秦 濤，汪 妮，解建倉，張 剛，劉武軍

（西安理工大學西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點實驗室，西安 710048）

渭河流域寶雞段水體納污能力及總量控制定額分析計算

秦 濤，汪 妮，解建倉，張 剛，劉武軍

（西安理工大學西北水資源與環(huán)境生態(tài)教育部重點實驗室，西安 710048）

針對流域污染物總量控制定額在水資源保護中的重要性以及水體納污能力具有季節(jié)性變化，參考河流二維模型參數的確定方法，探討采用河流二維模型對水體納污能力進行計算。從保護環(huán)境出發(fā)，考慮到同一條河流中不同水功能區(qū)的納污能力不同，提出了選取最小納污能力作為該河流的污染物總量控制定額。最后對渭河流域寶雞市河段納污能力及污染物控制總量定額進行了分析計算，為寶雞市河流水污染控制提供了依據。

衰減系數：納污能力：控制定額：水質

1 概 述

保護水資源、實現水資源的可持續(xù)利用，是現代水利的一項重要內容。隨著人類對自然環(huán)境的開發(fā)利用程度不斷加劇，大量的工農業(yè)及生活廢污水排放到大江大河，導致水體環(huán)境質量日益下降?！吨腥A人民共和國水法》明確提出了以自然水體對污染物稀釋自凈能力作為約束條件，實施污染物總量控制的水污染防治政策［1］。納污能力是指河流接納污染物的能力［2］，通過河段納污能力分析和污染物總量控制定額的計算可以從定量的指標上掌握河流允許排放污染物的狀況，從而更加合理地管理流域，實現水資源可持續(xù)利用［3］。本文以渭河流域寶雞市河段為例，通過實測和試驗分析確定參數，對納污量做了詳盡的計算，并確定了該河流污染物總量控制，為寶雞市河流水資源保護提供了參考。

2 污染現狀調查

黃河流域在寶雞市共有99個排污口，主要分布在渭濱區(qū)、金臺區(qū)、陳倉區(qū)、岐山等縣。按陜西省黃河流域水功能二級區(qū)劃，分屬渭河5個二級區(qū)、千河3個二級區(qū)、金陵河2個行政區(qū)、小水河、清江河和石頭河各1個二級區(qū)，黃河流域寶雞市總登記排污水量0.95億m3。2005年寶雞市廢污水排放量約為1.02億m3，登記排污水量占廢污水排放量的95.2%，可靠性是較高的。

3 納污能力分析計算

3.1 水質指標及標準

按《地表水環(huán)境質量標準》（GB3838-2002），并參照《漁業(yè)水質標準》（GB11607-89）、＂景觀娛樂用水水質標準＂（GB12941-91）等相關標準，結合寶雞市水資源利用狀況、水資源配置要求及寶雞市水功能區(qū)劃方案和保護目標的要求，對所有二級水功能區(qū)根據主要污染物和超標污染物確定控制指標，按照水功能區(qū)保護目標要求確定水質目標，執(zhí)行地表水環(huán)境質量標準（GB3838-2002）中的五類水質分級標準，到2020年寶雞市水功能區(qū)水質保護目標見表1。

3.2 水質模型

對于順直河段，忽略橫向流速及縱向離散作用，且污染物排放不隨時間變化時，二維對流擴散方程為

式中：u為設計流量下河道斷面的平均流速（m／s）；C為污染物濃度（mg／L）；Ey為污染物的橫向擴散系數（m2／s）；x為沿河段的縱向距離（m）；y為計算點到岸邊的橫向距離（m）；K為污染物綜合衰減系數（1／s）。

表1 寶雞市水功能區(qū)劃分一覽表Table 1 Water function zoning of Baoji City

河道斷面為矩形，式（1）的解析解為

以岸邊污染物濃度作為下游控制斷面的控制濃度時，即y＝0，岸邊污染物濃度按式（3）計算，

式中：C（x，0）是縱向距離為x的斷面岸邊（y＝0）污染物濃度（mg／L）；v為設計流量下計算水域的平均流速（m／s）；h為設計流量下計算水域的平均水深（m）；其余符號意義同上。相應的水域納污能力按式（4）或式（5）計算，

當y＝0，

式中：Cs為水質目標濃度值（mg／L）；Q為初始斷面的入流流量（m3／s）。

3.3 水質模型參數的確定

為了做好水資源總量的控制以及水資源保護工作，在水功能區(qū)劃、保護準則、污染排放區(qū)的大小、污染物排放量的基礎上，結合寶雞市渭河段的實際資料，通過科學、合理的分析，對入河污染物CODcr，NH3-N分別進行水功能區(qū)域納污能力的分析［4］。

在河段納污能力計算中，參數的確定和取值是否符合客觀實際，直接關系到計算結果是否準確合理，因此，參數的確定和取值是納污能力計算的關鍵。

3.3.1 綜合衰減系數K的確定

綜合衰減系數由試驗所得，實測資料選取渭河流域寶雞市朱園、林家村、益門鎮(zhèn)、千陽、斜峪關、魏家堡和漫灣村作為控制斷面的1995-2005年10 a的資料，由于資料過長，限于篇幅，本文就不詳述。試驗方法采用參考文獻［5］。經分析計算COD，NH3-N的綜合衰減系數為流量小于10 m3／s時，分別為0.173 6×10-4s-1和0.116 0×10-4s-1；流量大于10 m3／s時，分別為0.138 9×10-4s-1和0.081 0×10-4s-1。

3.3.2 水功能區(qū)水質目標濃度值Cs的確定

從寶雞市水功能區(qū)劃分表中可以得到各個水功能區(qū)的水質目標，在根據國家地表水環(huán)境質量標準（GB3838-2002）中的五類水質分級標準確定水質目標濃度Cs的值。

3.3.3 流 量

依據各河流水文站的最枯月平均流量資料進行頻率計算，飲用水區(qū)采用95%保證率相應流量設計流量，其他分區(qū)則采用75%保證率相應流量作為設計流量。排污口流量以環(huán)保、水利部門的實測流量或統(tǒng)計資料為計算選取值。

3.3.4 初始斷面污染物濃度值C0的確定

根據上一個水功能區(qū)的水質目標濃度值Cs確定。

3.3.5 橫向擴散系數Ey估值

根據費休公式：

式中：Ey為水流的橫向擴散系數（m2／s）；H為河道斷面平均水深（m）；g為重力加速度（m／s2）；J為河流水力比降。

3.3.6 縱向離散系數Ex的估值

式中：B為河流平均寬度（m）；其余符號意義同上。寶雞市河流水質模型參數見表2。

4 分析計算

渭河流域位于我國西北黃土高原東南地區(qū)，北為黃土高原，南為秦嶺山區(qū)，干流全長818km。寶雞市是陜西省第二大城市，位于渭河中游區(qū)，干流長206.1 km，河道較寬，多沙洲，水流分散。由于降雨和下墊面的因素，河道徑流呈現地區(qū)分布不均，年際變化大和年內分配不均的特點。近年來，隨著西部大開發(fā)，陜西建成西部強省，寶雞經濟有了較大的發(fā)展，但同時轄區(qū)生態(tài)環(huán)境受到了一定的影響，尤其是渭河水域，由于工業(yè)廢水和城市污水的大量排放，水質受到了一定的污染，一定程度上影響了生態(tài)環(huán)境與社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。

表2 寶雞市河流水質數學模型參數Table 2 Parameters of water qualitymathematicalmodel for Baoji City of theWei River basin

4.1 納污能力的計算

利用上述數學模型，通過分析計算得到了2020年渭河寶雞市河段為了達到水功能區(qū)水質的保護目標。黃河流域寶雞市河段9個水功能二級分區(qū)納污能力總量COD為104 962.6 t／a，氨氮為5434.9 t／a。其中渭河寶雞市過渡區(qū)COD納污能力最大，而氨氮納污能力最大的是寶雞市景觀區(qū)。這是由于這兩個水功能區(qū)設計流量、計算河段、降解系數、上下游控制目標濃度相差都比較大。

表3 寶雞市水功能區(qū)納污能力計算表Table 3 Calculation of accepting pollution water capacity of water functional areas for Baoji City t／a

4.2 污染物控制量與削減量

根據寶雞市水資源短缺的實際情況，同一條河流不同二級水功能區(qū)的最大納污能力不同，如果上游的污染物排放量達到該功能區(qū)的最大納污能力，勢必影響到下游水功能區(qū)的水體納污能力。以水環(huán)境質量不斷改善為遠景目標，選取水功能區(qū)二級分區(qū)中納污能力最小值作為該河流的納污能力總量控制定額。根據寶雞市渭河不同水文條件下納污能力計算結果，得到污染物CODcr和氨氧的總量控制定額分別為13 308.8 t／a，789 t／a。

2005年寶雞市渭河廢污水排放量約為10 225.8 t，含有主要污染物CODcr、氨氮分別為13 159.24，1 528.3 t／a，其中渭河干流排放污染物8 039.4 t／a，含有主要污染物CODcr、氨氮分別為11 999.15，1 491.8 t／a。將計算得到的寶雞市渭河污染源總量控制定額與2005年現狀污染負荷比較，得到CODcr不需要削減；氨氮指標削減量為734.8 t／a，削減率達25.6%。雖然渭河CODcr總量不要削減，但從表4可以看出渭河干流污染還是較為嚴重，CODcr和氨氮的削減量分別為4 320.9，462.3 t／a，CODcr、氨氮的指標削減量分別達到了56.3%，60.4%。由此可見，為了實現2020年寶雞市渭河流域水質達到保護目標，渭河干流的污染治理是重中之重。

表4 污染總量控制定額和削減量成果表Table 4 The allowable pollutant total amounts and attenuation amounts t／a

5 成果分析

從水體水質保護目標出發(fā)，基于水體水質納污能力，制定污染物控制總量控制定額，使得水污染總量控制目標更加明確、具體、可操作化，體現了我國水資源保護管理模式的變革和決策目標的轉變［5］。水體污染已經嚴重影響到環(huán)境，為了有效控制污染，迫切需要計算河流納污能力，并確定其污染物總量控制定額，為環(huán)保部門保護水環(huán)境提供依據。本文利用河流二維模型計算水體納污能力，針對同一條河流有不同的水功能分區(qū)，采用選取一條河流中水功能區(qū)二級分區(qū)最小納污能力作為河流污染物總量控制定額，體現了安全保護環(huán)境、充分利用水體稀釋自凈能力的目的。通過對渭河流域寶雞市河段納污能力分析計算表明，渭河流域寶雞市河段水體沒有超過納污能力，但渭河干流污染負荷超標嚴重。

［1］ 中華人民共和國水法［S］.2002.

［2］ 徐海亮，郭永平，何 宇.塔里木河干流納污能力分析與評價［J］.干旱區(qū)研究，2001，（12）：813-817.

［3］ 李錦秀，馬 巍，史曉新，等，污染物排放總量控制定額的確定方法［J］.水利學報，2005，（7）：812-817.

［4］ 李錦秀，廖文根，黃真理.三峽水庫整體一維水質數學模擬研究［J］.水利學報，2002，（12）：7-10.

［5］ 寇曉梅.漢江上游有機污染物CODcr綜合衰減系數的試驗確定［J］.水資源保護，2005，（5）：31-33.

［6］ 汪恕誠.資源水利的本質、理論基礎和體制保障［J］.中國水利，2002，（11）：1-6.

（編輯：周曉雁）

長江控制設備研究所大型貫流式機組調速器在烏金峽電站順利投運

2009年1月23日、2009年4月12日、2009年6月30日，甘肅烏金峽水電站2，3，4號機組調速系統(tǒng)相繼高質量一次順利完成72小時滿負荷并網試運行，機組運行各項參數良好。該調速系統(tǒng)采用了長江科學院長江控制設備研究所GLT-150-6.3型微機調速器和YZ-10-6.3型油壓裝置。

烏金峽水電站是由國投公司投資控股的甘肅小三峽水電開發(fā)有限公司繼大峽、小峽之后在黃河上游開發(fā)建設的第三座水電站。該電站是黃河龍羊峽至青銅峽河段15級梯級規(guī)劃中的第12級電站，電站安裝4臺3.5萬kW貫流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量14萬kW，年均發(fā)電量6.83億kW·h。工程總投資13.88億元。

《摘自（長江科學院網）》

Analysis and Calculation of Water Environmental Carrying Capacity and Allowable Pollutant Total Control Quota in Baoji in the Weihe River

QIN Tao，WANG Ni，XIE Jian-cang，ZHANG Gang，LIUWu-jun
（Xi＇an University of Technology，Key Laboratory of NorthwestWater Resources and Environment Ecology of MOE，Xi＇an 710048，China）

Considering the importance of the allowable pollutant total control quota in water resources protection and the seasonal variation ofwater environmental carrying capacity，and with referencing the determination of river two-dimensionalmodel parameters，a calculation method on pollution carrying capacity is explored by using thismodel.W ith an eye to the environmental protection and the differences of environmental carrying capacity among water functional areas，a suggestion that selecting a function area of theminimum bearing capacity is regarded as to be the allowable pollutant total control quota is proposed.Such analysis calculation method of water environmental carrying capacity and allowable pollutant total control quota can provide basis for water pollution control of rivers in Baoji City.

attenuation coefficient；water environmental carrying capacity；allowable pollutant total control quota；water quality

X522

A

1001-5485（2009）08-0020-04

2008-10-21；修改日期：2008-12-08

國家“863”計劃資助項目（2006AA01A126）；國家自然科學基金資助項目（50279041）

秦 濤（1984-），男，陜西韓城人，碩士研究生，主要從事區(qū)域經濟與水資源管理研究，（電話）029-82312494（電子信箱）qintao0052＠163.com。