渭河干流下游水環境水生態預警

張春玲，周曉強，趙麗蕓

（陜西省水文水資源勘測中心,陜西 西安 710068）

1 渭河流域現狀

1.1 流域概況

渭河,是黃河的最大支流。發源于甘肅省定西市渭源縣鳥鼠山,主要流經今甘肅天水、陜西省關中平原的寶雞、咸陽、西安、渭南等地,至渭南市潼關縣匯入黃河。

渭河干流,橫跨甘肅東部和陜西中部。全長818 km,流域總面積13.5 萬km2,陜西境內河長504.4 km,流域面積67108 km2,其中渭河華縣水文站以下控制面積2.9萬km2,占總面積的21.1%。華縣至潼關段,較大支流有：羅汶河、方山河、柳葉河、長澗河、羅敷河、北洛河以及列斜溝,其中北洛河是渭河華縣下的最大的支流,年均徑流量約1 億m3。

北洛河,渭河的第二大支流,發源于陜西省定邊縣白于山,流經白水、澄城、蒲城,在大荔縣韋林鎮的倉西村匯入渭河,全長680 km,平均比降1.79‰,總落差1175 m。

1.2 水資源概況

渭河多年平均徑流量75.7 億m3,陜西境內為53.8 億m3。徑流地區分布不均,總的趨勢是自南而北減小,秦嶺、關山區高,塬區、谷地區低；西部大于東部,中游比下游徑流豐富。渭河全流域多年平均年輸沙量4.48 億t,其中渭河干流1.27億t,洛河0.84億t。泥沙主要來自渭河林家村以上,涇河張家山以上,洛河狀頭以上。泥沙主要集中在6月～9月,占全年來沙量的96%以上。

1.3 渭河干流下游水質情況

根據《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）,采用單因子評價法進行評價,渭河干流華縣至潼關入黃段水質狀況:目前渭河干流華縣以下至潼關入黃段監測有華縣、吊橋、潼關3 個水質斷面,2019 年水質類別均為Ⅲ類水質。

渭河支流水質狀況：匯入該河段的支流由西向東依次有支流羅汶河、方山河、羅敷河、北洛河、柳葉河、長澗河和列斜溝橋,根據現狀調查監測和陜西省水環境監測中心的北洛河入渭口、羅紋、羅敷堡監測的年均資料,水質具體情況見表1。

表1 渭河下游華縣至潼關入黃段2019年水質現狀

渭河干流華縣及以下主要支流中,南山支流水質大部分較好,除羅紋河、長澗河、裂斜溝外,其它河流基本水質類別基本在Ⅱ～Ⅲ類,羅紋河、長澗河、裂斜溝受支流排污的影響水質較差,水質類別劣于Ⅴ類。渭河北岸僅有北洛河1條支流匯入,北洛河水質整體尚可,全年平均水質類別Ⅲ類,偶爾也有劣Ⅴ類出現。

水功能區水質評價：根據《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）,采用單因子評價法進行評價。

渭河干流下游：渭河渭南農業用水區和渭河華陰緩沖區2019年均為Ⅲ類水質,黃河渭南、運城漁業、農業用水區2019年為Ⅱ類水質,均優于水質控制目標。

2 渭河流域下游存在問題

2.1 生態流量不足,存在不達標現象

由于上游水庫攔截致使生態流量不足,流域生產生活污染較為嚴重。致使渭河下游華縣至潼關,部分斷面水質不能穩定達標,偶有斷流現象。

2.2 生活垃圾、氮磷使用,造成面源污染

在渭河下游存在農村生活垃圾、污水和人畜糞便,化肥、農藥的大量使用,不能完全被作物吸收外,大部分殘留在土壤和水分中,然后隨農田退水和地表徑流進入水體,造成污染,對河流水質造成嚴重影響。

2.3 少數支流水質較差影響干流達標

目前渭河水質雖然逐年變好,但是其主要支流北洛河、羅紋河水質仍然較差,基本上均為Ⅴ類及劣Ⅴ類,嚴重影響了渭河的水質達標。

2.4 再生水利用不足

陜西省普遍存在再生水利用率不高的問題,西安市2019年底城市再生水利用率也僅為18.63%（含一級A標準中水補充湖池）。其原因主要是陜西省再生水利用設施和配套管網建設相對滯后,再生水管理體系不健全,再生水資源利用途徑有限。

3 水環境預警體系的建立

3.1 研究區域內排污口

根據現場踏勘情況,渭河干流華縣至潼關段沒有直接入河的排污口。區域內污染物主要通過北洛河、羅紋河、長澗河等支流排入渭河干流。

3.2 區域內支流口水量及污染物量

根據現狀調查,匯入該河段的支流由西向東依次有羅紋河、方山河、羅敷河、北洛河、柳葉河、長澗河和列斜溝橋等七條。計算各支流匯入該段的污染物貢獻量。通過面積比擬法計算出無水文資料的支流流量,2020年各支流流量、主要污染物濃度具體結果見表2。再根據公式W=QC計算出污染物入河量,2020年每月及全年污染物入河量具體見表3。

表2 2020年年均流量、主要污染物濃度

表3 納污能力計算主要參數取值表

3.3 預警指標的確定

從渭河干流主要污染狀況及現階段國家各職能部門對污染指標的控制綜合考慮,以及COD和氨氮是目前污染最普遍、最嚴重的兩項因子,確定COD和氨氮為本次預警研究的控制指標。

3.4 預警方法的確定

本次預警研究根據汛期和全年水量最小月份的不同保證率流量,計算出相應的納污能力,確定河段的限排量,提出區域內污染物入河量的閾值,以保障渭河入黃水質達到水功能區Ⅳ類目標。

3.4.1 納污能力計算

本次計算將渭河華縣以下以支流口為節點,進行了劃分,將渭河干流華縣以下劃分為8段進,在考慮支流污染物貢獻的情況下,根據《水域納污能力計算規程》（GB/T 25173-2010）,分別采用汛期及非汛期最枯月5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、90%、95%保證率下的流量計算出各河段不同水量下的納污能力,確定不同流量下的納污量限值。納污能力的計算過程充分考慮渭河沿岸支流在不同水期,不同保證率水量下污染物通量進入渭河,對渭河污染物的貢獻。主要參數取值見表4,各水文站汛期、非汛期各保證率最枯月設計流量、流速成果表5。

表4 2020年每月及全年污染物入河量 單位：t

表5 各水文站汛期、非汛期各保證率最枯月設計流量、流速成果表

續表5

3.4.2 預警模型確定

根據納污能力計算成果,建立不同水量在支流影響情況下納污能力與水量的關系。從汛期最枯月不同保證率流量與納污能力關系圖可以得出,汛期最枯月不同保證率流量與納污能力成冪關系；而非汛期最枯月不同保證率流量與納污能力成多項式關系。見圖1、圖2。

圖1 汛期最枯月不同保證率流量與COD納污能力關系圖

圖2 汛期最枯月不同保證率流量與氨氮納污能力關系圖

3.4.3 預警體系的建立

河流納污容量受到影響的因素較多,包括流量、流速、河流現狀污染物濃度、現狀區域內污染物入河量、面源污染物入河等,其中流速影響較小且主要受河道自然狀態影響難以人為控制,面源污染受降雨及區域工、農業等因素影響,且面源影響情況較為復雜難以定量控制。因此本次預警體系的主要控制因子選取上述3個控制因子。

（1）流量

按照國家及水利部對河道生態流量的要求,流量控制主要以水利部門批復渭河華縣水文站的生態流量為控制閥值。

（2）河流現狀污染物濃度

河流現狀污染物濃度,即渭河華縣斷面的COD和氨氮的含量。根據上一章納污能力計算的過程中,對于下游主要支流匯入對渭河水質的影響分析,華縣斷面的COD濃度必須控制在28.5 mg/L,氨氮濃度必須控制在1.5 mg/L,才能保證在下游主要支流現狀污染物濃度下對渭河污染物量的貢獻情況下,渭河水質達標。

（3）現狀區域內污染物入河量

渭河華縣以下污染物入河量控制指標,在綜合考慮下游區域經濟發展及渭河入黃水質達標的情況下,分別采用渭河干流華縣以下汛期及非汛期最枯月不同保證率流量情況下河流的納污能力作為控制限值。同時汛期時COD入河量的限制排污量可以通過圖1進行查詢或者采用冪函數公式：y=1035x0.7483進行計算；氨氮可以通過圖2進行查詢或者采用冪函數公式：y=68.487x0.6391進行計算。非汛期時COD入河量的限制排污量可以通過圖3進行查詢或者采用多項式公式：y=-1.7773x2+339.04x+1755.5進行計算；氨氮可以通過圖4進行查詢或者采用多項式公式：y=-0.1351 x2+22.378 x+130.4進行計算。

圖3 非汛期最枯月不同保證率流量與COD入河限制量關系圖

圖4 非汛期最枯月不同保證率流量與氨氮入河限制量關系圖

3.5 預警體系合理性分析

以2015年7月COD和氨氮監測數據進行分析驗證。2015年7月采用汛期公式計算出納污能力分別COD為1889.18 g/s,氨氮為69.2 g/s,而狀頭的貢獻量分別為COD 201.65 g/s,氨氮4.03 g/s,均小于計算結果,與實測總體吊橋斷面濃度減小的結論基本相符。

4 結論及建議

4.1 結論

（1）由于預警過程中河流長度的差異,給預警結果帶來一定影響,但預警模式與方法基本可信。

（2）納污能力計算中衰減解系數（K）的取值CODCr的K值的確定對預警結果也有一定影響。

（3）預警河段監測數據越多,預警結果越準確。

4.2 建議

4.2.1 健全管理制度，建立監測預警機制

針對渭河下游華縣至潼關段,統籌水資源開發利用節約保護全過程,提出完善水資源管理制度、加強監控能力建設。①在現狀污染物入河量未削減到水域納污能力范圍內之前,該水域原則上不得新建、擴建入河排污口。②嚴格執行《陜西省黃河流域污水綜合排放標準》（DB 61/224-2018）加大中水回用。③嚴格執行《入河排污口監督管理辦法》,對入河排污口進行綜合整治。④嚴格控制內源和面源以控制入河污染物的排放總量。結合面源綜合防治要求,提出農藥和化肥減施、農村固體廢棄物資源化利用、畜禽養殖場廢棄物處理利用、農業面源污染監測體系建設等對策措施建議。⑤嚴格控制渭河華縣至潼關的污染物排放量,在排污口、支流口設立自動監測站,充分利用現有水文站,在現有模型的基礎上,利用水資源質量評價系統建立水生態、水環境預警。

4.2.2 統籌調配多種水源，合理提高河流納污能力

渭河流域各水庫應該確保河流生態流量,保證渭河水量充沛,能夠滿足河流稀釋自凈的需要。同時分析區域供水結構、非常規水源利用潛力、外調水的需要與可能,在保障合理生態用水的前提下,按照充分利用本地地表水、適度開采地下水、加大非常規水利用、提高水循環利用水平、合理增加外調水的原則,提出優化區域供水結構、提高水資源承載能力的措施建議,增加渭河流域的水量,增大渭河流域的納污能力,促進渭河水質達標。

4.2.3 加強支流的污染防治力度

目前渭河水質雖然逐年變好,但是其主要支流北洛河、羅紋河水質仍然較差,基本上均為Ⅴ類及劣Ⅴ類,嚴重影響了渭河的水質達標。要徹底改善好渭河的水質必須對污染嚴重的支流加強治理力度。

緊緊抓住把黃河流域生態保護和高質量發展列入重大國家戰略的歷史性機遇,把渭河流域和渭河生態區生態保護和高質量發展納入黃河流域發展規劃中。在“十四五”期間,建議中央財政加大政策支持和資金投入,為渭河流域和渭河生態區建設發展提供更多的支持。推動渭河流域和渭河生態區的節水、調水、水資源配置等關鍵技術研究進程,推進流域生態治理保護和水土保持,推進調水和生態補水工程建設,加強對已建工程維修管護,改善渭河流域生態環境質量。深入挖掘渭河歷史文化淵源和文化所蘊含的時代價值,傳承、保護和創新渭河水文化。力爭把渭河打造為黃河流域重要支流治理標桿,體現渭河擔當。