茨山河納污環境容量計算與分析

王 軍

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100）

茨山河發源于葫蘆島市東砬山，在城區西北入境，于龍港區稻池鄉入海，全長20.2 km，流域面積40.2 km2，年均徑流量865萬m3。茨山河是一條季節河，從東砬村至鐵路橋為該河的上游，只有在雨季才有部分泄洪水補入茨山河，龍灣公園截茨山河成湖。葫蘆島市曾多次對茨山河進行了綜合整治，根據2011~2014年葫蘆島市環境質量報告顯示，茨山河上游受生活污水影響，下游受工業廢水影響，全河段均為劣Ⅴ類水質，其中化學需氧量、氨氮、總磷、揮發酚4項污染物超標。由于對茨山河長期的破壞，面源污染嚴重、沿河排放口偷排現象普遍、污水處理廠配套設施老舊、工業污染問題突出等。為此茨山河水質問題亟需治理，本文采用水質模型，計算研究茨山河環境容量及控制單元入河污染源許可排放量，為實現茨山河水質目標提供技術支撐。

1 計算單元劃分

對于某個控制單元，根據計算需要可能需進一步劃分為若干個計算單元，使每個計算單元具有相對一致的水文水動力與水質特征，以便選擇適用的水環境模型。劃分時需重點關注河道形態或水動力條件發生突變處、較大的支流匯入處或河道分流處、較大的入河排放口匯入處、較大的提水工程取水點等關鍵節點。

為使每個計算單元具有相對一致的水文水動力與水質特征，以便選擇適用的水環境模型，因此根據茨山河實際情況和控制斷面的設置原則，以常規監測斷面作為節點將茨山河細化分為3個計算單元，如圖1所示，即從茨山河上游至老合臺村東監測斷面為第一個計算單元，老合臺村東斷面至茨山橋斷面為第二個計算單元，茨山橋斷面至鋅廠鐵路橋斷面為第三個計算單元。

圖1 茨山河計算單元劃分

2 水環境容量模型選擇

2.1 水質模型

根據茨山河的水文資料，2011~2014年多年平均枯水期流量0.31 m3/s，平均流速0.25 m/s，平均水深0.21 m，平均坡降2.78‰，水深較淺，因此豎向混合迅速，寬深比較小，而所考察的監測斷面之間距離較長，水流到達下一個斷面時已經完成了橫向混合。因此，可以采用忽略橫向和豎向的污染物濃度梯度，只考慮縱向即水流方向濃度變化的一維水質模型來模擬河水的水質，即采用S-P模型作為茨山河水質模型。S-P模型如下：

式中：D為虧氧量，即飽和溶解氧濃度與實際溶解氧濃度的差值，mg/L；D0為計算初始斷面虧氧量，mg/L；K2為大氣復氧系數，1/d；xc為最大氧虧點到計算初始點的距離，m。

2.2 模型參數確定

通過對河流水質模型和計算原理的研究，確定茨山河污染排放與水質響應關系數學模型后，然后對模型中各種參數進行率定。河流水質模型參數是河流水體物理、化學和生物化學動力學過程的常數，這些參數主要包括 K1、K2、K3、KN、P、R、E、D、La、u、h、b等，主要為污染物遷移變化過程中的系數和河流的水力學參數。對于污染物的遷移變化過程中的系數，由于實際條件的限制和根據研究目的的要求，不可能所有參數都實測得到，因此通過各種估算方法確定有關參數是建立水質模型中尤為關鍵的一步。而河流的水力學參數，多通過常年的水文數據資料或經驗公式估算得到。

1）污水中的虧氧量Dp（mg/L）：排放污水中飽和溶解氧濃度與實際溶解氧濃度的差值。

2）河流本底氧虧Dh（mg/L）：排放口上游河水中飽和溶解氧濃度與實際溶解氧濃度的差值。

3）河流耗氧系數K1（1/d）：河流耗氧系數K1由河流動力學特性估算，其雙曲線方程為K1=10.3Q-0.49，Q為河流流量。

4）河流復氧系數K2（1/d）：河流復氧系數K2采用歐文斯經驗式確定。

2.3 模擬效果檢驗

采用控制單元一中的污染源和老合臺村東2014年枯水期監測數據及水文水質資料對建立的水質模型進行驗證。將相關數據代入模型進行模擬，并將結果與實測值進行對照，驗證模型準確度。根據現場調研，老合臺村東斷面上游污染源為老和村生活污染源及沿岸村莊散排生活污水，其水質見表1、表2。

表1 2014年老合臺村東斷面上游污染源排污數據表

表2 2014年老合臺村東斷面枯水期水質監測數據表

采用S-P模型預測老和村生活污水排放口至老合臺村東斷面衰減后的水質，污水排放口至監測斷面距離為2000 m，預測結果見表3。

表3 2014年茨山河模擬值與實測值對照表

由表可知，模擬值與實測值吻合較好，相對誤差絕對值最大為10.53%，說明模型模擬效果較好，因此該水質模型是適合茨山河河水恒定流動狀態下的。但由于茨山河存在斷流情況，此情況下水質模型是不適用的。

3 排放量計算

3.1 允許排放量計算

運用已建立的S-P模型，以老合臺村東、茨山橋及鋅廠鐵路橋斷面水質達標為約束，按照現狀排污口位置，反算計算單元內的環境允許排放量。計算過程中選用數據為2014年，近四年數據中2014年為水質最差一年，選擇最不利條件進行計算。根據2011~2014年葫蘆島市環境質量報告書水質監測數據顯示，老合臺村東及茨山橋監測斷面揮發酚不超標，而鋅廠鐵路橋監測斷面揮發酚超標，可知揮發酚超標是由于鋅廠鐵路橋斷面上游企業排放污水導致，而該企業離鋅廠鐵路橋監測斷面距離較近，因此本階段暫不計算揮發酚允許排放量。

老合臺村東、茨山橋及鋅廠鐵路橋監測斷面功能區類別均為V類。其COD、氨氮、TP標準限值見表4。

表4 茨山河監測斷面污染物最高允許濃度

表5 2014年斷面枯水期水質監測數據表

3.2 單元內允許排放量計算

根據監測報告，計算單元一、單元二、單元三內COD、NH3-N、TP均為超標污染物，因此計算COD、NH3-N、TP的允許排放量。

通過S-P模型反算老和臺村及周邊農村、茨山橋周邊農村、鋅廠鐵路橋沿河生活污水排放污染源及沿河企業污染源的削允許排放量。

表6 計算單元內COD、NH3-N、TP允許排放量

3.3 茨山河許可排放量分配

茨山河計算單元一主要污染源為老和臺村及周邊農村散排污染源，允許排放量原則上可采用等比例分配法，將允許排放量分配至市政污水處理廠，污水收集處理后可有效減少污染物排放量。

茨山河計算單元二的主要污染源為茨山橋周邊農村散排污染源排放的生活污水及初期雨水，允許排放量原則上可采用等比例分配法，將允許排放量分配至市政污水處理廠，污水收集處理后可有效減少污染物排放量。

茨山河計算單元三的主要污染源為鋅廠鐵路橋沿河生活污水排放污染源及沿河企業污染源，允許排放量原則上可采用等比例分配法，將允許排放量分配至市政污水處理廠，污水收集處理后可有效減少污染物排放量。

4 結論

通過本文茨山河納污環境容量的計算與分析，研究結果能夠對茨山河水污染治理起到技術支撐的作用，結合對茨山河實施河道清淤、截污、生態恢復等，保證枯水期的水文連續性，增強水體納污能力，另外通過城市污水收集管網工程建設，點源污染源所排放的廢水收集到附近的污水處理廠中，杜絕排入到茨山河水體內，隨著污水系統的完善及污水處理廠的建設，將改變目前污水未經處理隨意排入河道的現象，從而使水體水質得到改善。