廣州市白云區納污能力計算及限制排污總量控制方案研究

黃遠征，趙吉國，胡 培

(1.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635；2.河口水利技術國家地方聯合工程實驗室，廣東 廣州 510635；3.廣東省水動力學應用研究重點實驗室，廣東 廣州 510635)

1 研究背景

2011年，中央一號文件“中共中央國務院關于加快水利改革發展的決定”明確提出，要實行最嚴格的水資源管理制度，建立用水總量控制、用水效率控制及水功能區限制納污“三項制度”并劃定相應的“三條紅線”。針對水功能區限制納污紅線，一號文件提出，要按照水功能區目標要求從嚴核定水域納污容量，嚴格控制入河湖排污總量。2015年4月，國務院發布《水污染防治行動計劃》(即“水十條”)，將科學保護水資源作為重要任務，并明確提出完善水資源保護考核評價體系[1]。在此基礎上，廣東省印發了《廣東省水污染防治行動計劃實施方案》，要求切實推進廣東省水污染防治工作，深入實施綠色發展戰略，開創廣東省生態文明建設新局面[2]。

水污染是廣州面臨的最為嚴重的生態環境問題之一，近70%的河涌水系遭受到不同程度的污染[3]。而白云區又是廣州市內水污染問題較為嚴重的區域。根據廣州市水務局公開文件，廣州市197條黑臭水體中，有35條位于白云區境內，數量僅次于番禺區。因此，本次選取白云區為對象，開展納污能力核定及限制排污總量控制研究，為統籌安排水資源的開發利用和保護，實現水資源和水生態系統的良性循環，保證水資源的永續利用，促進經濟社會可持續發展提供積極助力。

2 白云區區域及水質概況

白云區隸屬于廣東省廣州市，地處珠江三角洲北緣，地理坐標介于東經113°08′36″至113°34′52″、北緯23°07′03″至23°25′53″之間，全區面積約為795.79 km2。屬南亞熱帶季風氣候區，季風環流盛行，陽光充足，雨量充沛，多年平均降雨量約為1 676.16 mm。白云區境內河流眾多，主要包括流溪河流域水系、白泥河流域水系及珠江西航道水系，均屬珠江水系。因受地勢影響，河流多為東北-西南流向。

本文選取白云區140條河流及35個水庫2018年水質監測數據進行統計評價(如表1所示)。結果顯示：白云區現狀水體水質較差，140條河流中，現狀水質達Ⅲ類的1條，僅占比0.71%；現狀水質劣V類的河流數量為116條，占比為82.86%。主要超標因子為氨氮及COD。35個水庫中，現狀水質為Ⅲ類的1個，占比為2.86%；現狀水質為劣Ⅴ類的水庫數量9個，占比為25.71%。主要超標因子為氨氮。因此，結合白云區實際情況及《水域納污能力計算規程》《關于開展全國重要江河湖泊水功能區納污能力核定和分階段限排總量控制方案制定工作的通知》[4]等要求，選擇氨氮及COD作為控制因子對白云區水體納污能力進行計算。

表1 白云區水體(河流及水庫)水質評價結果

3 納污能力計算

水域納污能力是指在設計水文條件下，滿足計算水域的水質目標要求時，該水域所能容納的某種污染物的最大數量。水域納污能力是制定水功能區限排方案的重要基礎及依據，其大小是河道污染物排放量及水質保護目標之間動態關系的反應[5-7]。對于不同的水體，由于現狀水質和水質保護目標不同，采用不同的方法確定納污能力。

3.1 納污能力計算方法

1)一維衰減模型

根據白云區實際情況，采用一維衰減模型進行河流納污能力計算：

C=C0·e-Kx/u

(1)

式中C0、C(x)分別為初始斷面、控制斷面污染物濃度，mg/L；K為綜合降解系數，1/s；u為河流斷面平均流速，m/s；x為排污口下游斷面距控制斷面縱向距離，m。

為簡化計算，在一維衰減水質模型中，將河段內的多個排污口概化為一個集中的排污口，且將設置該排污口位置為河段中點處，即該集中點源的實際自凈長度為河段長的一半。若設河段長度為L，則污染物自凈長度為L/2。假定污水量與河道流量相比忽略不計，則對于下游控制斷面，其污染物濃度為：

(2)

式中W為該計算河段污染物排放量，g/s；Qr為上游來水流量，m3/s。根據控制斷面處的水質保護目標，對上式進行反解，即可求出該河段的納污能力為：

W=(CS-C0exp(-kL/u))exp(kL/2u)Qr

(3)

根據計算結果，2030年白云區河流納污能力COD為6 837.71 t/a，氨氮為248.55 t/a。

2)均勻衰減模型

選擇均勻混合模型對白云區水庫納污能力進行計算：

(4)

根據計算結果，2030年白云區水庫納污能力COD為1 227.95 t/a，氨氮為84.75 t/a。

3.2 參數率定

1)衰減系數K

衰減系數K是污染物在水體中衰減變化的速率，常與河流的水文條件、污染物特征等因素相關[8]。國家環境保護總局華南環境科學研究所研究了珠江流域氨氮及COD的衰減規律，計算得到珠江流域氨氮衰減系數介于0.03～0.30 d-1之間，COD衰減系數介于0.07～0.60 d-1之間[9]。考慮白云區現狀水體流動性較差，水體中溶解氧含量較低、底泥污染較為嚴重，水體的吸附、降解能力不足等因素，白云區氨氮綜合衰減系數取值為0.03 d，COD綜合衰減系數取值為0.07 d。

2)設計流速

根據《水域納污能力計算規程》，計算河流水域納污能力，應采用90%保證率最枯月平均流量或近10 a最枯月平均流量作為設計流量。白云區范圍內沒有控制性水文站點，因此，選用牛心嶺站、廣州蒸發站2個常規雨量站監測數據，推算得到白云區90%保證率最枯月流量。

3.3 納污能力計算結果

以白云區各水體所在的水功能區劃2030年水質目標為該水體水質目標，計算得到白云區2030年水域納污能力。2030年白云區河流水功能納污能力COD為6 837.71 t/a，氨氮為248.55 t/a；水庫水功能區納污能力COD為1 227.95 t/a，氨氮為84.75 t/a(見表2)。

表2 白云區水體納污能力 t/a

4 限制排污總量控制方案

4.1 限排總量控制原則

由水域的納污能力和污染物入河量，綜合考慮河流、水庫的水質狀況、當地技術經濟條件和經濟社會發展，確定污染物進入庫水體的最大數量，稱為污染物入河(庫)控制量[10]。本著維持并逐步改善水域水質的要求，白云區水域限制排污總量主要控制原則如下：① 當水域污染入河量小于水域納污能力時，取水域污染物入河量作為水域限排控制量；② 當水域污染物入河量大于水域納污能力時，以計算的納污能力作為水域限排控制總量。

4.2 污染物入河量分析

白云區污染源主要包括點源污染與面源污染，其中，點源污染主要來自工業廢水、城鎮集中生活污水、分散式生活退水，其主要排入對象為白云區各河流；面源污染主要包括農業徑流等，其主要排入對象為就近各水體(含河流及水庫)。根據白云區實際情況，分別從生活、工業、畜禽養殖、水產養殖、農業種植等方面，對污染物入河量進行分析計算。其中，生活污染源部分，按照城鎮污水處理率計算進入污水處理廠的污水量，并參考《全國水環境容量核定基數指南》，污水處理廠入河系數取值1.0。對于農村生活污水，考慮白云區農村生活污水處理工程設計標準不高、運行效率較低等實際情況，入河系數取值0.5；工業污染源入河系數取值1.0；畜禽養殖污染源部分，使用國家環?？偩滞扑]的排泄系數、排泄量及入河系數進行計算[11]；農業種植污染源部分，參考《全國水環境容量核定基數指南》中相關系數及《廣州市流溪河流域水功能區納污能力核定及限制排污總量控制方案》中確定的入河系數進行計算[12]。白云區污染源入河量計算結果見表3。

4.3 計算結果

在對白云區污染物入河量進行計算及分配的基礎上，結合3.3節的計算結果及4.1節相關原則，對白云區水域污染物入河(庫)控制量及削減量進行計算，結果如表4所示。

表3 白云區污染物入河量 t/a

表4 白云區污染物入河(庫)控制量及削減量 t/a

5 結論及建議

5.1 結論

1)采用一維衰減模型核算了白云區各河流的納污能力。2030年白云區河流COD納污能力為6 837.71 t/a，氨氮納污能力為2 485.5 t/a。采用均勻衰減模型核算了白云區各水庫的納污能力。2030年白云區水庫COD納污能力為1 227.95 t/a，氨氮納污能力為 84.75 t/a。

2)現狀白云區河流水質整體水質較差，劣Ⅴ類河流數量仍較多。水庫水質較河流好，但大部分也存在較大污染。從污染源入河量來看，白云區現狀入河量貢獻最大的為生活污染，生活污染對COD及氨氮的貢獻率均在65%左右；其次為工業污染和農業種植污染。

3)2030年白云區限制排污總量控制方案為：河流COD限制排污總量為6 837.71 t/a，其入河削減量需達155 968.68 t/a；氨氮納污能力為2 485.5 t/a，其入河削減量需達到2 424.30 t/a。水庫COD納污能力為1 227.95 t/a，其入庫削減量需達24.52 t/a；氨氮納污能力為84.75 t/a，其入庫削減量需達14.28 t/a。

5.2 建議

1)建立治水治污網格管理機制。在全區3 066個網格設置治水治污網格員，形成以流域為體系、網格為單元，橫向到邊、縱向到底，全覆蓋、無盲區的治水網格體系。以河長辦工作為抓手，全面加強對區域內存在污染問題的排查及整治。

2)持續加強水污染源頭整治。按照“三個一批”要求，深入開展“散亂污”場所整治；以河涌藍線范圍為界限，全面拆除沿河違法建筑物；按照“一口一策”的原則，深入實施河涌排水口整治，對每個排水口逐一溯源確定溢流原因，有針對性的進行分流、接駁；完善、壓縮站雨污分流設施和功能，確保壓縮站匯水面積內的雨水與壓縮車間垃圾污水和沖洗分流。

3)建立健全水域納污紅線管理問責體系，完善水域監測體系，并建立流域水資源保護和水污染防治協調機制，建立水域限制納污紅線管理制度。明確各街道政府作為本轄區納污紅線管理指標落實的責任主體，落實納污紅線管理作為綜合評價和相關職能部門業績考核的重要內容。