魚塘溪水環(huán)境容量提升方案分析

黃 瑩

（福建省金皇環(huán)?？萍加邢薰?，福建 福州 350004）

明溪縣位于福建省西北部腹地，地理坐標(biāo)為北緯26°08′～26°39′，東經(jīng)116°47′～117°25′[1]。魚塘溪貫穿城區(qū)是明溪縣人民的母親河，對(duì)明溪縣人民來說意義重大，而且還連通著其他流域，支流眾多，水系豐富。長期以來，因城區(qū)上游生產(chǎn)、生活影響，工業(yè)廢水、生活污水、養(yǎng)殖廢水等對(duì)魚塘溪流域的水環(huán)境造成了較大污染。水資源是維持社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要基石，直接影響著地方或國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平[2]。

根據(jù)《明溪縣工業(yè)集中區(qū)總體規(guī)劃（整合）》，隨著明溪縣工業(yè)集中區(qū)內(nèi)企業(yè)增加，尾水排放量進(jìn)一步增加、工污遠(yuǎn)期的情景下，魚塘溪水環(huán)境容量已經(jīng)低于安全余量，因此為了更好地進(jìn)行魚塘溪流域水環(huán)境污染治理工作，應(yīng)采取水環(huán)境提升方案。

1 水環(huán)境容量計(jì)算

1.1 計(jì)算方法

計(jì)算河流水環(huán)境容量，一般先設(shè)定水質(zhì)目標(biāo)及一定保證率下的枯水期流量，然后用一維或二維水環(huán)境容量模型進(jìn)行計(jì)算，由于魚塘溪河流相對(duì)較窄，方案僅使用一維計(jì)算模型進(jìn)行測(cè)算。

1.2 參數(shù)選擇

（1）水質(zhì)目標(biāo)濃度值（Cs）。根據(jù)《三明市人民政府關(guān)于同意三明市地表水環(huán)境和環(huán)境空氣質(zhì)量功能類別區(qū)劃方案及達(dá)標(biāo)工作方案的批復(fù)》（明政〔2000〕文32號(hào)），魚塘溪執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值。

（2）初始斷面的污染物濃度（C0）。魚塘溪：以明溪工業(yè)污水處理廠排污口上游200處斷面的污染物濃度作為初始斷面的污染物濃度。COD 的濃度最大值17 mg/L，NH3-N 的濃度最大值0.68 mg/L，總磷最大值為0.14 mg/L。

（3）初始斷面的入流流量（Q）和平均流速（u）。根據(jù)對(duì)項(xiàng)目納污水體魚塘溪的水文參數(shù)調(diào)查，以及引用《明溪縣工業(yè)集中區(qū)總體規(guī)劃（整合）環(huán)境影響報(bào)告書（報(bào)批稿）》中關(guān)于魚塘溪的水文基礎(chǔ)參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算數(shù)據(jù)，魚塘溪王陂段近10 a（2011—2020年）最枯月平均流量為1.27 m3/s，評(píng)價(jià)范圍內(nèi)水電站均在排污口下游，因此不考慮電站最小下泄流量的影響。

（4）降解系數(shù)。參考《全國地表水水環(huán)境容量核定技術(shù)復(fù)核要點(diǎn)》與閩江流域水環(huán)境容量研究的研究成果（福建省環(huán)境科學(xué)研究院，2014年12月），其中CODcr的降解系數(shù)為0.15；氨氮的降解系數(shù)為0.13，流域范圍污染物降解系數(shù)具體取值見表1?？紤]到水系較短且水系中污染物的降解能力有限，將所有污染物的降解系數(shù)設(shè)置為0。

表1 水文預(yù)測(cè)參數(shù)

此外，周孝德教授等在一維穩(wěn)態(tài)條件下，提出了計(jì)算水環(huán)境容量的3種方法，即段首控制法、段尾控制法和功能區(qū)段末控制法，并給出結(jié)論：段首控制法適用于對(duì)水質(zhì)要求高、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、污染治理能力強(qiáng)的流域，或水質(zhì)較好的源頭地區(qū)；段尾控制法適用于水質(zhì)要求略低，污染較嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)不太發(fā)達(dá)的流域；功能區(qū)段末控制法適用于對(duì)特定區(qū)段水質(zhì)有較高要求而對(duì)其他區(qū)段沒有限制的流域。本方案選擇段尾控制法，把本次評(píng)價(jià)分為1個(gè)單元，王橋至翰仙橋單元，即最后只考慮和翰仙橋斷面水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)。

魚塘溪流量Q＜150 m3/s，屬于中小型河流，河道窄淺。污染物進(jìn)入水體，經(jīng)過河流稀釋與擴(kuò)散的作用后，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)均勻混合且污染物濃度在河段橫向方向上沒有很大的變化，橫向及垂向上的污染物濃度梯度也可以忽略。所以，本方案在計(jì)算魚塘溪流域水環(huán)境容量時(shí)，選用一維水質(zhì)模型及水環(huán)境容量模型。

1.3 魚塘溪流域排污口概化

（1）概化原則。為了計(jì)算方便，一般將排污口根據(jù)以下幾點(diǎn)進(jìn)行處理：①污水排放流量較大的企業(yè)排污口，可以作為獨(dú)立的排污口處理。②距離較遠(yuǎn)且排污量都比較小的分散排污口，一般概化為非點(diǎn)源，僅影響水域水質(zhì)本底值，不參與排污口優(yōu)化分配計(jì)算。非點(diǎn)源的范圍主要包括農(nóng)村生活源、畜禽養(yǎng)殖、城市徑流、礦山徑流和農(nóng)田徑流5個(gè)方面。各項(xiàng)污染源的估算可采用源強(qiáng)系數(shù)法，具體估算可參閱有關(guān)文獻(xiàn)。③多個(gè)排污口距離較近，則可將幾個(gè)排污口簡(jiǎn)化為集中的排污口，即概化排污口。

排污口概化計(jì)算方法：

節(jié)點(diǎn)物質(zhì)平衡方程：

（2）概化結(jié)果。根據(jù)以上排污口概化計(jì)算方法，魚塘溪各排污口概化結(jié)果見表2，COD 與氨氮排放濃度取允許排放濃度最大值，污染物的降解系數(shù)設(shè)置為0。魚塘溪流域污染源概化圖如圖1所示。

圖1 魚塘溪流域污染源概化圖

表2 支流河流各斷面水文參數(shù)

1.4 魚塘溪干流水環(huán)境容量結(jié)果

根據(jù)計(jì)算，監(jiān)測(cè)結(jié)果分析見表3。

表3 水域納污能力

從表3的預(yù)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在最枯流量條件下，翰仙橋斷面的COD、氨氮和總磷可以達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。但是魚塘溪流域COD 容量為830.03 t/a，氨氮容量為41.50 t/a，總磷容量較小，僅剩8.3 t/a。

1.5 明溪經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)污水處理廠提標(biāo)改造

根據(jù)《明溪縣工業(yè)集中區(qū)總體規(guī)劃（整合）》，隨著明溪縣工業(yè)集中區(qū)內(nèi)企業(yè)增加，尾水排放量進(jìn)一步增加、工污遠(yuǎn)期的情景下，明溪經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)污水廠擴(kuò)建至4 000 t/d 并尾水排放提標(biāo)至GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)排放后，根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)明溪經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)污水廠擴(kuò)建后魚塘溪南山遺址至翰仙橋水環(huán)境容量，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 污水廠擴(kuò)建后魚塘溪水域納污能力

（1）計(jì)算參數(shù)：廢污水排放流量（QP）。明溪縣污水處理廠（4 000 t/d）（以GB18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)排放），QP取水量新增3 000 t/d。

（2）安全余量：安全余量≥環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)×10%。

根據(jù)計(jì)算，明溪經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)污水廠規(guī)模擴(kuò)建至4 000 t/d 后，該段COD 納污能力254.46 t/a，氨氮和總磷剩余容量較少，分別為10.1 t/a 和0.2 t/a，總磷已經(jīng)小于魚塘溪水環(huán)境的安全余量。

2 水容量提升方案分析

由于魚塘溪流域水生態(tài)流量較小，水環(huán)境容量較低，政府后期準(zhǔn)備進(jìn)行黃沙坑水庫生態(tài)補(bǔ)水，黃沙坑水庫向魚塘溪調(diào)水工程通水后，枯水期（P=90%）向魚塘溪調(diào)水量為0.91 m3/s。由此推算，魚塘溪河道水文情勢(shì)會(huì)有所改善。

本次就對(duì)即將采取的黃沙坑水庫生態(tài)補(bǔ)水計(jì)劃進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，研究該方案實(shí)施后對(duì)魚塘溪水環(huán)境容量的影響。根據(jù)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)魚塘溪南山遺址至翰仙橋水環(huán)境容量，計(jì)算結(jié)果見表5。

表5 漁塘溪水域納污能力變化

計(jì)算參數(shù)：初始斷面的入流流量為魚塘溪最枯月評(píng)價(jià)流量與黃沙坑水庫調(diào)水的水量之和，為2.18 m3/s。

根據(jù)計(jì)算，黃沙坑水庫調(diào)水后該段COD 納污能力有所增加，為828.41 t/a，氨氮和總磷剩余容量也相應(yīng)增加，分別為38.8 t/a 和5.94 t/a?？梢钥闯觯?jīng)過黃沙坑水庫生態(tài)補(bǔ)水后，魚塘溪環(huán)境容量極大增加。

3 結(jié)束語

經(jīng)過水環(huán)境容量預(yù)測(cè)，黃沙坑水庫生態(tài)補(bǔ)水后，該段COD 納污能力有所增加，為828.41 t/a，氨氮和總磷剩余容量也相應(yīng)增加，分別為38.8 t/a 和5.94 t/a。可以保證在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)魚塘溪水體達(dá)標(biāo)的目標(biāo)，使魚塘溪流域的水體穩(wěn)定達(dá)到目標(biāo)Ⅲ類水質(zhì)。

后期應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)工業(yè)廢水污染治理，杜絕偷排漏排和超標(biāo)超量排污，完善沿河生活污水截排及處理系統(tǒng)，加強(qiáng)水環(huán)境治理及水質(zhì)監(jiān)測(cè)，促進(jìn)流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的科學(xué)發(fā)展，保證魚塘溪水環(huán)境容量。