□馬 聰 霍香麗

（洛陽水利勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司）

0 引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，水污染也隨之加劇，水環(huán)境保護(hù)任務(wù)越來越艱巨，相關(guān)調(diào)查指出，中國每年排放的污水量達(dá)上百億噸，根據(jù)《2018年中國水資源公報(bào)》，2018年全國544個重要省界斷面中，Ⅰ～Ⅲ類斷面比例占評價(jià)斷面總數(shù)的69.90%，Ⅳ～V類占21.10%，劣V類斷面比例占9.00%；調(diào)查的124個湖泊中，Ⅳ類及以下占到75%，其中劣V 類占16.10%，湖泊富營養(yǎng)化率達(dá)到73.50%；另外，對1 129座水庫進(jìn)行的水質(zhì)評價(jià)中，Ⅳ～劣V 類占12.70%，水庫富營養(yǎng)化比例達(dá)到30.40%。因此可見，河流、湖庫等水域水生態(tài)系統(tǒng)破壞加劇、污染程度加深、自凈能力減弱、水體生態(tài)環(huán)境不斷退化、湖庫富營養(yǎng)化等水環(huán)境問題仍然是制約中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的首要問題。

水庫具有防洪、供水、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、生態(tài)景觀等多重功能，是陸地生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境要素的重要組成部分，在中國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用，但近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的飛速發(fā)展，排污量與日俱增，水庫水環(huán)境面臨巨大挑戰(zhàn)。

水環(huán)境承載力，是水污染總量控制的一個重要參數(shù)，其大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)及污染物特性有關(guān)，是衡量水環(huán)境質(zhì)量、確定水域污染負(fù)荷、水環(huán)境納污能力、自凈能力的重要手段，弄清水域水環(huán)境承載能力，對于推動水環(huán)境質(zhì)量的改善有著重要意義。因此，利用模型模擬計(jì)算龍脖水庫納污能力，可為龍脖水庫流域污染總量控制及管理提供決策依據(jù)。

1 水環(huán)境承載力定義

水環(huán)境承載力是基于可持續(xù)發(fā)展與水環(huán)境相互關(guān)系提出的，指的是在一定的水域，其水體能夠被繼續(xù)使用并保持良好生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，所能容納污水及污染物的最大能力。目前，對于水環(huán)境承載力的內(nèi)涵，學(xué)者們分別從不同角度進(jìn)行了界定，崔鳳軍等基于人類活動對環(huán)境造成的壓力指出，水環(huán)境承載力是在某一地區(qū)、某種狀態(tài)或條件下，某地區(qū)的水環(huán)境所承受的人類活動作用的閾值；汪恕誠從污水排放角度提出，水環(huán)境承載力是指水中污染物不會對該水域中的生態(tài)環(huán)境造成威脅的上限值。崔樹彬等從水體納污能力及自凈能力角度，認(rèn)為水環(huán)境承載能力即水環(huán)境容量或水體納污能力，即水體所能容納的最大污染負(fù)荷。而鄭志宏等經(jīng)總結(jié)認(rèn)為，水環(huán)境承載力即水體自我維持、自我調(diào)節(jié)與納污能力和社會的發(fā)展規(guī)模的協(xié)調(diào)。因此，水庫水環(huán)境承載力，可視為水庫的水環(huán)境容量或納污染能力，即水庫水庫自我維持、自我調(diào)節(jié)與納污能力和社會的發(fā)展規(guī)模的協(xié)調(diào)能力。它是衡量水庫水環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，是評價(jià)水庫水域納污染能力的重要途徑。

2 龍脖水庫水環(huán)境承載力計(jì)算

2.1 龍脖水庫概況

龍脖水庫位于洛河支流連昌河中游，座落在河南省陜縣李村鄉(xiāng)龍脖村，水庫控制流域面積211 km2，干流長度30 km，干流比降1/100。水庫由大壩、溢洪道、輸水洞組成，原設(shè)計(jì)總庫容5 119萬m3，除險(xiǎn)加固后核定水庫總庫容4 775 萬m3，其中興利庫容2 757.50 萬m3，死庫容304.50 萬m3，設(shè)計(jì)灌溉面積4 333.33 hm2，是一座具有防洪、灌溉、養(yǎng)殖等綜合效益的中型水庫。龍脖水庫目前用水主要包括灌溉用水，現(xiàn)狀灌溉面積1 333.33 hm2，多年平均灌溉供水量為550萬m3，另外水庫庫區(qū)承包養(yǎng)殖已有30 余年。根據(jù)《河南省水功能區(qū)劃報(bào)告》，水庫位于永（連）昌河洛寧保留區(qū)，水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類。

近年來，隨著庫區(qū)養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大，以及上游沿線生活污水的排放，水庫出現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化現(xiàn)象，2018 年5 月監(jiān)測結(jié)果顯示，庫區(qū)總氮、總磷等均出現(xiàn)超標(biāo)，其中總氮、總磷、五日生化需氧量等指標(biāo)超標(biāo)倍數(shù)達(dá)到2倍以上，是引起水庫富營養(yǎng)化的主要原因。因此，如何定量化龍脖水庫氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)的水環(huán)境容量，控制入庫排污總量，是防止水庫富營養(yǎng)化、保障水庫水質(zhì)安全的重要措施之一。

2.2 模型及參數(shù)選擇

本次龍脖水庫屬于富營養(yǎng)化型湖（庫），根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》（GB/T 25173-2010），總氮、總磷的納污能力采用狄龍模型進(jìn)行計(jì)算，模型表示為：式（1）（2）中：MN—湖（庫）氮、磷的納染能力，單位t/a；Ps—湖（庫）中氮、磷的平均濃度，單位g/m3；Qs—湖（庫）年出流水量，單位為m3/a；Rp—氮、磷在湖（庫）中的滯留系數(shù)，單位l/a；W出—年出湖（庫）的氮、磷量，單位t/a；W入—年入湖（庫）的氮、磷量，單位t/a；h—設(shè)計(jì)流量下計(jì)算水域的平均水深，單位m；A—湖（庫）水面積，單位m2；V—設(shè)計(jì)水文條件下的湖（庫）容積，單位m3。

為保證計(jì)算參數(shù)的一致性和代表性，本次龍脖水庫總氮、總磷納污能力計(jì)算，參數(shù)的選擇采用75%及90%保證率枯水年平均水位所對應(yīng)的平均水深、水面面積、庫容及年出流水量。龍脖水庫位于連昌河中游，屬于永（連）昌河洛寧保留區(qū)，主要接納上游連昌河來水，水庫目標(biāo)水質(zhì)為Ⅲ類，因此，入庫末端總氮、總磷控制濃度取《地表水環(huán)境質(zhì)量》（GB3838-2002）河流Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，即總氮1.00 mg/L、總磷0.20 mg/L。

2.3 納污能力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)所選取參數(shù)，經(jīng)計(jì)算，75%保證率枯水年平均水位時(shí)，龍脖水庫總氮最大允許入庫量為30.98 t/a，總磷為9.78 t/a；90%保證率枯水年平均水位時(shí)，龍脖水庫總氮最大允許入庫量為10.32 t/a，總磷為2.38 t/a。

利用龍脖水庫水質(zhì)監(jiān)測成果可以估算，2019 年龍脖水庫總氮入庫量約為45.35 t/a，總磷入庫量約為7.83 t/a，與75%保證率枯水年最大允許入庫總量相比，總氮超出年總納污能力的0.46 倍，而與90%保證率枯水年最大允許入庫總量相比，總氮總磷分別超出年總納污能力的3.39倍和2.29倍。

3 水庫污染成因分析

根據(jù)計(jì)算及現(xiàn)狀監(jiān)測成果，龍脖水庫水體中總氮、總磷含量較高，已超出水庫水環(huán)境承載能力，水體富營養(yǎng)化程度較為嚴(yán)重。

經(jīng)調(diào)查，導(dǎo)致龍脖水庫氮、磷超標(biāo)的主要原因是水庫上游沿線生活污水直排、以及庫區(qū)內(nèi)養(yǎng)殖等，龍脖水庫庫區(qū)自20世紀(jì)80年代起承包當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶養(yǎng)殖，2010年后，由于養(yǎng)殖飼料的加大投用，加之沿線生活污水未經(jīng)處理直接排放，導(dǎo)致庫區(qū)水質(zhì)總磷、總氮等營養(yǎng)化指標(biāo)超標(biāo)，水庫開始出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象。因此，針對龍脖水庫污染源特征，為避免水體進(jìn)一步富營養(yǎng)化、逐步改善及恢復(fù)庫區(qū)水環(huán)境質(zhì)量，必須嚴(yán)格控制水庫氮、磷入庫量，嚴(yán)禁上游沿線生活污水的排放、以及限制庫區(qū)養(yǎng)殖等。建議可采取強(qiáng)化沿線生活污水的收集及處理、推廣脫氮除磷工藝，逐步取締養(yǎng)殖，以及制定水庫富營養(yǎng)化監(jiān)控與預(yù)警方案等措施。

4 結(jié)論

文章采用狄龍模型定量計(jì)算了龍脖水庫75%及90%保證率條件下總氮、總磷的水環(huán)境承載能力，并對其污染成因進(jìn)行調(diào)查分析，經(jīng)研究，文章得到以下結(jié)論：一是在滿足水庫水質(zhì)控制目標(biāo)前提下，龍脖水庫75%保證率枯水年平均水位時(shí)，總氮最大允許入庫量為30.98 t/a，總磷為9.78 t/a；90%保證率枯水年平均水位時(shí)，總氮最大允許入庫量為10.32 t/a，總磷為2.38 t/a；二是經(jīng)估算，現(xiàn)狀龍脖水庫總氮入庫量分別超出75%、90%保證率枯水年最大允許入庫總量的0.46倍和3.39倍，總磷入庫量超出90%保證率枯水年最大允許入庫總量2.29倍?？偟?、總磷含量均超出水庫水環(huán)境承載能力，水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重；三是龍脖水庫富營養(yǎng)化主要原因是生活污染、以及庫區(qū)內(nèi)養(yǎng)殖，為避免水體富營養(yǎng)化，可通過嚴(yán)格控制上游沿線生活污水的排放，取締養(yǎng)殖，以及制定水庫富營養(yǎng)化監(jiān)控與預(yù)警方案等措施逐步改善庫區(qū)水質(zhì)。