入河排污口設置論證中有支流匯入時污染物擴散情況分析

蔡惠軍，侯 珺

（長江上游水文水資源勘測局,四川 宜賓 644007）

1 引言

依照長江流域綜合利用規(guī)劃和水資源保護規(guī)劃的要求,遵循合理開發(fā)、節(jié)約使用、有效保護原則,分析排污口相關資料,論證排污口設置對水功能區(qū)水質、水生生物和第三者權益的影響,及區(qū)域污染物削減措施效果；根據(jù)受納水體納污能力,排污總量控制、水生態(tài)保護等要求,對排污口設置合理性進行分析論證,優(yōu)化排污口設置方案,并提出相應水資源保護措施。

2 論證范圍

論證范圍為受排污口影響的主要水域和影響范圍內(nèi)的第三方取、用水戶。

論證工作基本單元為水功能區(qū),其中,排污口所在水功能區(qū)和可能受到影響的周邊水功能區(qū),為論證重點區(qū)域；涉及魚類產(chǎn)卵水域等生態(tài)敏感點的,論證范圍可不限于上述水功能區(qū)。未劃分水功能區(qū)的水域,影響范圍內(nèi)的水域均需納入論證范圍。

3 分析方法

3.1 排污方式

排污口排污量較大時,應單獨劃分處理。

其他排污口,可適當簡化。

（1）若排污口間距較近,可將多個排污口簡化為一個。

概化后排污口位置的計算：

式中：X集為簡化排污口到功能區(qū)下斷面或控制斷面的距離；Qi為第i個排污口（或支流匯入口）的水量；xi為第i個排污口（或支流匯入口）到功能區(qū)下斷面的距離；Ci為第i個排污口（或支流匯入口）的污染物濃度。

（2）間距較遠且排污量相對小的分散排污口,可作為非點源污染,僅對水質本底值造成影響,不納入排污口優(yōu)化分配計算。

3.2 數(shù)學分析模型的建立

污染物以岸邊排放方式進入水體后,沿豎直、水平和垂直方向輸移擴散,在近岸水域形成一定寬度污染帶。在寬深比較大的江流中,垂向擴散時間較短,濃度分布均勻。

一般參照《水域納污能力計算規(guī)程》中河流模型對污染物的影響范圍,采用零維或一維水質模型計算。

論證河段劃分為3種：Q≥150 m3/s的為大型河段；15 m3/s＜Q＜150 m3/s的為中型河段；Q≤15 m3/s的為小型河段。

3.2.1 河流零維模型

（1）適用條件

零維模式也稱完全混合模式,通常只考慮濃度達穩(wěn)定后的穩(wěn)態(tài)解。常用于河流模擬中單元內(nèi)部計算,不單獨使用。

（2）采用公式

1）混勻濃度計算采用下列公式：

式中：Co為污染物混勻濃度,mg/L；Qp為廢污水污染物濃度,mg/L；CQ為初始斷面污染物濃度,mg/L；Qp為廢污水排放流量,m3/s；Q為初始斷面入流流量,m3/s。

2）混勻長度計算公式：

式中：L為達到充分混合斷面長度,m；B為河流寬度,m；a為排放口到近水岸邊的距離,m；本項目a=0。H為平均水深,m；u為河流平均流速,m/s；g為重力加速度,9.8 m/s3；I為河流底坡,‰。

3.2.2 河流一維模型

（1）適用條件

一維模型用于均勻穩(wěn)定流場單點源排放計算。若源強恒定,可得一個穩(wěn)定解；若源強為瞬時排放,或以恒定速度排放一個時段,可得不同時刻的動態(tài)分布解。若源強為不均勻持續(xù)排放,或不同河段降解系數(shù)不同,則須使用數(shù)值解。

（2）采用公式

若不考慮彌散作用（如S-P模型）,則：

式中：x/ux可簡化為t,即河水流到x處所需時間；x為預測點到排放口距離,m；c為預測點（x）處污染物濃度,mg/L；c0為排放口處污水、河水混勻后污染物濃度（不含本底值）,mg/L；ux為河流流速,m/s；Mx為河流縱向混合（彌散）系數(shù),m2/s；ch為河流中污染物本底濃度,mg/L；K為河流中污染物降解速率,1/d。

上式中,未疊加河流本底濃度。若需考慮本底濃度,則按不擴散、只降解原則,將與以上計算結果疊加。

3.3 計算條件和參數(shù)

（1）水文條件

河道中的水質問題常出現(xiàn)在枯水季節(jié)。當前,國內(nèi)外通常采用枯水期90%保證率最小月平均流量或近10 年河流最枯月平均流量作為設計流量。若論證河段內(nèi)有水利工程控制,可用水利工程最小下泄流量或河道內(nèi)生態(tài)基流作為設計流量。

（2）綜合降解系數(shù)K的取值

污染物綜合降解系數(shù)確定方法有：分析借用法、實測法、經(jīng)驗公式法等。

本文實例分析中采用分析借用法來確定K值。

分析借用法是分析借用計算水域過往工作和研究中的相關資料。無資料時,可采用鄰近河流的水文氣象特征、污染物狀況及地理等相似資料。

（3）本底濃度

參考上游水環(huán)境功能區(qū)標準進行取值,以對應國家環(huán)境質量標準上限值為本底濃度。對于跨界水環(huán)境功能區(qū)的本底濃度界定,需同時結合國家和?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）政府部門規(guī)定的出、入境斷面水質濃度限值。

3.4 有較大支流匯入時分析方法

根據(jù)《水域納污能力計算規(guī)程》,有較大支流匯入時,以匯入斷面為節(jié)點,將支流概化為獨立排污口,分段計算納污能力,不納入排污口優(yōu)化分配。

如河段內(nèi)無其他取排口且僅有一條較大支流匯入,可將河段分為2 段,3 個節(jié)點,依次為1、2、3,見圖1。由于支流匯入,不同河段應根據(jù)實際情況采用零維和一維模型計算。

圖1 有支流匯入的河段示意圖

在河段2 內(nèi)進行計算時,污染物排放流量為上游河段設計流量；污染物排放濃度為支流匯合口斷面處的污染物濃度與上游河段污染物擴散到節(jié)點2 處濃度的疊加。

圖中：Cp為排放廢污水污染物濃度, mg/L;Qp為廢污水排放流量, m3/s ;CQ1為起始斷面污染物濃度, mg/L;Q1為起始斷面入流流量, m3/s；L1為河段1 內(nèi)污染物混勻長度,m；C01為河段1 內(nèi)污染物混勻濃度,mg/L;Q1-1為節(jié)點1 處河流流量,即河段1 的設計流量,m3/s;CQ2為入節(jié)點2 處污染物濃度,mg/L;Q2為入節(jié)點2 處河流流量, m3/s；CQ支為支流匯合口處斷面的污染物濃度,mg/L;Q支為支流匯合口出斷面入流流量,即支流設計流量,m3/s；Q3為出節(jié)點2 處河流流量,即河段2 的河流流量,m3/s；CQ3為出節(jié)點2 處污染物濃度,mg/L;L2為河段2 的污染物混勻長度,m；C02文河段2 內(nèi)污染物混勻濃度,mg/L;C3為節(jié)點3 處污染物濃度,mg/L;K1、K2分別為河段1、河段2 的污染物綜合衰減系數(shù),d-1。

分析可知：

（1）節(jié)點1 處河流設計流量為初始斷面入流流量與廢污水排放流量的疊加,即Q1-1=Q2=Qp+Q1；

（2）節(jié)點2 處出流流量為節(jié)點2 處入流流量（河段1 的設計流量）與支流匯合口斷面處支流設計流量的疊加,即Q3=Q2+Q支；

（3）C01、C02、L1、L2均可通過零維模型計算；

（4）CQ2、C3可由一維模型計算。

3.5 實例分析

以四川騰龍酒業(yè)釀造有限公司（籟棚廠區(qū)）排污口設置論證為例,在不考慮河段本底濃度基礎上,以CODcr、NH3-N、TP為指標,分析有支流匯入時污染物的擴散情況。

廠區(qū)排污口位于長江一級支流南廣河上,為已建工業(yè)排污口,排放方式為連續(xù)排放。排污口下游約2.2 km有宋江河匯入,見圖2,論證河段長10.9 km。

圖2 論證河段示意圖

3.5.1 參數(shù)的選取

（1）水文特性

1）論證河段南廣河、宋江河的多年平均流量均小于150 m3/s,可看作中小型河段。

2）河段內(nèi)河道糙率取值0.045；河段內(nèi)平均比降分別為0.733‰、0.532‰。

3） 河段1 的Q1為6.5 m3/s ；廠區(qū)廢水排放流量為0.023 m3/s,僅為Q1的0.35%,可忽略不計,即河段1 的Q2采用初始斷面入流流量6.5 m3/s。

4）宋江河匯合口斷面處入流流量為0.6 m3/s,即河段2的Q3為7.1 m3/s。

（2）K的取值

對各河段COD、氨氮資料進行分析,得到K與河段流域的經(jīng)驗關系為：KCOD=0.050+0.68、KNH3-N=0.061+0.551。

KTP的取值根據(jù)《長江宜賓段總磷的遷移轉化特征分析》,選取水利特性、污染狀況以及地形地貌相似河段作為參考。

最終確定論證河段K的取值見表1。

表1 渭河中游城市段堤防防洪標準及設計參數(shù)表

（3）本底濃度的取值

論證河段所在水功能區(qū)為南廣河珙縣、宜賓保留區(qū),水質目標為Ⅲ類。

河段初始入流斷面污染物濃度分別為：CODcr為9.8 mg/L、NH3-N為0.28 mg/L、TP為0.03 mg/L。

綜上,論證河段本底濃度取值為初始斷面污染物濃度值。

（4）排污方式的選取

宋江河匯合口距廠區(qū)排污口約2.2 km,且宋江河多年平均流量為9.53 m3/s,可將宋江河概化為獨立排污口,不納入排污口優(yōu)化分配計算。

3.5.2 計算結果

（1）污染物混均濃度及長度預測

根據(jù)廢水排放強度和相關參數(shù),采用河流零維模型計算,結果見表2。

表2 各河段污染物混均濃度及長度

經(jīng)零維模型計算分析,同一河段污染物混合長度是一致的,污染物混勻濃度均能滿足所在河段水功能區(qū)水質目標值。

（2）各節(jié)點處污染物濃度及流量

表3 論證河段內(nèi)各節(jié)點污染物濃度及對應流量

經(jīng)一維模型計算分析可知,在河段1 內(nèi),入河污染物濃度基本可降解至本底值；但有較大支流匯入時,TP在節(jié)點3處剛好降解至本底值,污染物擴散距離較大,影響河流水質。

4 結論與建議

4.1 結論

（1）入河排污口設置論證是應對排污口設置混亂、布設不合理以及污染物不達標排放等問題的有效途徑,是論證入河排污口設置可行性、合理性的重要依據(jù)。

（2）本文分析了有較大支流匯入時,應根據(jù)支流匯合口與排污口的間距以及匯合口斷面處污染物量,選取不同的方式進行概化。若將論證河段分為2 段時,在河段2 內(nèi)進污染物排放流量為上游河段的設計流量；污染物的排放濃度為支流匯合口斷面處的污染物濃度與上游河段污染物擴散到節(jié)點2處的濃度的疊加。

（3）經(jīng)零維模型計算分析可知,相同河段的污染物混合長度是一致的。

（4）經(jīng)一維模型計算分析可知,在河段1 內(nèi),入河污染物的濃度基本可以降解到本底值；但有較大支流匯入時,TP在節(jié)點3 處（10.9 km）剛好降解到本底值。不考慮支流匯入時,TP的擴散距離為8.5 km,小于有支流匯入時的擴散距離。

4.2 建議

（1）在進行入河排污口設置論證時,我們應根據(jù)《入河排污口監(jiān)督管理辦法》相關技術標準與規(guī)范、規(guī)程,嚴格按照論證基本程序進行,實事求是。

（2）入河排污口的設置在滿足河段水功能區(qū)納污能力或水環(huán)境容量的前提下,應盡量避免有支流匯入或其他取排口的河段。

（3）為保護水環(huán)境、保障水資源,建議在今后的入河排污口設置時,提高污染物的排放標準。