沈陽市渾河水體達標分析研究

柳大團

（遼寧省清河水庫管理局有限責任公司,遼寧 鐵嶺 112003）

“十一五”以來，沈陽市圍繞生態市建設，大力開展了渾河流域水污染治理及水環境保護工作。目前，渾河干流及各主要支流河水質較2000年以前有了大幅度提升，基本形成了中有蒲河、南有渾河的城市水生態景觀格局。目前，全市水環境治理工作雖取得較大成效，但按照國家、省下達控制斷面水質達標目標要求，渾河干流及各主要支流河水質距穩定達標仍存在一定差距，其中渾河于家房、渾河支流細河于臺等斷面完成限期達標任務難度較大。基于地域和氣候等自然因素、大型城市污水集中排放、農村地區污染較難控制等實際，亟需進一步深入排查、梳理水環境質量達標關鍵問題，科學開展水污染成因解析。本文以渾河控制斷面水質達標為核心目標，分析近幾年水質狀況，識別水主要環境問題，采用水質模型進行模擬，分析確定國控斷面水體污染物來源與污染物排放控制，切實保障渾河干流及主要支流河水質達標。

1 水質分析

1.1 污染物年均濃度變化

渾河干流沈陽段水體達標控制斷面為出境斷面于家房斷面。同時，上游至下游分設東陵大橋、砂山、七臺子3個參考斷面。通過對渾河出境于家房斷面2011年～2015年逐年水質監測結果統計分析，渾河干流達標控制斷面化學需氧量、生化需氧量等污染物指標在2013年以后，年均值均可達到Ⅴ類水體標準。但氨氮、總磷2項指標較難穩定達到Ⅴ類水體標準。其中，總磷指標除2013年年均值達標外，其余年份均未達標；氨氮指標2011年～2015年均超過Ⅴ類水體標準，具體情況見圖1。

圖1 渾河干流近年主要污染物指標年均濃度變化趨勢圖

1.2 污染物逐月平均濃度變化

在12月～來年3月為冰封期，無水質監測數據，對渾河干流于家房斷面氨氮、總磷指標2011年～2015年逐月多年濃度均值進行統計分析可知，處于枯水期的4月、5月等月份水質較差，8月～10月豐水期水質趨于好轉，見圖2。可以初步判斷渾河干流水質受城市集中排污影響較大。

圖2 渾河干流主要污染物逐月5年平均濃度變化趨勢圖

1.3 各斷面污染物逐月平均濃度變化

對渾河干流沈陽段上游至下游的東陵大橋、砂山、七臺子、于家房4 個水質監控斷面的2011 年～2015 年氨氮指標逐月多年平均濃度進行統計分析，可以看出各斷面水質濃度隨季節變化較為明顯，均體現出豐水期水質好于枯水期的變化趨勢。見圖3。

圖3 渾河干流各斷面主要污染物逐月5年平均濃度變化趨勢圖

1.4 各斷面超標污染物多年平均濃度變化

對渾河干流沈陽段東陵大橋至于家房各斷面氨氮、總磷指標5 年總平均濃度進行比較分析，由圖4 可知，渾河城市段出境砂山斷面水質好于入境東陵大橋斷面水質，主要是2000 年以來，城市段通過實施污水截流、排污口封閉等措施，使河道水質凈化功能得到恢復。但細河匯入渾河后，納污負荷顯著增加，導致七臺子斷面濃度出現較大幅度反彈，水質超標倍數較高。七臺子至于家房段，無城市集中排污，水質趨于好轉。由此可以判斷，細河匯入渾河后，大幅增加渾河干流納污負荷，致使于家房出境斷面水質較難達標。

圖4 渾河干流各斷面主要超標指標多年平均濃度變化趨勢圖

2 主要水環境問題識別

影響沈陽渾河干流水質達標主要原因為主要支流河達標困難，存在問題主要為：一是污水直排問題未全部解決，細河、滿堂河、白塔堡河等重點支流河沿線仍存在大量直排污水；二是污水處理廠處理標準偏低，大型污水處理廠沿途集中排放；三是部分河流沿途工業企業排污未得到有效控制，細河沿線的開發區化工園排污直接造成水質下降、增高污染風險；四是雨污混排造成混合污水溢流；五是城鄉結合地區環境基礎設施薄弱，鄉鎮污水處理設施未能有效運行。

3 渾河水質模擬分析

3.1 水質模型

渾河干流沿線污染物排放以點源排放為主，主要超標污染物為氨氮。考慮到河流的污染特性，選擇WASP模型對渾河干流水質進行模擬，建立點源排放與河流水質之間的數學關系。WASP模型用一系列的質量平衡方程來描述水體中各種物質的遷移和轉化。WASP水質模型使用的水質組分的質量平衡方程如下[1]：

式中：C為水質組分的濃度，mg/L或g/m3；t為時間步長，d；Ux，Uy，Uz為縱向、橫向、垂向速度，m/d；Ex、Ey、Ez為縱向、橫向、垂向擴散系數，m2/d；SL項為點源和面源負荷，g/（m3·d）；SB為邊界負荷，g/（m3·d）；SK為水質組分的總轉化率，g/（m3·d）。

假定水體的垂向和橫向是均勻的，得到下面的一維水質組分運移方程：

式中：A為水體橫截面積，m3。

3.2 參數率定

利用WASP模型對渾河干流的氨氮進行模擬，建立各點源污染物排放量、支流匯流與水體污染物濃度之間的數學關系。利用東陵大橋斷面、砂山斷面和于家房斷面的水質監測數據對模型的降解參數SK進行率定和驗證，得到渾河干流各河段4月～11月的降解參數值，見表1。

表1 渾河干流降解參數SK取值表

3.3 模擬結果驗證

利用該系列參數對渾河干流砂山、七臺子、于家房三個斷面的氨氮濃度月過程進行模擬，結果見圖5，WASP模型對氨氮濃度的模擬誤差在11.12%～15.91%。七臺子斷面的模擬誤差相對較大，在砂山和于家房斷面，WASP模型基本可以反映沿河污染物點源排放和水體污染物濃度之間的作用關系。

圖5 渾河干流氨氮模擬效果

4 排污總量控制分析

4.1 國控斷面水體污染物來源分析

通過對渾河干流沈陽段沿線排污情況進行統計，基于于家房斷面水質現狀進行模擬分析，選取主要超標指標氨氮進行污染物來源解析可知，氨氮指標主要污染來源及排放負荷占比分別為：上游跨境匯入占比24.6%、污水處理廠排放占比13%、沿線點源散排污水占比1.6%、村屯垃圾等面源污染占比3.8%、污水泵站溢流占比2.7%、支流河納污占比54.3%。通過分析可知，下游細河等支流匯入造成渾河干流納污負荷增高，為影響于家房斷面水質最大因素。

4.2 污染物排放控制分析

按照近年渾河干流水質分析結果，沈陽渾河干流沿線水質達標控制斷面中，東陵大橋控制斷面為入境監控斷面；砂山斷面為城市段出境斷面，水質相對好于入境東陵大橋斷面；下游出境于家房斷面為主要達標控制斷面，受污水處理廠排水、細河匯入等因素影響，尚無法達到地表水Ⅴ類水體標準要求。

通過建立數學模型對渾河干流水質進行模擬分析，基于砂山參考斷面及于家房國控斷面達到Ⅴ類水體標準，提出以下水質達標控制總體對策：一是撫順入境須至少達到Ⅴ類水體標準；二是城市段以城市景觀水體保障為重點，控制城市市政排水口，及滿堂河、輝山明渠等支流河水質；三是下游至于家房段，以細河、蒲河水質達標為重點，兼顧沈水灣、南部等污水處理廠達標排放。見表2。

表2 渾河干流污染控制目標

5 結論

通過沈陽市渾河水體達標分析研究，最終提出的渾河干流污染控制目標能夠保證渾河水體達標的要求，但計算出來的理論值是一個理想目標，實際運行可能會出現低于目標值。對于上述的狀況還需要加強各種治理保護及管理措施力度，同時也需要水利、環保、農委、公安等多部門的聯合行動，才能使沈陽渾河段水質長期穩定達標。