長溝河河流允許排放量分配核算分析

王 野

長溝河位于調兵山市東南部，河流全長28 km，流域面積155 km2，發源于沈陽市法庫縣三道嶺，于鐵嶺縣蔡牛鄉馮家窩鋪南約200 m處入遼河干流。全流域均在調兵山市行政區域內，涉及曉明和曉楠鎮，占調兵山市行政區域面積的58%，區域內人口約7.2萬人，占調兵山市總人口的28.8%。長溝河由于區間接納調兵山市區、小青礦、大隆礦、大興礦、曉南礦等住宅的城市污水和礦井排水，因而一般年景細水長流，多年平均徑流量2748 m3，枯水期長溝河遼河屯斷面流量0.13 m3/s，宋荒地斷面流量0.64 m3/s，是調兵山市中、南部地區發展地表水灌溉的主要水源。目前，長溝河馮家窩鋪監測斷面屬劣Ⅴ類水質。為了改善長溝河水質，本文采用一維穩態水質模型，計算研究長溝河環境容量及控制單元入河污染源許可排放量，為順利實現2020年長溝河水質Ⅴ類考核目標提供技術支撐。

1 污染物排放狀況

馮家窩鋪斷面水質控制目標為Ⅴ類，2014年水質監測結果為劣V類。進入調兵山后，由于城鎮生活污染、工業污染、畜禽養殖業污染，致使河流水質變差，2014和2015兩年連續為劣Ⅴ類水質。

污染源主要有畜禽養殖、工業點源和生活污水，畜禽養殖主要是規模化養殖，處置方式以無序排放為主，排放方式近似于面源。選取氨氮和總磷為水質指標。根據2015年數據統計，匯水范圍內的畜禽養殖氨氮年排放量77.625 t，總磷排放量54.661 t，其中皮埃西種豬擴繁場總磷排量為15.96 t，劉振新肉牛場總磷排放20.07 t。工業源排放氨氮年排放量2.5437 t。生活污水污染排放分別為調兵山城南污水處理廠氨氮年排放量2.96 t，總磷0.58 t；調兵山市污水處理廠氨氮年排放量49.41 t，總磷6.16 t。

2 污染排放與水質的響應關系

2.1 水質模型

目標河流屬于遼河一級支流，劃分后的各個河段長度較短，本方案選取河流一維穩態水質模型模擬河流水質變化，污染物在河流橫向方向上混合均勻。

式中：C'為支流或排污口等邊界匯入后稀釋濃度，mg·L-1；C0為上游來水濃度，mg·L-1；Q0為上游來水流量，m3·s-1；q 為支流或排污口等邊界的污染物排放量，kg·d-1；Cq為支流或排污口等邊界匯入濃度，mg·L-1；C為距離邊界下游x米處斷面的濃度，mg·L-1；K 降解系數，1·d-1；x 為控制斷面距離支流或排污口等邊界的距離，m；u 為河段的流速，m·s-1。

2.2 降解系數

水質模型中的參數選定是預測成功的關鍵，對于河流降解系數已有研究成果及文獻資料表明：

（1）總磷降解系數的取值小于氨氮降解系數；

（2）總磷降解系數的取值下限一般不大于0.02，保守情況下取值0.013，平原地區河流取值0.015；

（3）氨氮降解系數的取值下限一般不大于0.15，保守情況下取值0.05，平原地區河流取值0.025。

根據《全國地表水環境容量核定》、已有研究成果、水文年鑒等確定了目標區域總磷和氨氮的綜合降解系數取值范圍，并通過模型的調試驗證確定了總磷和氨氮的綜合降解系數分別取 0.015 d-1和 0.05 d-1。

3 水環境現狀模擬結果

長溝河馮家窩鋪斷面2015年氨氮超標月份為5、6月，總磷超標月份為4、5、7、9、11、12月。由于斷面流量數據僅有 4月到12月，因此模擬了2015年4月到12月的氨氮和總磷水質情況。

馮家窩鋪斷面氨氮模擬值與監測值的變化趨勢基本一致，總體上來說模擬值大于監測值，但在出現峰值的5月，則是監測值高于模擬值。分析其主要原因是在模擬過程中，計入的入河污染物是按照全年月平均計算，不能反映各月不同，除去5月的其他月份，計入量高于實際入河量；而5月則剛好相反，是實際入河量高于計入量。

圖1 氨氮模擬結果

馮家窩鋪斷面總磷模擬值與監測值的變化趨勢基本一致，總體上來說模擬值高于監測值，但是超標嚴重的1月和2月，則是監測值高于模擬值。分析原因是流入污染源為年度月平均值，與實際的入河污染物情況有一定差距。

圖2 總磷模擬結果

4 許可排放量的分配

4.1 環境容量

環境容量是在人類生存和自然生態系統不致受害的前提下，某一環境所能容納的污染物的最大負荷量。或一個生態系統在維持生命機體的再生能力、適應能力和更新能力的前提下，承受有機體數量的最大限度。狹義的水環境容量是指在保持水功能用途的前提下，在一定的水質目標下，水體對于排放其中的污染物所具有的容納能力，是滿足水質標準的最大允許污染負荷量。水環境容量反應了水體自身維持、調節水環境功能的能力，即水體的最大納污量。

長溝河水文條件有限，考核斷面（馮家窩鋪）有2015年的流量數據，但缺少1～3月的監測數據。本方案在現有數據的基礎上，采用最枯流量，并通過流量查出相應流速，見表1。

長溝河考核斷面水質目標為Ⅴ類水體，總磷目標值0.4 mg/L，氨氮目標值2 mg/L。環境容量見表2。

表2 長溝河環境容量

4.2 排放量削減

排放量的分配主要取決于環境容量和控制范圍內污染源的分布狀況。根據長溝河各類型污染源分布，氨氮和總磷農村污染源排放量所占比例較大，工業污水大部分直接排入環境，畜禽養殖屬于無處理排放，其中皮埃西種豬擴繁場和劉振新肉牛場排放的氨氮和總磷嚴重超標，畜禽糞便污染為主要污染源。因此，在分配過程中，應根據不同類型污染源進行合理分配。對于工業污水，排污企業的污水應全部進行處理。實施重點監測，對企業依法安裝在線監測設備，盡快完成污水處理設施驗收，并啟動運行。根據處理情況適度分配環境容量。方案從經濟效益、環境效益和社會效益等多方面綜合考慮。具體情況見表3。

表3 許可排放量分配表 單位：t/a

為保證馮家窩鋪斷面在上游水質較差時水質仍符合Ⅴ類水標準，所分配的排放量合計都不大于環境容量。

4.3 減排前后水質模擬

完成減排任務后的排放數據代入長溝河水質模型中，推算相對應的馮家窩鋪斷面的水質數據。結果見圖1、圖2。

圖1 氨氮削減效果

圖2 總磷削減效果

根據模擬結果，長溝河馮家窩鋪斷面除5月份存在超標風險外，其他時間水質均符合Ⅴ類水質標準。5月份水質較差的原因主要是建立模型所用數據中長溝河馮家窩鋪斷面5月份水質均超標。

5 結論

通過本方案的實施，長溝河流域內的水污染問題將得到有效控制，水生態環境得到明顯改善，優化區域內居民居住環境和生態狀況，提高飲用水安全保障水平，生態功能逐步恢復和強化，生物多樣性得到有效保護，對改善生態環境使其滿足功能區劃的要求起到十分顯著的作用。將與環境優美城鄉發展、生態文明城鄉建設互動共進，對構建和諧社會有著重要意義。通過治理，長溝河流域經濟、生態效益顯著提高，社會效益也必將成效顯著。