長慶溪流域水環境容量的研究

姚鵬程+潘文斌+陳弘

摘要：為了明確長慶溪流域水環境容量，改善水質不斷惡化的狀況，促進區域經濟與水環境容量的協調發展，本文以長慶溪流域為研究對象，通過對水文特征、污染物特征、水環境現狀調查，同時結合水環境容量計算方法，選用一維水質數學模型對其水環境容量進行計算分析。計算結果表明，在最枯月90%保證率和最枯月30年平均流量的兩種不同水文條件下，COD的環境容量分別是708.6 t/a，317.06 t/a；NH3-N的環境容量分別是38.96 t/a，13.96 t/a。結合長慶溪流域的現狀排污量可知，在現狀穩定排污達標情況下，該流域順達-蘆陽橋段尚有一定的剩余環境容量。該結果可為該流域污染物總量分配方案的制定提供決策依據。

關鍵詞：長慶溪流域；水質模型；水環境容量

中圖分類號：X321 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）01-0134-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.074

Research on water environmental capacity of Changqing River Basin

Yao Pengcheng1，Pan Wenbin1，Chen Hong2

（1. School of Environment and Resources， Fuzhou University， Fuzhou 350108，China；2. Fujian Province Environmental Research Academy，Fuzhou 350000，China）

Abstrct： In order to define the environmental capacity and improve the deterioration of water quality in Changqing River basin and promote the harmonious development of economy and aquatic environment capacity，analyses on the present situation of water quality of Changqing River basin are conducted.The hydrological characteristics，the contamination characteristics and the water environment status were investigated.Combined with the design procedure of the water environmental capacity，one-dimensional water quality model was selected to calculate and analyze the water environmental capacity of Changqing River basin.The results showed that on the basis of the two hydrological conditions including minimum monthly flow with 90% guarantee rate and minimum monthly average flow in recent 30 years，the water environmental capacities of COD are estimated to be 708.6 t/a，317.06 t/a，respectively，and the water environmental capacities of NH3-N are estimated to be 38.96 t/a，13.96 t/a，respectively.Combining with the current emissions of pollutants we can know there is a certain residual environmental capacity in the Shunda - Luyang section of the basin under the condition of stable standardized discharge.The results can provide the basis for the formulation of the total pollutant distribution scheme.

Key words： Changqing River Basin；water quality model；water environmental capacity

水環境容量是一種有限的可再生自然資源，是經濟與社會發展的基礎，也是水環境污染控制和治理的重要依據。水環境容量的大小取決于水體的自然特性、水質標準和污染物本身的特性等[1]。文中研究的流域長慶溪在嵩口鎮匯入大樟溪，其匯合口下游尚有多處水源保護區，而長慶鎮蜜餞加工廢水對長慶溪的長期污染，勢必對大樟溪干流的用水水質安全造成隱患，影響水體的正常功能。鑒于此，本文對長慶溪流域進行水環境容量分析， 以期為區域水污染控制提供決策依據。

1 研究區概況

長慶溪是大樟溪上游的一級支流，位于福建省福州市永泰縣的西北部，流域面積達253km2，發源于閩清池園，主河道長16.5km，平均坡降8.8‰。長慶溪由下際支流和長慶支流組成，其中下際支流塔山匯合口以上流域面積118km2；長慶支流塔山匯合口以上流域面積108.3km2，塔山匯合口至大樟溪區間流域面積 26.7 km2。長慶溪流域氣候屬中亞熱帶季風氣候區，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫18.9℃，年平均相對濕度為79.8%，年平均降水量1600mm。

表1 長慶溪流域污染物入河量

污染物類別 COD入河量（t/a） NH3-N入河量（t/a）

點源 面源 點源 面源

小計 50.735 67.56 7.610 0.220

總計 118.295 7.830

根據長慶溪流域水質監測數據，該流域大部分水質為劣Ⅴ類，主要污染物為COD和氨氮，主要污染源為工業污染。根據調查得到流域范圍內主要企業和污水處理站的排污量，可計算出點源排放污染量；借助BASINS系統中的PLOAD模型的簡易法來計算流域范圍內因降雨產生的非點源污染負荷；參考中國環境規劃院制定的《水環境容量技術指南》，確定非點源入河系數（取0.05），最終將長慶溪流域徑流污染物產生量折算為入河量。其2015年污染物的入河量詳見上表1。

2 水質指標和模型的選取

參考《福州市地表水環境功能區劃定方案》，長慶溪全段均屬于Ш類水域功能。其水環境功能區執行GB3838-2002《地表水環境質量標準》Ш類標準并以此為水環境質量評價標準，利用福州大學于2015年12月28日對長慶溪流域地表水環境的水質監測數據（監測斷面具體位置詳見表2-1），采用中華人民共和國環境保護行業標準HJ/T2.3-93《環境影響評價技術導則》所推薦的單項評價標準指數法評價長慶溪流域內的水環境質量現狀，從而確定了長慶溪主要水質超標因子為高錳酸鹽指數（ CODMn）和氨氮（ NH3-N），將這2個主要水質因子作為水質模型模擬和水環境容量計算的水質指標。

因長慶溪流量Q<150m3/s，屬于中小型河流，河道窄淺，污染物進入水體經過河流稀釋與擴散的作用后，能夠在較短的時間內均勻混合且污染物濃度在河段橫向方向上沒有很大的變化，橫向及垂向上的污染物濃度梯度可以忽略。所以，本文在計算長慶溪流域水環境容量時，選用一維水質模型以及水環境容量模型[2]。

3 模型設計條件

3.1 控制斷面

長慶溪流域屬于水質要求略低、經濟不太發達的流域，主要污染源（蜜餞企業）均在順達公司排放口之下，因此本文選擇段尾控制法[3]。故本方案共計1個計算單元，該計算單元起始斷面為順達公司排污口上游30m，蘆陽橋斷面為計算單元的終止斷面，詳見表3。

3.2 水文條件

本文選用的水文設計條件為大樟溪流域歷年最枯月90%保證率流量、最枯月近30年平均流量以及枯水期近30年平均流量三種情況。收集并整理永泰水文站（該站控制流域面積為4034km2）近三十年1～12月各月的平均流量數據，統計每年最枯月所在月份及流量，把流量數據從大到小順序排列，根據公式（1）計算經驗頻率，結合Excel電子表格處理繪制海森概率格紙，從而繪制P-III型水文頻率曲線。由曲線可得：永泰水文站90%頻率下的設計流量為64.6m3/s。

收集并整理永泰水文站1982年～2012年各月平均流量數據，統計每年最枯月、枯水期所在月份，計算永泰站平均流量，可知大樟溪永泰水文站最枯月90%保證率、最枯月、枯水期設計流量分別為：64.6 m3/s、21.7 m3/s、109.2 m3/s。綜合上述結果，本文僅計算最枯月90%保證率和最枯月設計流量兩種情況。

3.3 計算各斷面設計流量

根據永泰水文站的設計流量，采用徑流面積指數法推算各斷面設計流量[4]，結果見表4。

3.4 排污口概化

為了計算方便，一般將排污口根據以下幾點進行處理：

（A）污水排放流量較大的企業排污口，可以作為獨立的排污口處理；（B）距離較遠且排污量都較小的分散排污口，一般概化為非點源，僅影響水域水質本底值；（C）多個排污口距離較近，可將幾個排污口簡化為集中的排污口，即概化排污口。

根據以上排污口概化計算方法，對長慶溪各排污口概化，COD與氨氮排放濃度取允許排放濃度最大值。考慮到水系較短，其降解污染物能力有限，故將所有污染物的降解系數設置為0。

4 水質降解系數確定與指數換算

污染物降解系數主要通過水團追蹤試驗[7]、實測資料反推[8]、類比法、分析借用等方法確定[9]。考慮到研究水系較短且水系中污染物的降解能力有限，將所有污染物的降解系數設置為0。

由于河流常規監測的是CODMn而不是CODcr，所以必須先進行換算。借鑒閩江流域水環境容量研究的研究成果（福建省環境科學研究院，2014年12月），確定換算系數為3.7，詳見表6。

5 水環境容量計算

綜合考慮研究區域的實際情況，采用模型試錯法，是目前比較常用的水環境容量計算方法[10]。

根據以上選定的計算模型與設計條件，通過試錯法結合同時滿足III類水體水質指標情況下反推COD總量和氨氮總量，得到長慶溪順達-蘆陽橋水域的理想水環境容量，計算結果見表7。

5.1 水環境容量的核定

河流環境容量的核定，注意排除非點源污染負荷。理想水環境容量和非點源污染入河量的設計條件不同，所以不能直接把理想水環境容量減去非點源入河量[11]。從1993～2013永泰水文站降雨量資料中獲得的永泰降水的月值數據，研究區最枯月降雨量約占全年降雨量的1.5%，而以最枯月計算全年12個月的降雨量則占全年降雨量的18%。面源污染入河量要考慮降水徑流系數，取徑流系數0.9，則以最枯月計面源污染入河量約占全年面源污染入河量的16.2%，計算結果見表8。扣除了非點源污染入河量后得到長慶溪順達-蘆陽橋水環境容量，見表9。

6 結語

通過對長慶溪水環境容量模型的建立和模擬以及其容量測算結果可知，只要現有企業穩定達標排放，該流域順達-蘆陽橋段尚有一定的剩余環境容量。在企業不搬遷情況下，相關部門應對企業允許排污量分配按照企業污水設施設計排放量來進行總量控制和排放濃度達標監管。但是從環境管理的角度，通過對流域內蜜餞企業的整體搬遷入園，更有利于該小流域的生態恢復和環境保護，對大樟溪流域整體水環境保護具有現實意義。

參考文獻

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收稿日期：2017-12-11

作者簡介：姚鵬程（1992-），男，碩士研究生，研究方向為區域流域規劃與管理方面。