水泊渡水庫水環境容量計算及水污染物排放量預測研究

摘要：本文以黔北地區的水泊渡水庫為例，對其水環境容量進行計算，并預測到2025年水庫流域范圍內的污染物入河量，分析該水源地能否達到水質相關要求。預測結果顯示，到2025年，水泊渡水庫接納COD及NH3-N的水環境容量均有剩余，但TN和TP入庫量都已超過環境容量。

關鍵詞：水泊渡水庫;水環境容量;污染物排放量;預測與分析

中圖分類號：X11 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）09-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.09.072

Study on calculation of water environmental capacity and prediction of water pollutants emission of Shuipodu Reservoir

Shang Zhengsong1，2

（1.Guizhou Institute of Environmental Science and Design，Guiyang Guizhou 550081，China;

2.Guizhou Key Laboratory of Water Pollution Control and Resource Reuse，Guiyang Guizhou 550081，China）

Abstract：Taking Shuipudu Reservoir in northern Guizhou as an example， this paper calculates its water environmental capacity， predicts the amount of pollutants entering the river basin in 2025， and analyses whether the water source can meet the water quality requirements. The prediction results show that by 2025， the water environmental capacity of Shuipodu Reservoir to accept COD and NH3-N is surplus， but the TN and TP inflows have exceeded the environmental capacity.

Keywords：Shuipodu Reservoir;Water environmental capacity; Pollutant discharge; Prediction and analysis

自20世紀中葉以來，我國學術界就開始了環境容量的研究工作，用水環境容量來指導流域污染源總量控制、流域水質目標管理、江河湖泊水功能區劃以及流域資源優化配置，是一個側重于宏觀指導且行之有效的管理科學技術方法[1]。

水泊渡水庫位于遵義市播州區，處于烏江一級支流偏巖河的支流樂民河流域范圍內，于2005 年建成蓄水，壩高68.8m，水位高程848m，庫容5510m3，興利庫容4570萬m3，回水長度10.9km[2]。為更好的保護好寶貴的水資源，水泊渡水庫集中式飲用水水源地保護區最初于2007年劃定，后經2018年由貴州省人民政府批準對原有保護區進行調整，以適應新形勢下的環境保護需要。調整后將整個水庫流域范圍納入保護區，分為一級、二級和準保護區，調整后保護區面積共224.8400km2，其中一級保護區面積9.6164km2，二級保護區面積50.5721km2，準保護區面積164.6515km2。

水泊渡水庫的設計使用功能為播州區城區生活飲用水和遵義中心城區備用水源[3]，水泊渡水庫一期工程為城市供水1670萬m3/年，是遵義市播州區的重要飲用水源，對水庫的污染狀況及未來變化趨勢進行研究，對保障播州區人口飲水安全及區域經濟發展具有重要意義。本文將對水泊渡水庫的水環境容量及未來污染源排放量進行預測研究，并初步提出污染防治措施供相關行政部門參考。

1 水泊渡水庫水質現狀

按照2017年水泊渡水庫的水質監測數據，根據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）的水質標準，對水泊渡水庫的21項指標進行評價，2017年，水泊渡水庫能達到Ⅲ類水質要求;根據《2018年遵義市生態環境狀況公報》，水泊渡水庫的水質達標率為100%。

2 水泊渡水庫水環境容量計算

水泊渡水庫為湖庫型水源地，以年為時間尺度來研究湖泊、水庫的富營養化過程時，往往可以把水庫看作一個完全混合反應器，故選取零維模型對水泊渡水庫的COD、NH3-N、TN和TP進行計算分析。

2.1 有機物的水環境容量計算模型

本文采用沃倫韋德（R.A.Vollenweider）模型計算水泊渡水庫庫區COD、NH3-N的水環境容量：

式中，V：水庫中水的體積（m3）;

Q：平衡時流入與流出水庫的流量（m3/a）;

CE：流入水庫的水量中水質組分濃度（g/ m3）;

C：水庫中水質組分濃度（g/ m3）;

Sc：如非點源一類的外部源和匯（m3）;

γ（c）：水質組分在水庫中的反應速率。

上式為零維的水質組分的基本方程。如果反應器中只有反應過程，則Sc=0，則公式變為：

當所考慮的水質組分在反應器內的反應符合一級反應動力學，而且是衰減反應時，則：

γ（c）=-KC

公式又變為以下形式：

K是一級反應速率常數（1/d）。當反應器處于穩定狀態時，dC/dt=0，可得到下式：

當C為水庫功能區要求濃度標準Cs時，則上式變為：

Wc=31.54*（QCs+KCsV/86400）

式中：Wc：水環境容量，t/a;

V：水庫中水的體積（m3）;

Q：平衡時流入與流出水庫的流量（m3/s）;

K：是一級反應速率常數（1/d），根據水庫各斷面的實測水質濃度值，進行數值模擬，試算并調整降解系數達到總體最優時，即為所求的參數。

在水庫中，對于難氧化的污染物，K值一般在0.01～0.03/d，本文選取COD、氨氮降解系數分別為0.01/d、0.01/d。

2.2 總氮、總磷的水環境容量模型

本文對總氮、總磷水環境容量計算采用狄龍（Dillon）模型。

式中，W為水庫總氮或總磷的水環境容量，t/a;

A為水庫水面面積，m2;

R為水庫總氮或總磷滯留系數，無量綱;

Cs為水庫中污染物的水質標準，mg/L;

q為水庫出庫水量，m3/a。

2.3 水環境容量計算結果

通過收集水泊渡水庫的水文資料，以地表水III類標準水質計算水泊渡水庫的水環境容量。結算結果表明，水泊渡水庫的COD、NH3-N、TN和TP的水環境容量分別為5227.06t/a、261.35t/a、147.02t/a和7.35t/a。

3 污染源排放量預測（2025年）

本文將以2017年水泊渡水庫流域范圍內的各種來源污染物排放量為基礎，利用特定的計算方法，預測到2025年，流域范圍內的工業源、生活源、畜禽養殖污染源及種植業污染物源的COD、NH3-N、TN和TP的排放量。

3.1 工業廢水污染物排放量預測

經調查，水泊渡水庫流域范圍內有6家工業企業，其中5家企業的工業廢水經過處理后循環利用，1家企業未在流域范圍內設排污口，6家企業均不在流域范圍內排放工業廢水。隨著政府相關部門對集中式飲用水水源地監管的加強，預計到2025年，水泊渡水庫流域范圍內仍將杜絕工業廢水污染物排放。

3.2 生活污染物排放量預測

經統計，水泊渡水庫流域范圍內常住人口共244個村民組，13949戶52953人。根據《遵義市國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》，“十三五”期間，人口自然增長率為7.6‰，“十四五”期間參照此增長率，以此為農村未來人口增長規模。采用排污系數法對農村生活污染排放負荷進行預測，按照《第一次全國污染源普查城鎮生活源產排污系數手冊》中排污系數，人均COD、NH3-N、TN和TP的排污系數分別為16.4g/（d·人）、4g/（d·人）、5g/（d·人）和0.44g/（d·人）。經計算，預計到2025年，水泊渡水庫流域范圍內的生活源COD、NH3-N、TN和TP排放量分別為280.04t/a、64.50t/a、80.11t/a和6.90t/a。

3.3 畜禽養殖污染物排放量預測

水泊渡水庫流域范圍內畜禽養殖主要以散養為主，包擴生豬、肉牛、蛋雞和肉雞。根據遵義市統計局發布的《2017年全市畜牧業發展情況報告》，2017年全市生豬出欄量增長率為3.8%，肉牛出欄量增長率為7.7%，蛋雞、肉雞的存（出）欄量增長率為6.7%。以此預測到2025年流域范圍內畜禽養殖量。

根據《第一次全國污染源普查畜禽養殖產排污系數手冊》中產污系數確定的公式，得出各類畜禽污染物的產污系數，詳見表1。

經計算，預計到2025年，水泊渡水庫流域范圍內的畜禽養殖污染源COD、NH3-N、TN和TP排放量分別為2699.52t/a、18.10t/a、114.88t/a和6.34t/a。

3.4 種植業污染物排放量預測

根據《全國地表水環境容量核定和總量分配工作方案》附錄將所有農田折算成標準農田，計算出農田的徑流污染物排放量。標準農田源強系數為COD10kg/（畝·a）、NH3-N2kg/（畝·a）、TN2.3kg/（畝·a）、TP0.12kg/（畝·a）。根據水泊渡水庫流域范圍內的農田類型、土壤類型、化肥施用量及降水量進行修正，計算種植業污染物排放量。

經統計，水泊渡水庫流域范圍內耕地面積共174628.5畝。由于耕地面積在短期內不會有明顯的變化，故以此面積作為2025年的基礎數據，計算種植業污染物排放量。經計算，預計到2025年，水泊渡水庫流域范圍內的種植業污染源COD、NH3-N、TN和TP排放量分別為1746.29t/a、349.26t/a、401.65t/a和20.96t/a。

3.5 污染物入河量預測

污染源排放的污染物進入水體的數量有眾多影響因素，情況十分復雜，區域差異很大。根據《全國水環境容量核算指南》中提供的技術參數，結合水源保護區的實際情況，確定各污染源入河系數。經計算，預計到2025年，水泊渡水庫流域范圍內COD、NH3-N、TN和TP入河量分別為1119.80t/a、212.30t/a、159.49t/a和8.94t/a。詳見表2。

4 水環境容量利用情況預測

根據2025年水泊渡水庫流域范圍內污染物入河量預測結果，結合水庫的水環境容量，對其水環境容量的利用情況進行分析。預計到2025年，水泊渡水庫的COD及NH3-N的水環境容量均有剩余，但TN和TP入庫量都已超過環境容量，水庫流域范圍內生態治理迫在眉睫。詳見表3。

5 污染防治措施

5.1 建立流域生態環境保護長效機制

成立長期性的飲用水水源地生態環境保護領導機構，對保護區內保護工作統一管理，統一協調，統一規劃。各相關單位和工作組明確目標，落實責任，全面落實各項措施，推動水泊渡水庫集中式飲用水水源地生態保護工作深入開展。

5.2 產業發展引導

根據生態環境目標，設置嚴格的產業準入門檻。為減少農業生產面源對水質的影響，加強產業引導，發展有機農業和旅游業，努力引導當地農村居民改種適合當地情況山地作物，減少農業生產面源對庫區水質的影響。對飲用水水源地流域涵養區及周邊在林業生態建設和林業產業發展上給予政策、項目、資金的傾斜，支持林區進行產業結構調整。

5.3 加大農村環境綜合整治力度

應結合播州區新農村建設、生態創建、鄉村振興、四在農家、美麗鄉村等工作部署，積極申請中央、省級農村環境綜合整治項目資金，對水泊渡水庫流域范圍內村寨所有生活污水、生活垃圾進行收集、處理和管理。

5.4 加強水源地規范化建設

由于水泊渡水庫的飲用水水源地保護區重新劃定，應按照省政府的批復文件重新開展飲用水水源地保護區標志標準化建設。按照《飲用水源地保護區標志技術要求》（HJ/T433-2008）技術要求設立界標、道路警示牌和宣傳牌。按照《集中式飲用水水源地規范化建設環境保護技術要求》（HJ773-2015）技術要求對一級保護區周邊人類活動頻繁區域設置隔離防護設施。

5.5 建設水源地環境監控體系

為了建立有效預警監控體系，保障飲用水水質安全，在水泊渡水庫主要入庫支流的二級保護區與準保護區交界點上設置自動水質預警監控斷面，并實時與生態環境部門聯網。

5.6 加大環境保護宣傳力度

深入開展飲用水水源地環境保護宣傳教育。引導居民和游客自覺保護環境，養成文明的生產、消費及生活方式。全面提高全社會對水泊渡水庫生態環境保護與治理全局觀念，加強水源地管理執法力度，對破壞水源地生態環境的行為給予必要的處罰。

6 結語

本文以黔北地區的水泊渡水庫為例，對其水環境容量進行計算，并預測到2025年水庫流域范圍內的污染物入河量，分析該水源地能否達到水質相關要求。預測結果顯示，到2025年，水泊渡水庫接納的TN和TP已經超過了水環境容量，建議在現有排放量的基礎上，采取措施削減TN和TP的排放量，著重對污染物排放量較大的種植業進行治理。

參考文獻

[1]楊國錄，陸晶，駱文廣，等.水環境容量研究共識問題探討[J].華北水利水電大學學報（自然科學版），2018，39（4）：01-06.

[2]白杰，吳昊，戴楠.淺談遵義水泊渡水庫防洪搶險應急預案編制[J].黑龍江水利科學，2018，46（8）：79-81.

[3]劉昌文.遵義水泊渡庫區飲用水源錳超標原因分析及對策措施[J].環境與發展，2018，30（09）：20-21.

收稿日期：2019-07-12

作者簡介：商正松（1984-），男，工程師，研究方向為水污染防治。