張喚民

（福建省金皇環(huán)?？萍加邢薰?，福建 福州 350005）

隨著近年工業(yè)快速發(fā)展以及人口急劇增長(zhǎng)，水資源短缺和環(huán)境污染成為急需解決的難題[1]。在此背景下，有效劃定飲用水水源保護(hù)區(qū)，強(qiáng)化水源管理，保障居民水質(zhì)安全成為關(guān)乎民生的重大問題[2]。飲用水水源保護(hù)區(qū)指為防止飲用水水源地污染，保證水源水質(zhì)而劃定，并要求加以特殊保護(hù)的一定范圍的水域和陸域。飲用水水源保護(hù)區(qū)分為一級(jí)保護(hù)區(qū)和二級(jí)保護(hù)區(qū)，必要時(shí)可在保護(hù)區(qū)外劃分準(zhǔn)保護(hù)區(qū)[3]。飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分的目的是為各級(jí)政府和有關(guān)部門依法加強(qiáng)飲用水水源地的管理和保護(hù)服務(wù)，為相關(guān)部門合理開發(fā)和利用飲用水水源，保障飲用水環(huán)境質(zhì)量提供依據(jù)[4]。

某水廠是漳州市薌城區(qū)重點(diǎn)民生項(xiàng)目，該水源地位于薌城區(qū)某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，于1994年建成并正式取水，主要服務(wù)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)工業(yè)和周邊農(nóng)村供水。本文將以其為例，研究水源地保護(hù)區(qū)的劃定方法。

1 水源地所在區(qū)域地形地貌

研究區(qū)地勢(shì)特點(diǎn)西北多山，東南臨海，地勢(shì)從西北向東南傾斜，依次出現(xiàn)中山、低山、丘陵、臺(tái)地、平原。西北部及北部山脈構(gòu)成的中山地貌，山峰海拔多在800 m以上，面積占全市總面積的5%；低山處于中山與丘陵過渡帶，海拔500～800 m，沿海地區(qū)多為古島嶼上升而成的孤山；丘陵分布最廣，海拔大多在150～400 m，是主要梯田所在地，面積約占53%；濱海臺(tái)地海拔一般在20～50 m，主要分布于沿海盆地。其中，位于九龍江中下游的漳州平原是福建省最大的平原，面積1000 km2。

2 水源地概況

2.1 水資源利用

水源地類型為河流型，水廠目前設(shè)計(jì)供水能力為3.5萬(wàn)m3/d，總占地面積19340 m2，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有水廠3座。本水廠取水口位于九龍江西溪，現(xiàn)有取水口設(shè)在附近河道右岸，供水能力為3.5萬(wàn)t/d，主要供應(yīng)周邊經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)一帶。

2.2 水量分析

水源地區(qū)域內(nèi)水文站是所在干流唯一的控制站，水文站以上流域面積為3419 km2。本工程取水口位于水文站下游約4.4 km處，取水口以上集雨面積為3680 km2，選取水文站為本工程徑流計(jì)算的參證站。由于水文站至本工程取水口河段區(qū)間無(wú)支流匯入及較大的引取水工程，因此將水文站的徑流統(tǒng)計(jì)參數(shù)直接移用至本工程取水口。將水文站1951—1993年逐月平均流量系列通過移用至取水口斷面，取水口斷面水文年多年平均來(lái)水量為121.4 m3/s，枯水期多年平均來(lái)水量為62.7 m3/s

在不考慮取水戶情況下，天然來(lái)水量能滿足最小生態(tài)需水量的要求?？紤]到取水口距下游一橋閘約24 km，該河段屬于感潮河段，在橋閘關(guān)閘情況下，河道區(qū)間的槽蓄水量較大，因此從供水的優(yōu)先順序角度考慮，應(yīng)優(yōu)先考慮生活、工業(yè)生產(chǎn)用水，其次考慮滿足灌溉用水，最后剩余水量補(bǔ)充生態(tài)基流。從現(xiàn)狀需水情況上看，取水口下游其他用水戶總需水量為6.64 m3/s，本項(xiàng)目日最大用水量1.16 m3/s，包含本項(xiàng)目在內(nèi)的總需水量為7.80 m3/s，典型年最小10 d平均來(lái)水量能夠滿足所有用水戶需水后仍有1.67 m3/s補(bǔ)充枯水期最小生態(tài)需水量。取水口位置最小月平均流量、P=95%典型年最小月來(lái)水量及最小10 d來(lái)水量分別為最小月平均來(lái)水量36.3 m3/s，P=95%典型年最小月來(lái)水量15.8 m3/s，最小10 d平均來(lái)水量 11.9 m3/s。

3 飲用水源地水質(zhì)分析

為全面了解水廠的飲用水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況，對(duì)飲用水源地進(jìn)行取樣監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目含GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中地表水環(huán)境指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目、集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目和特定項(xiàng)目，總計(jì)109項(xiàng)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，水廠取水口水質(zhì)基本達(dá)到GB 3838—2002中Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，溶解氧、總磷、汞符合GB 3838—2002中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余總氮、鐵、錳、四乙基鉛、活性氯等指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果也均符合相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 水源地周邊及上游污染源分布情況

水廠取水口位于九龍江西溪干流，水質(zhì)主要受上游污水處理廠尾水排放、沿程區(qū)域污染源影響、上游匯水流域內(nèi)各會(huì)匯入支流等影響。因此，本次污染源調(diào)查主要包括取水口上游20 km范圍內(nèi)的點(diǎn)源和工業(yè)、生活、農(nóng)業(yè)污染源分布情況等。

工業(yè)污染源主要為周邊沿途的園區(qū)工業(yè)企業(yè)和上游的污水處理廠運(yùn)行尾水排放等。其中，園區(qū)內(nèi)主要為村莊及農(nóng)業(yè)用地，工業(yè)主要為少量機(jī)磚廠、有機(jī)肥加工廠、包裝制品廠、金屬制品廠等，企業(yè)分布零散無(wú)序，存在工業(yè)與居民區(qū)、學(xué)校混雜，園區(qū)內(nèi)的農(nóng)村生活污水和工業(yè)企業(yè)排放污水將接入市政污水管網(wǎng)，納入污水處理廠處理，污水處理廠尾水排放執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，引至別處作為景觀用水，不會(huì)對(duì)水源地水質(zhì)造成污染。上游的污水處理廠已將排污口下移至水源保護(hù)區(qū)下游，也不會(huì)對(duì)水源地水質(zhì)造成污染。

生活污染源主要是農(nóng)村居民和鄉(xiāng)鎮(zhèn)中未截污納管進(jìn)行處理的城鎮(zhèn)居民生活污水及生活垃圾徑流污水，對(duì)水源地水質(zhì)存在污染風(fēng)險(xiǎn)。

水源地所在流域范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)污染源主要為畜禽養(yǎng)殖污染、農(nóng)田徑流污染和水產(chǎn)養(yǎng)殖污染。沿途的區(qū)域農(nóng)業(yè)污染源主要是農(nóng)田徑流污染、水產(chǎn)養(yǎng)殖污染，農(nóng)業(yè)廢水為散排，最終進(jìn)入西溪，對(duì)水源地水質(zhì)存有一定的污染風(fēng)險(xiǎn)。

上游20 km匯水區(qū)域主要涉及上游的各支流，根據(jù)調(diào)查，區(qū)域內(nèi)主要污染源為工業(yè)污染、農(nóng)村面源、養(yǎng)殖業(yè)面源，均對(duì)水源地水質(zhì)存有污染風(fēng)險(xiǎn)。

5 水源保護(hù)區(qū)劃定

5.1 劃定方法

本次水源保護(hù)區(qū)按照HJ 338—2018《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》開展劃定工作，地表水飲用水源保護(hù)區(qū)范圍按照流域特點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)定量預(yù)測(cè)并考慮實(shí)地條件加以確定，保證在規(guī)劃設(shè)計(jì)的水文條件和污染負(fù)荷下，供應(yīng)規(guī)劃水量時(shí)，保護(hù)區(qū)的水質(zhì)能滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：

地表水飲用水源一級(jí)保護(hù)區(qū)的水質(zhì)基本項(xiàng)目限值不得低于GB 3838—2002中的Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，且補(bǔ)充項(xiàng)目和特定項(xiàng)目應(yīng)滿足該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值要求。

應(yīng)用二維水質(zhì)模型計(jì)算二級(jí)保護(hù)區(qū)邊界時(shí)，二級(jí)保護(hù)區(qū)上游側(cè)邊界到一級(jí)保護(hù)區(qū)上游邊界的距離應(yīng)大于污染物從GB 3838—2002Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度水平衰減到GB 3838—2002Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度所需的距離。采用解析解方法進(jìn)行模擬計(jì)算水域范圍（根據(jù)現(xiàn)狀水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，選取COD、氨氮、總磷3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算）；陸域范圍采用地形邊界法確定。地表水飲用水源二級(jí)保護(hù)區(qū)的水質(zhì)基本項(xiàng)目限值不得低于GB 3838—2002中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，并保證流入一級(jí)保護(hù)區(qū)的水質(zhì)滿足一級(jí)保護(hù)區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

考慮目前水廠取水口上游處有污水處理廠尾水排放口，因此本次水源保護(hù)區(qū)劃定方案通過模型模擬該排放口在正常及事故情況下，尾水排放對(duì)沿程水質(zhì)的影響，確保保護(hù)區(qū)水質(zhì)基本項(xiàng)目應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的限值要求。

5.1.1 一級(jí)保護(hù)區(qū)劃定

一級(jí)保護(hù)區(qū)水域和陸域范圍采用類比經(jīng)驗(yàn)法確定。按照HJ/T 338—2018《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》要求，一級(jí)保護(hù)區(qū)水域長(zhǎng)度為取水口上游不小于1000 m，下游不小于100 m范圍內(nèi)的水域，陸域沿岸縱深與一級(jí)保護(hù)區(qū)水域邊界的距離一般不小于50 m，但不超過流域分水嶺范圍，對(duì)于有防洪堤壩的，可以防洪堤壩為邊界，結(jié)合九龍江西溪河段現(xiàn)狀，劃定一級(jí)水源保護(hù)區(qū)范圍為水廠取水口下游100 m上溯至取水口上游1000 m范圍內(nèi)的水域及該水域兩側(cè)沿岸外延至防洪堤壩范圍的陸域（不含防洪堤）。

5.1.2 二級(jí)保護(hù)區(qū)劃定

二級(jí)保護(hù)區(qū)水域和陸域范圍分別采用數(shù)值模型計(jì)算法、地形邊界法確定。結(jié)合水源地所在河段現(xiàn)狀，擬設(shè)保護(hù)區(qū)所在流域?qū)儆谶吔鐥l件簡(jiǎn)單的水域，結(jié)合水源地周邊污染源的分布和排放特征，采用有邊界水域連續(xù)點(diǎn)源的穩(wěn)態(tài)排放模型進(jìn)行模擬計(jì)算。由于該水源地受面污染源為主要水質(zhì)影響因素，二級(jí)保護(hù)區(qū)陸域范圍為：二級(jí)保護(hù)區(qū)水域兩岸外防洪堤以內(nèi)陸域（不含防洪堤）。

式中：

C——濃度預(yù)測(cè)值(mg/L)；M——濃度源強(qiáng)(mg/L)；n——邊界的反射次數(shù)；y——縱向距離(m)；x——橫向距離(m)；h——混合水深(m)；ux——x方向的流速分量(m/s)；Dy——y 方向的擴(kuò)散系數(shù)(m2/s)；B——平均河寬(m)；K——污染物的降解速率（m3/s）。

根據(jù)河段特征和水動(dòng)力特點(diǎn)，上游污水處理廠排污對(duì)下游保護(hù)區(qū)的影響，選用二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模式進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算。

混合過程段的長(zhǎng)度估算采用環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則—地面水環(huán)境相關(guān)公式：

沿程水質(zhì)預(yù)測(cè)采用二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模式：

式中：C——濃度預(yù)測(cè)值(mg/L)；Ch——濃度本底值(mg/L)；Cp——污染物排放濃度(mg/L)；Qp——污水排放量(m3/s)；H——混合水深(m)；u——平均流速(m/s)；My——橫向混合水深(m2/s)；B——平均河寬(m)；K1——降解系數(shù)(1/d)。

本河段坡降為0.31%，評(píng)價(jià)河段的其他參數(shù)取值詳見表1。

表1 各參數(shù)取值表

通常綜合降解系數(shù)的確定主要通過水團(tuán)追蹤試驗(yàn)、實(shí)測(cè)資料反推、類比法、分析借用等方法確定。本研究參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料進(jìn)行類比分析，詳見表2。最終確定綜合降解系數(shù)K值。

表2 參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)K值匯總表（單位：1/d）

總磷降解系數(shù)的研究較少，本次總磷降解參數(shù)選取自參考文獻(xiàn)[5]，取值為0.08。

此次研究流域河流綜合降解系數(shù)按最保守值確定K值，見表3。

表3 研究范圍內(nèi)水體降解系數(shù)推薦值（單位：1/d）

5.2 保護(hù)區(qū)劃定方案

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，高錳酸鹽指數(shù)從6 mg/L衰減到4 mg/L的距離為2100 m，氨氮從1 mg/L衰減到0.5 mg/L的距離為2800 m，總磷從0.2 mg/L衰減到0.1 mg/L的距離為1000 m。鑒于水源地取水口存在總氮不能滿足地表水Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，因此在劃分時(shí)，酌情擴(kuò)大水源保護(hù)區(qū)范圍。結(jié)合水源地周圍環(huán)境現(xiàn)狀，最后確定水廠取水口二級(jí)水源保護(hù)區(qū)范圍為取水口上游4000 m，下游300 m范圍水域及兩岸外延至防洪堤壩范圍內(nèi)的陸域（不含防洪堤）。采用類比經(jīng)驗(yàn)方法確定水廠取水口飲用水水源一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍為取水口上游1000 m，下游100 m范圍水域及兩岸外延至防洪堤壩范圍內(nèi)的陸域（不含防洪堤）（見表4）。

表4 水廠飲用水水源保護(hù)區(qū)劃定范圍

6 結(jié)論

綜上所有分析過程與結(jié)果，飲用水水源保護(hù)區(qū)劃定以HJ 338—2018《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》為主要依據(jù)，結(jié)合水源地周邊情況，包括水源地水質(zhì)狀況、周邊污染源分布、地形地貌及周邊土地現(xiàn)狀來(lái)確定科學(xué)合理的劃定方法。以本水源地為例，當(dāng)周邊污染源較為復(fù)雜，對(duì)水源地存有污染風(fēng)險(xiǎn)或水源地水質(zhì)存在部分不達(dá)標(biāo)的情況時(shí)，水源保護(hù)區(qū)劃定應(yīng)更為謹(jǐn)慎，應(yīng)將水源保護(hù)區(qū)范圍進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大。已劃定的水源地應(yīng)逐步科學(xué)地調(diào)整飲水水源地，保證供水質(zhì)量[6]。

水源保護(hù)區(qū)劃分常用的方法有數(shù)值模型計(jì)算法、類比經(jīng)驗(yàn)法等，為了準(zhǔn)確合理地劃定保護(hù)區(qū)范圍，應(yīng)擬用多種方案，并在進(jìn)行劃定后對(duì)結(jié)果合理性進(jìn)行比對(duì)，以此來(lái)確定最優(yōu)的劃定方案。本文系統(tǒng)梳理的河流型飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)方法，分析總結(jié)出該類型保護(hù)區(qū)劃分過程中需要注意的技術(shù)要點(diǎn)，為今后劃分同類型區(qū)域、污染特征的水廠飲用水水源保護(hù)區(qū)提供借鑒。