漳卫南运河子流域污染物总量控制研究（邱如稚,李迎霞,李春晖,杨志峰,鱼京善）

时间：2022-02-24 15:13:16 浏览量：次

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摘要：漳卫南运河子流域水资源矛盾突出，水污染问题严重，现有污染物排放总量已大大超过该流域的环境承载能力，对其水环境污染物进行总量控制设计及管理具有十分重大的意义。根据漳卫南运河子流域水环境综合管理基线调查报告以及从当地流域管理部门调查得到的数据，利用一维水质模型，计算得到子流域COD和氨氮的环境容量分别为30410.71 t/a和1433.03 t/a。根据环境容量设计了总量控制方案，污染物排放量第一次削减于2010年达成，所有排污口均达标排放， CODMn和氨氮的允许排放总量分别为151228 t/a和7077 t/a；第二次削减计划到2020年最终达成，CODMn和氨氮的允许排放总量将降至29184 t/a和1423 t/a。实施该总量控制后，漳卫南子流域的污染物排放总量能够小于该子流域的环境容量，使流域的水环境逐步得到恢复。

关键词：总量控制，总量分配，环境容量，漳卫南

1概述

近20年来，随着我国社会经济的持续飞速发展，城市化进程加快，用水量剧增，工农业废水和生活污水排放量也急剧增加，水环境恶化问题日益突出[1]。根据国家环保总局（现国家环境保护部）《2004 年中国环境状况公报》资料表明：2004 年，我国七大水系的412个水质监测断面中，Ⅰ～Ⅲ类的断面仅占41.8％；Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例则分别为30.3％和27.9％；七大水系中的珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河水质最差。

严重的水质污染问题，不仅使有限的水资源无法得到使用，也使农产品受到污染，影响了人民健康和农民的收入[2]。在地区间存在水源分配的矛盾尚未得到很好解决的情况下，现在又增加了地区间排放废污水的矛盾，激化了地区间的冲突 [3]。因此，必须迅速有效地控制水环境污染，保护水资源质量，以水资源的可持续开发利用支持社会经济的可持续发展[4]。

污染物排放总量控制是环境污染控制的一种行之有效的手段。它是控制污染源发展趋势、改善环境质量，实现经济社会可持续发展的重要途径，同时也是我国环境管理的基本制度之一[5]。因此，对水污染物总量控制的方法研究，总量分配的方案研究，具有十分重要的意义。

漳卫南运河子流域位于海河流域南部，主要河流自西向东分漳河、卫河、卫运河、南运河及漳卫新河共5条，流经山西、河南、河北、山东四省及天津市的13个地市、70多个县（市），流域总面积37700km2。漳卫南运河子流域的水资源短缺状况居海河流域之首，人均水资源量仅为240m3，属于资源性严重缺水地区。同时，漳卫南运河子流域的水污染问题也十分突出，子流域排污量占海河流域20%以上。对漳卫南运河子流域11个主要控制断面监测表明，除了天津洪泥河的生产圈闸为IV类水质外，其余断面全部为劣V类水质，主要超标因子为CODMn（高锰酸盐指数）、氨氮（NH3-N）、石油类等[6]。

因此，对漳卫南运河子流域的水资源水环境综合管理具有十分重大的意义。而对水污染物总量控制的研究作为其中最为关键的环节之一，具有必要性和紧迫性。

2计算方法

根据漳卫南运河子流域水环境综合管理基线调查报告中提供的水质、社会、经济数据，以及该流域的水文水利数据，计算漳卫南运河子流域的环境容量。然后以此次计算的环境容量为依据，对污染物排放量的分配，以及各排污口的减排量进行设计，得到各省、市的允许排污总量。

2.1环境容量计算方法

采用一维水质模型对污染物的降解规律进行模拟。首先将计算河段内的多个排污口概化为一个集中的排污口，概化排污口位于河段中点处，相当于一个集中点源，该集中点源的实际自净长度为河段长的一半，设河段长度为L，则污染物自净长度为L/2。采用功能区下断面达标原则。基于一维对流推移方程[7]，推导出河段水环境容量的计算方程:

式(1)中，M为河段水环境容量，C0为起始断面污染物浓度，Cs为终止断面污染物浓度，Qr为设计流量，u为设计流速，k为污染物降解系数。

对于设计流量Qr，确定方法为[8]：1）有水文系列长资料时,采用水文保证率为90%作为设计流量; 如果此设计流量为0, 则采用近10年最枯月平均流量。2）无水文资料时，若上下游有资料，采用内插法；若无上下游资料，在流量较小的卫河，较小的支流都取0.1 m3/s, 在流量较大的漳河, 较小的支流根据干流情况取0.25-0.5倍干流流量。本研究中降解系数k根据华北若干河流的经验数据取值[9]：kCOD在小支流和干流分别取0.25和0.5；KN-NH3在小支流和干流分别取0.15和0.25。

设计流速u的确定方法主要有以下两种: 1）在实测资料比较丰富的地区，能绘制出水位～流量、水位～面积关系曲线，在已知设计流量情况下，即可以推求断面设计水位和相应面积，然后确定设计流速；2）无资料时，可采用经验公式计算断面流速。由于漳卫南子流域没有河流流速的实测资料，本研究中采用的是杨百成提供的经验公式：u=0.29Qr0.33[10]。

2.2排污总量分配方法

对于允许排污量的分配，目前被普遍认可的分配方法有按比例分配、按贡献量分配和平均分配等，如表1所示。

尽管按现状排污量等比例分配存在一些缺陷，但目前仍然是最常用的一种分配方式，并且有利于尊重历史形成的排污格局和保持良好的延续性[12]，因此本文采用现状排污量等比例分配的方式对排污口进行排污量分配，目的在于计算出满足环境容量要求时每个排污口相比现有排污量所需要减排的污染物量，进而统计出各个行政区域的允许排污总量。

本研究中，首先根据《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中的要求，分析了各排污口排污浓度是否达标。对现状排污超标的排污口进行第一次削减。根据现状排污量等比例分配的原则，计算出它们均达标排放时需要削减的污染物排放量，此时无需考虑达标排放的排污口。由于所有排污口均达标排放时的污染物总量仍然远大于环境容量，故对所有排污口均进行第二次削减。

先将二次削减的污染物总量根据达标排污口和超标排污口排污总量现状比例进行分配，再分别在达标和超标两类排污口内部依据排污现状对削减量进行等比例分配，最后将各个排污口两次削减的污染物量相加，即得到每个排污口的排污削减量总量。

3污染物总量计算结果

3.1环境容量计算结果

根据以上方法及基线调查的数据，计算得到漳卫南子流域重要水功能区的CODMn和氨氮的环境容量，分别是30410.71 吨/年和1433.03 吨/年，而该流域2003年污染物排放状况是COD排放量23.1万吨/年，氨氮排放量1.65万吨/年。两者相比，在此流域内污染物的入河排污量远大于河流的环境容量，此流域的水环境承受着超过自身承载能力的压力。特别是河南省，由于印染、造纸等高污染行业的集中，污染物入河排污量是环境容量的7倍以上。

3.2污染物减排量计算结果

根据基线调查报告，漳卫南流域共有101个主要的入河排污口，其中山西省20个，河北省9个，河南省62个，山东省10个。排污行业主要有造纸、化工、印染、医药、煤电等以及城镇生活污水。

对于达标排放的排污口，第一次不需要减排，故维持其原有排污量即可，此部分污染物排放量不需要计入减排量中。对于超标排放的排污口，先根据其入河污水量和污水达标排放标准值计算出各自允许排放的污染物量，再与现有排污量比较，得到图1。其中COD需减排现有排放总量的93.87%，氨氮需减排现有排放总量的77.76%。

图3中，“Q(总)”是指根据《基线调查报告》统计出的全流域现有污染物排放总量；“Q(减)”是指全流域除达标排放的排污口外的其他排污口现有污染物排放总量，即“Q(总)”减去所有达标排放的排污口现有污染物排放量得到的结果；“Q(达)”是指当所有超标排放的排污口都达标排放时，所有排污口的排污总量（达标排放的排污口以现有排污量计算），“Q(容)”是指全流域的环境容量。

与计算得到的环境容量比较，当所有排污口都达标排放时，COD排放量和氨氮排放量仍然超过了环境容量，分别是环境容量的5.36倍和4.97倍。

3.3污染物总量控制方案

在计算出各排污口各自的排污削减量之后，按照地级行政区将污染物允许排放总量统计汇总，得到最终的总量控制方案，如图2所示。

由于漳卫南运河子流域社会经济发展水平比较低，想要在短期内达到环境容量的要求非常困难，因此将两次的削减过程设置为近期和远期两部分完成[13]。第一次削减计划在2010年达成，漳卫南运河子流域CODMn和氨氮的允许排放总量分别为151228 t/a和7077 t/a，削减量分别为57219.69 t/a和9662.37 t/a,所有排污口均达标排放;第二次削减由于减排量很大，对经济、技术的要求比较高，因此计划延续到2020年最终达成，CODMn和氨氮的允许排放总量将降至29184 t/a和1423 t/a，设计的削减量分别为132536.43 t/a和5692.79 t/a，在10年中逐步完成。

4结语

（1）基于漳卫南运河子流域水资源水环境综合管理基线调查报告，利用一维水质模型计算得到了该流域重点水功能区CODMn和氨氮的环境容量，分别是30410.71 t/a和1433.03 t/a。

（2）依据计算所得环境容量，对漳卫南运河子流域各地级市的污染物允许排污量进行了分配，到2010年，漳卫南运河子流域各污染源的污染物排放浓度能小于或等于国家地表水水质标准中对应功能区的水质标准要求，CODMn和氨氮的削减量分别为57219.69 t/a和9662.37 t/a；到2020年，漳卫南运河子流域的污染物排放总量将小于该流域的环境容量，CODMn和氨氮削减量分别为132536.43 t/a和5692.79 t/a，在10年中逐步完成。

参考文献

[1]李玲玲.我国城市水危机的形成与治理[J].水利发展研究.2004，4(11)：40-43.

[2]刘洁，冯银厂，朱坦.总量控制在环境管理中应用[J].城市环境与城市生态.2003，16(1)：59-61.

[3]EPA. Total Maximum Daily Loads(TMDLs) A Watershed Planning Tool for Counties. http://www.epa.gov/owow/tmdl, 2008.

[4]Arturo A. Keller_, Lindsey Cavallaro. Assessing the US Clean Water Act 303(d) listing process for determining impairment of a waterbody[J]. Journal of Environmental Management. 2008,86:699-711.

[5]王宁. 关于污染物总量控制的问题探讨[J]. 环境科学与技术（增刊）.2005，28：66-67.

[6]漳卫南运河管理局GEF海河项目办,漳卫南运河管理局规划设计研究院.漳卫南运河水资源水环境综合管理战略行动计划（SAP）基线调查报告.2006.

[7]张家贤，田一平，孙瑞林，肖锐敏，张文漫.河流水环境容量及其计算方法[J].环境科学与技术.1991(2)：7-12.

[8]韩佳明主编. 环境污染总量控制与环境监测实用技术手册. 北京：中国环境科学出版社，2007.

[9]孟伟主编. 流域水污染物总量控制技术与示范. 北京：中国环境科学出版社，2008.

[10]杨百成，李增强. 水文断面枯季平均流速流量经验公式拟合的初探. 海河水利，2002, 6, 18-19.

[11]刘新斌. 污染物总量控制研究动态与趋势分析[J]. 江西化工.2006，4：76-79.

[12]EPA. Total Maximum Daily Loads with Stormwater Sources: A Summary of 17 TMDLs. www.epa.gov/owow/tmdl/techsupp.html, 2007.

[13]EPA. Overview of Current Total Maximum Daily Load - TMDL - Program and Regulations. http://www.epa.gov/owow/tmdl, 2007.

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