长庆溪流域水环境容量的研究

134 HUANJINGYUFAZHAN ▲长庆溪流域水环境容量的研究
姚鹏程1，潘文斌1，陈弘2
（1.福州大学环境与资源学院，福建 福州 350108 ；2.福建省环境科学研究院，福建 福州 350000）摘要：为了明确长庆溪流域水环境容量，改善水质不断恶化的状况，促进区域经济与水环境容量的协调发展，本文以长庆溪流域为研究对象,
通过对水文特征、污染物特征、水环境现状调查,同时结合水环境容量计算方法,选用一维水质数学模型对其水环境容量进行计算分析。

计
算结果表明，在最枯月90%保证率和最枯月30年平均流量的两种不同水文条件下，COD的环境容量分别是708.6 t/a,317.06 t/a；NH3－N
的环境容量分别是38.96 t/a,13.96 t/a。

结合长庆溪流域的现状排污量可知，在现状稳定排污达标情况下，该流域顺达-芦阳桥段尚有一定的
剩余环境容量。

该结果可为该流域污染物总量分配方案的制定提供决策依据。

关键词：长庆溪流域；水质模型；水环境容量
中图分类号：X321 文献标识码：A 文章编号：2095-672X(2018)01-0134-03
DOI:10.16647/15-1369/X.2018.01.074
Research on water environmental capacity of Changqing River Basin
Yao Pengcheng1，Pan Wenbin1，Chen Hong2
(1. School of Environment and Resources, Fuzhou University, Fuzhou 350108,China;2. Fujian Province Environmental Research Academy,Fuzhou 350000,China)
Abstrct: In order to define the environmental capacity and improve the deterioration of water quality in Changqing River basin and promote the harmonious development of economy and aquatic environment capacity，analyses on the present situation of water quality of Changqing River basin are conducted.The hydrological characteristics,the contamination characteristics and the water environment status were bined with the design procedure of the water environmental capacity,one-dimensional water quality model was selected to calculate and analyze the water environmental capacity of Changqing River basin.The results showed that on the basis of the two hydrological conditions including minimum monthly flow with 90% guarantee rate and minimum monthly average flow in recent 30 years,the water environmental capacities of COD are estimated to be 708.6 t/a,317.06 t/a,respectively,and the water environmental capacities of NH3－N are estimated to be 38.96 t/a,13.96 t/a,respectively．Combining with the current emissions of pollutants we can know there is a certain residual environmental capacity in the Shunda - Luyang section of the basin under the condition of stable standardized discharge.The results can provide the basis for the formulation of the total pollutant distribution scheme.
Key words: Changqing River Basin；water quality model；water environmental capacity
水环境容量是一种有限的可再生自然资源，是经济与社会发展的基
础,也是水环境污染控制和治理的重要依据。

水环境容量的大小取决于
水体的自然特性、水质标准和污染物本身的特性等[1]。

文中研究的流域
长庆溪在嵩口镇汇入大樟溪，其汇合口下游尚有多处水源保护区，而长
庆镇蜜饯加工废水对长庆溪的长期污染，势必对大樟溪干流的用水水质
安全造成隐患，影响水体的正常功能。

鉴于此，本文对长庆溪流域进行
水环境容量分析, 以期为区域水污染控制提供决策依据。

1 研究区概况
长庆溪是大樟溪上游的一级支流，位于福建省福州市永泰县的西北
部，流域面积达253km2，发源于闽清池园，主河道长16.5km，平均坡
降8.8‰。

长庆溪由下际支流和长庆支流组成，其中下际支流塔山汇合
口以上流域面积118km2；长庆支流塔山汇合口以上流域面积108.3km2，
塔山汇合口至大樟溪区间流域面积 26.7 km2。

长庆溪流域气候属中亚热
带季风气候区，气候温和，雨量充沛。

年平均气温18.9℃，年平均相对
湿度为79.8%，年平均降水量1600mm。

表1 长庆溪流域污染物入河量
污染物类别
COD入河量(t/a)NH3-N入河量(t/a)点源面源点源面源
小计50.73567.567.6100.220
总计118.2957.830
根据长庆溪流域水质监测数据,该流域大部分水质为劣Ⅴ类，主要污染物为COD和氨氮，主要污染源为工业污染。

根据调查得到流域范围内主要企业和污水处理站的排污量，可计算出点源排放污染量；借助BASINS系统中的PLOAD模型的简易法来计算流域范围内因降雨产生的非点源污染负荷；参考中国环境规划院制定的《水环境容量技术指南》，确定非点源入河系数（取0.05），最终将长庆溪流域径流污染物产生量折算为入河量。

其2015年污染物的入河量详见上表1。

2 水质指标和模型的选取
参考《福州市地表水环境功能区划定方案》，长庆溪全段均属于Ш类水域功能。

其水环境功能区执行GB3838－2002《地表水环境质量标准》Ш类标准并以此为水环境质量评价标准，利用福州大学于2015年12月28日对长庆溪流域地表水环境的水质监测数据（监测断面具体位置详见表2-1），采用中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T2.3－93《环境影响评价技术导则》所推荐的单项评价标准指数法评价长庆溪流域内的水环境质量现状，从而确定了长庆溪主要水质超标因子为高锰酸盐指数( COD Mn)和氨氮( NH3－N)，将这2个主要水质因子作为水质模型模拟和水环境容量计算的水质指标。

表2 水环境质量现状监测断面布设一览表
代码断面名称断面位置说明
G1干流断面1流域出口
G2干流断面2芦洋桥断面上游2.61km
G3干流断面3 顺达排污口上游30m
G4干流断面4芦洋桥断面上游15.62km
G5干流断面5芦洋桥断面上游20.24km
Z1支流断面1支流1和长庆溪交汇处沿支流上游0.23km
Z2支流断面2支流2和长庆溪交汇处沿支流上游0.04km
Z3支流断面3支流3和长庆溪交汇处沿支流上游0.23km
Z4支流断面4支流4和长庆溪交汇处沿支流上游0.11km
Z5支流断面5支流5和长庆溪交汇处
Z6支流断面6支流6和长庆溪交汇处沿支流上游0.37km
Z7支流断面7支流7和长庆溪交汇处沿支流上游0.07km
因长庆溪流量Q<150m3/s,属于中小型河流，河道窄浅，污染物进
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入水体经过河流稀释与扩散的作用后，能够在较短的时间内均匀混合且污染物浓度在河段横向方向上没有很大的变化，横向及垂向上的污染物浓度梯度可以忽略。

所以，本文在计算长庆溪流域水环境容量时，选用一维水质模型以及水环境容量模型[2]。

3 模型设计条件
3.1 控制断面
长庆溪流域属于水质要求略低、经济不太发达的流域，主要污染源（蜜饯企业）均在顺达公司排放口之下，因此本文选择段尾控制法[3]。

故本方案共计1个计算单元，该计算单元起始断面为顺达公司排污口上游30m，芦阳桥断面为计算单元的终止断面，详见表3。

表3 长庆溪水环境容量计算单元
断面名称所在功能区
所属乡镇控制流域面积(km 2)
距起始断面(km)
G3III 长庆57.20G1
III
嵩口
253
13.67
3.2 水文条件
本文选用的水文设计条件为大樟溪流域历年最枯月90%保证率流量、最枯月近30年平均流量以及枯水期近30年平均流量三种情况。

收集并整理永泰水文站（该站控制流域面积为4034km 2）近三十年1～12月各月的平均流量数据，统计每年最枯月所在月份及流量，把流量数据从大到小顺序排列，根据公式(1)计算经验频率，结合Excel 电子表格处理绘制海森概率格纸，从而绘制P-III 型水文频率曲线。

由曲线可得：永泰水文站90%频率下的设计流量为64.6m 3/s。

经验频率公式：00i 1001
n m
P ×+= 公式（1）
式中：P i ——经验频率； n——序列长；m——将实测值按大小顺
序排位后的序号。

收集并整理永泰水文站1982年～2012年各月平均流量数据，统计每年最枯月、枯水期所在月份，计算永泰站平均流量，可知大樟溪永泰水文站最枯月90%保证率、最枯月、枯水期设计流量分别为：64.6 m 3/s、21.7 m 3/s、109.2 m 3/s。

综合上述结果，本文仅计算最枯月90%保证率和最枯月设计流量两种情况。

3.3 计算各断面设计流量
根据永泰水文站的设计流量，采用径流面积指数法推算各断面设计流量[4]，结果见表4。

表4 长庆溪各断面设计流量与流速单位：m 3
/s与m/s
断面名称所在功能区
最枯月90%保证率流量最枯月90%保证率流速最枯月30年平均流量最枯月30年平均流速G3III 0.91590.23460.30770.1143G1
III
4.0512
0.1744
1.3610
0.0850
河流各断面设计流速可以用以下公式进行计算：V = Q / A 公式（2）
式中：V——设计流速，m/s；Q——设计流量，m 3/s；A——过水断面面积，m 2。

对于无实测资料的河段，断面面积可以通过以下公式计算[5]
：A = W × H 公式（3）W = 1.22 Q 0.557 公式（4）H = 0.34 Q 0.341 公式（5）
式中：W——设计流量下的平均河宽，m；H——设计流量下的平均水深，m。

支流各断面水文参数设计见表5。

表5 支流河流各断面水文参数
河流名称距起始断面位置（m）流域面积（ha）最枯月90%保证率设计流量（m 3/s）最枯月90%保证率流速(m/s)最枯月30年平均设计流量（m 3/s）
最枯月30年平均流速(m/s)Z71301496.70000.23970.20630.08050.1005Z61320377.42280.06040.09970.02030.0486Z53100588.15000.09420.08310.03160.0405Z43980527.48610.08450.03820.02840.0186Z35460559.30520.08960.14660.03010.0714Z2763011942.9089 1.91250.15430.64240.0752Z1
12720
794.7197
0.1273
0.2438
0.0428
0.1188
3.4 排污口概化
为了计算方便，一般将排污口根据以下几点进行处理：
（A）污水排放流量较大的企业排污口，可以作为独立的排污口处理；（B）距离较远且排污量都较小的分散排污口，一般概化为非点源，仅影响水域水质本底值；（C）多个排污口距离较近，可将几个排污口简化为集中的排污口，即概化排污口。

排污口概化计算方法[6]：
i
n
1
i i i
i n
1i i Q x Q x C C ∑∑===集 公式（6）
节点物质平衡方程：
取水口排污口支流干流混合前取水口
取水口排污口排污口支流支流干流混合前干流混合前干流混合后Q Q Q Q Q C Q C Q C Q C C −++−++=
公式（7）
根据以上排污口概化计算方法，对长庆溪各排污口概化，COD 与氨氮排放浓度取允许排放浓度最大值。

考虑到水系较短，其降解污染物能力有限，故将所有污染物的降解系数设置为0。

4 水质降解系数确定与指数换算
污染物降解系数主要通过水团追踪试验[7]、实测资料反推[8]、类比法、分析借用等方法确定[9]。

考虑到研究水系较短且水系中污染物的降解能力有限，将所有污染物的降解系数设置为0。

由于河流常规监测的是COD Mn 而不是COD cr ，所以必须先进行换算。

借鉴闽江流域水环境容量研究的研究成果（福建省环境科学研究院，2014年12月），确定换算系数为3.7，详见表6。

表6 各类水域高锰酸盐指数和CODcr的换算关系
水域类别
II 类水域III 类水域IV 类水域
备注本方案确定值
标准关系换算法y=3.75x
y=3.33x
y=3x
y：CODcr 的浓度，mg/L
x：高锰酸盐指数浓度，mg/L
3.7
5 水环境容量计算
综合考虑研究区域的实际情况，采用模型试错法，是目前比较常用的水环境容量计算方法[10]。

根据以上选定的计算模型与设计条件，通过试错法结合同时满足III 类水体水质指标情况下反推COD 总量和氨氮总量，得到长庆溪顺达-芦阳桥水域的理想水环境容量，计算结果见表7。

表7 长庆溪顺达-芦阳桥水域理想水环境容量单位：t/a
水域范围
最枯月90%保证率最枯月近30年平均COD NH 3-N COD NH 3-N 顺达-芦阳桥
719
39
328
14
5.1 水环境容量的核定
河流环境容量的核定，注意排除非点源污染负荷。

理想水环境容量和非点源污染入河量的设计条件不同，所以不能直接把理想水环境容量减去非点源入河量[11]。

从1993～2013永泰水文站降雨量资料中获得的永泰降水的月值数据，研究区最枯月降雨量约占全年降雨量的1.5%，
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而以最枯月计算全年12个月的降雨量则占全年降雨量的18%。

面源污染入河量要考虑降水径流系数，取径流系数0.9，则以最枯月计面源污染入河量约占全年面源污染入河量的16.2%，计算结果见表8。

扣除了非点源污染入河量后得到长庆溪顺达-芦阳桥水环境容量，见表9。

表8 以最枯月计各水域范围非点源污染入河量单位：t/a
项目COD NH 3-N 全年
67.560.22最枯月计得顺达-芦阳桥
10.945
0.0357
表9 长庆溪水域范围水环境容量单位：t/a
水域范围最枯月90%保证率最枯月近30年平均COD NH 3-N COD NH 3-N 顺达-芦阳桥
708.06
38.96
317.06
13.96
6 结语
通过对长庆溪水环境容量模型的建立和模拟以及其容量测算结果可知，只要现有企业稳定达标排放，该流域顺达-芦阳桥段尚有一定的剩余环境容量。

在企业不搬迁情况下，相关部门应对企业允许排污量分配按照企业污水设施设计排放量来进行总量控制和排放浓度达标监管。

但是从环境管理的角度,通过对流域内蜜饯企业的整体搬迁入园，更有利于该小流域的生态恢复和环境保护，对大樟溪流域整体水环境保护具有现实意义。

参考文献
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[10]周刚,雷坤,富国,毛光君. 河流水环境容量计算方法研究[J]. 水利学报,2014,(02):227-234+242.
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收稿日期：2017-12-11
作者简介：姚鹏程（1992-），男，硕士研究生，研究方向为区域流域规划与管理方面。

（上接第133页）
2.4 环境监测为环境治理效果提供可靠的判定依据
在相关的环境污染治理措施实施之后，会在一定程度上对环境产生作用，这些作用能够改善环境污染的情况，利用环境监测的数据可以直接的反应环境污染改善的情况，同时利用环境监测数据，能够直接地反应环境质量效果，向环境污染治理的有关部门和单位能够根据环境监测数据，科学有效地评价环境治理效果。

例如：在大气污染治理工作中，首先利用环境监测方法获取相应的监测数据，接着研究和评估大气污染治理措施的效果，有关部门在有效地评价大气污染治理措施的效果之后，对是否进一步使用治理方法或者是更改实施的治理方案进行判定，因而有利于提高大气污染治理方案的合理性和实用性。

3 环境监测工作在环境治理工作中的意义
环境监测工作对于环境治理工作具有重要的意义，将环境监测手段运用到环境治理工作中，可以从动态上了解环境质量状况的变化情况，同时可以在动态上监控环境治理工作的效果，利用环境监测方法，有利于开展环境质量健康情况的评估工作。

在环境治理中使用有效地环境监测方法，可以保证环境治理措施的合理性和针对性，合理地评估环境治理工作的效果是否合格，对环境的污染情况和引发环境污染的因素有一个清晰地认识，并且也能够了解污染物具体的分布情况，促进环境治理工作效率和质量的提升。

合理地使用环境监测数据，能够使人们清晰地
认识到环境污染所带来的损失，例如：经济损失、生态环境效益损失等等，加强人们环境保护的意识，从而方便环境治理工作的实施。

4 结语
总而言之，在环境治理的过程中，环境监测发挥着促进性的作用，所以要将环境监测工作落实到位，为环境治理工作的效果和质量奠定基础，促进环境质量的提升，进而满足人们日益增长的环境质量要求，同时为社会经济的可持续发展提供支撑，在整体上促进社会的进步和发展。

参考文献
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收稿日期：2017-11-28
作者简介：徐方（1982-），男，本科，注册环评工程师，研究方向为环境监测。