黔中水利樞紐一期工程平寨水庫庫區水污染納污能力研究

李 杰

（貴州省水旱災害防御中心,貴州 貴陽 550002）

通過黔中水利樞紐一期工程平寨水庫流域范圍內污染源調查、水環境現狀分析,建立平寨水庫水文水動力、水環境模型,數值模擬平寨水庫水質變化情況,科學測算在保證水環境安全的情況下能夠承納污染物的能力,并通過源頭預防、早期介入,以期為黔中城市群供水和水環境安全提供科學依據。

1 工程概況

貴州省黔中水利樞紐工程平寨水庫工程是以城鎮供水、農業灌溉為主,兼顧發電等綜合利用的大（一）型水利工程,位于三岔河中游六枝與織金交界的平寨河段,壩址以上集水面積為3492 km2,占三岔河總集水面積的48.1%,河長166 km,平均比降5.66‰。大壩死水位1305 m,正常蓄水位1331 m。水庫總庫容108900 萬m3,興利庫容44800 萬m3,設計供水量60760 萬m3。

2 平寨庫區污染源現狀

平寨水庫庫區水源地保護區范圍較大,涉及到六枝特區牛場鄉、織金縣雞場鄉、納雍縣百興鎮、曙光鎮、張家灣鎮、陽長鎮,還涉及水城縣比德鎮、化樂鄉,污染源主要來自城鎮生活污水與煤礦廢污水污染,污染物主要變現為化學需氧量、氨氮、鐵、錳等。

2.1 城鎮生活污水污染

平寨水庫水源保護區內主要鄉鎮有六枝特區牛場鄉,織金縣雞場鄉,納雍縣百興鎮、曙光鎮、陽長鎮,水城縣比德鎮；其中陽長鎮、百興鎮污水處理廠已建成,但運行效果差,未有效收集處理集鎮生活污水；其他4 個鄉鎮尚未建設污水處理設施,污水直排入河,影響平寨水庫水質安全。

2.2 煤礦等工業廢污水污染

平寨水庫水源保護區范圍內現有生產礦井6 座,分別為曙光鎮王家營煤礦,位于曙光鎮八一村；陽長鎮比德煤礦、東聯煤礦,分別位于陽長鎮堰塘村、濫木橋村；比德騰慶煤礦、三岔溝煤礦、河壩煤礦,分別位于比德鎮比德村、水庫村與大寨村；以上各煤礦均位于平寨水庫準保護區內。

距離平寨水庫最近的工業為六枝特區牛場鄉煤層氣開采項目,該項目位于牛場鄉黃坪村（平寨水庫水源地準保護區內）,開采項目規模為1000 萬m3/a,目前處于試運行期,項目廢污水量約為20 m3/d,廢污水量較小。

2.3 農村生活污染

目前,平寨水庫水源地一級保護區范圍內仍有居民居住,生活產生的污染物均進入平寨水庫,對水源地水質造成一定程度的影響。同時,由于居民點的存在,平寨水庫一級保護區不能實現全范圍封閉,對水源地的保護造成制約。在平寨水庫水源地保護區范圍內,93 個行政村均未建設農村生活污水收集處理設施,農村生活污水直排現象普遍存在；水源保護區內織金縣、納雍縣農村生活垃圾已收集并轉運,六枝特區、水城縣未對村寨布置較為完善的生活垃圾收運系統,大部分村寨生活垃圾仍隨意堆棄。

2.4 禽畜養殖污染

平寨水庫水源地保護區范圍內分布有畜禽養殖場17 家,全部分布在準保護區范圍內。各類規模畜禽養殖場、畜禽養殖散戶,由于配套收集處理設施不足,畜禽糞便資源化、無害化處理水平低,存在水環境污染風險。

2.5 農業面源污染

平寨水庫飲用水水源地保護區范圍內分布有大量耕地,農業種植的農藥、化肥使用,遇雨水沖刷,極易將大量污染物帶入河道,造成水體污染。

3 納污能力分析

平寨水庫屬于水質非均勻混合的大型水庫,庫區污染源輸入主要來源于上游流域內的工業企業、城鎮生活污染物隨三岔河干支流輸入三岔河庫區,當污染物進入水庫后,污染物不會僅出現在排污口附近水域,而是隨著水庫的水動力條件改變后發生降解作用,并最終通過壩址斷面輸送至下游河段。采用MIKE21 研究建立的平寨水庫二維水質水動力模型,根據豐水期、平水期、枯水期3 種工況,開展庫區的針對COD、氨氮、總磷等主要污染物水質計算平寨水庫運行后納污能力。

3.1 模型構建

3.1.1 計算區域及網格劃分

計算區域范圍采用死水位1305 m 以下約2.08 km2不考慮初始流場,初始水質條件按照水功能區目標水質給定,采用1∶5 萬的地形圖、部分河段采用1∶1 萬的地形圖進行水下地形高程提取,劃分為4043 個三角網格,計算區域地形圖見圖1。

圖1 計算區域地形格網圖

3.1.2 模型參數選取

數學模型采用MIKE21 水深平均的平面二維水質模型,根據平寨水庫水文、水質現狀模擬和COD、NH3-N、TP 各水質參數的降解系數率定情況,參考《全國水環境容量核定技術指南》（中國環境規劃院,2003年9 月）、《三峽水庫蓄水前后干流水質特征與變化趨勢研究》、《水體富營養化數學模擬的研究》等相關資料,確定各水質要素降解系數取值見表1。

表1 各水質要素降解系數取值表 K（20℃） 單位：d-1

3.2 納污能力計算

通過對庫區劃分的4043 個三角網格進行分布式計算,即將庫區劃分為4043 個小型水體,針對每個小型水體采用《水域納污能力計算規程》（GB/T 25173-2010）中“湖庫均勻混合模型”進行計算。

同時,從平寨水庫壩址以上整體流域考慮,將壩址斷面過流的的納污能力也進行考慮,對平寨水庫納污能力計算模型進行優如下：式中：M 為水域納污總量,t/a；CS為水質目標濃度值,mg/L,一級保護區范圍內為Ⅱ類水質標準,二級保護區及準保護區為Ⅲ類水質標準；Ci為設計條件下i 網格模擬濃度值,mg/L；Vi為設計條件下i 網格的水庫容積；Q 為壩址流量。

3.2.1 工況1（枯水期）納污能力計算

設計工況1（枯水期）條件下,計算平寨水庫的納污能力：COD 為23799.68 t/a, NH3-N 為775.15 t/a, TP 為66.33 t/a,各污染物指標納污能力空間分布規律主要為庫灣和庫尾部分的納污能力較小,而庫中、干田河、白水河匯口的納污能力較大,見圖2～圖4。

圖2 枯水期納污能力分布圖（COD）

圖3 枯水期納污能力分布圖（NH3-N）

圖4 枯水期納污能力分布圖（TP）

3.2.2 工況2（平水期）納污能力計算

設計工況2（平水期）條件下,計算平寨水庫的納污能力為COD33338.61 t/a, NH3-N1068.89 t/a, TP 為89.79 t/a,各污染物指標納污能力空間分布規律主要為庫灣和庫尾部分的納污能力較小,而庫中、干田河、白水河匯口的納污能力較大,見圖5～圖7。

圖5 平水期納污能力分布圖（COD）

圖6 平水期納污能力分布圖（NH3-N）

圖7 平水期納污能力分布圖（TP）

3.2.3 工況3（豐水期）納污能力計算

設計工況3（豐水期）條件下,計算平寨水庫的納污能力：COD 為42496.6 t/a, NH3-N 為1363.09 t/a, TP 為114.57 t/a,各污染物指標納污能力空間分布規律主要為庫灣和庫尾部分的納污能力較小,而庫中、干田河、白水河匯口的納污能力較大,見圖8～圖10。

圖8 豐水期納污能力分布圖（COD）

圖9 豐水期納污能力分布圖（NH3-N）

圖10 豐水期納污能力分布圖（TP）

3.3 平寨水庫納污能力分析

根據納污能力計算成果表明工況1（枯水期）條件下,平寨水庫納污能力最小,COD、NH3-N、TP 分別為23799.68 t/a、775.15 t/a、66.33 t/a,工況3（豐水期）條件下,平寨水庫納污能力最大。

4 控制單元納污能力分配

納污能力分配是水污染控制總量的核心,在分配中應充分體現公平和效率的原則,同時兼顧環境治理激勵[1]。通過建立流域納污能力分配模型,計算出對平寨水庫流域各控制單元的納污能力分配方案進行優化,結果見表2。

表2 各流域控制單元納污能力優化分配方案 單位：t/a

由此可見,三岔河上游控制單元、阿勒河控制單元、平寨庫區控制單元主要來源是農業農村面源,水城河控制單元主要來源是城鎮生活[2]。

5 水污染管理的方向

通過平寨水庫二維水質水動力模型和流域納污能力分配模型的計算,水庫運行管理單位可以通對各控制單元的納污能力的優化分配,可以更加充分地利用平寨水庫的納污能力。

水污染治理是一個系統性的工程,還得大力根據政府治理,比如：加大城鎮生活污水治理、積極推進工業固體廢棄物綜合利用、加快農村環境綜合整治等。

6 結語

根據平寨水庫的納污能力和入庫污染源分布情況,針對入庫污染源類型、點位、污染貢獻,科學制定水污染防治規劃,做到有的放矢、精準治污,切實減少平寨水庫的入庫污染物,確保平寨水庫的水環境安全,對保障黔中城市群供水和水環境安全具有重要意義。

[1] 牛晉蘭,丁佳佳,蘇麗萍.流域水環境容量計算及分配方法探討——以瀨溪河為例[J]. 人民長江,2020（3）:37-41,72.

[2] 張鵬利,崔超,賈寧霄.BIM 在黃金峽水利樞紐工程設計中的應用研究[J]. 人民長江,2022（5）:149-155.