原景觀娛樂用水區的COD污染最嚴重，削減率高達94.75%，汾河一壩農業用水區的氨氮污染最嚴重，削減率為95.88%，對汾河太原城區段進行污染治理的任務艱巨。

表6 各功能區污染物削減分析表

如果將水污染控制縮小到各個排污口，保證汾河太原城區段各功能區中的入河排污口均可達標排放，則COD的削減量從61 825.78 t/年減少到23 434.18 t/年，削減率從85.60%降低到69.26%，氨氮的削減量從9 376.67 t/年減少到5 509.31 t/年，削減率從94.81%降低到91.48%，可在一定程度上緩減太原城區段的治理壓力。

4 結語

1)汾河太原城區段沿岸的15個排污口中，有80%的排污口超標，其中COD的超標倍數最高達到3.57倍，氨氮最高達到1.94倍，汾河太原城區段的主要污染物為COD和氨氮。

2)汾河太原城區段年污水入河量為26 076萬t，有85%的廢污水約22 164萬t超標排放進入河流。可見，該段水污染比較嚴重，環境問題日益突出，嚴重制約著汾河沿岸的發展，尋找一套切實可行的污染控制和治理方案迫在眉睫。

3)根據汾河太原城區段中的污染物在橫斷面上可以短時間內達到均勻混合的特點，選擇了一維穩態水質模型，得到水環境容量計算公式，最終求得COD納污能力為10 401.22 t/年，氨氮納污能力為513.33 t/年，排入該河段的COD和氨氮的入河量均遠遠超過了該水環境容量，必須對該河段進行限制排污，保證各功能區的正常使用。

4)針對汾河太原城區段的5個二級功能區，提出限制排污總量意見，其中COD削減率為85.60%，氨氮削減率為94.81%，若各排污口做到達標排放，則COD削減率為69.26%，氨氮削減率為91.48%，在一定程度上可以緩減削減壓力，但不能徹底改變，需要從細節上對各排污口的水質、水量進行定量控制，同時結合一些污水治理措施，切實可行的保證汾河水達到各功能區的目標要求。

[1] 安 彪.汾河太原城區段水環境容量的研究[D].太原：太原理工大學,2006:3.

[2] 宣建國,劉子川.汾河太原城區段環境容量探討[J].科技情報開發與經濟,2005,15(8):247-248.

[3] 李愛民.汾河臨汾段水污染總量控制方案分析[J].山西水利,2007(6):27.

[4] 方曉波.錢塘江流域水環境承載能力研究[D].杭州：浙江大學,2009:8.

[5] 曹永中,周孝德.河流水質模型研究概述[J].水利科技與經濟,2008,14(3):197.

Analysis and research of water environment capacity in the Taiyuan section of Fen River

Wang Wei1,2Duan Peng2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China;2.ShanxiGeologicalEnvironmentMonitoringCenter,Taiyuan030024,China)

Through the analysis of water quality and quantity of Fen River Taiyuan section, selected COD and ammonia nitrogen as the main indexes, use the one-dimensional steady-state water quality model water environment capacity formula, the water environment capacity of Taiyuan city section of Fen River was calculated by function areas. The water environmental capacity of COD in the Taiyuan section of Fen River is 10 401.22 t/a, the water environmental capacity of ammonia nitrogen is 513.33 t/a. In the 80% function area, the amount of pollutants discharged seriously exceeds the water environmental capacity of each functional area, and some specific opinions are put forward to limit the total discharge amount.

water environment, capacity, water pollution, sewage quantity

1009-6825(2017)21-0183-03

2017-05-14

王 煒(1988- )，男，在讀工程碩士，工程師; 段 鵬(1985- )，男，工程師

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