辽宁省辽河流域水功能区纳污能力分析_颜凡尘

东北水利水电2006年第7期(第24卷264期)

[

收稿日期]2005-12-02[

作者简介]颜凡尘,男,辽宁沈阳人,高级工程师,主要从事水资源规划、水环境保护等工作。辽宁省辽河流域水功能区纳污能力分析

颜凡尘1,兰荣华1,刘元亮

2

[摘要]本文结合辽宁省辽河流域水资源现状,采用相关水质模型分析流域水功能区纳污能力,并提

出了入河污染物分阶段控制目标。

[关键词]水体纳污能力;辽河流域;水质模型;水功能区[中图分类号]X 824

[文献标识码]B

[文章编号]1002-0624(2006)07-0058-02

(1.

辽宁省水利水电勘测设计研究院,辽宁沈阳110006;2.大连市碧流河水库管理局,辽宁大连116000)辽河流域位于我国东北地区西南部,流域总面积21.96万km 2。流域由辽河及大辽河两个独立的水系构成,其中辽河发源于河北省七老图山脉的光头山,流经河北、内蒙古、吉林、辽宁四省区,经盘锦入海,河流全长1345km ;大辽河由发源于辽宁省境内的浑河与太子河在盘锦市三岔河附近汇合而成,经营口入海,其中浑河长415

km ,太子河长413km ,大辽河长95km 。

辽河流域辽宁省境内流域面积6.92万km 2

,

占流域总面积的31.6%。辽河流域在辽宁省境内是城市群最集中、人口最密集、工农业最发达、污染最严重的区域。流域内集中了全省14个地级市中的沈阳、鞍山、抚顺、本溪、辽阳、营口、盘锦、铁岭等8个城市、6个县级市,流域总人口2215万人,占全省总人口的59.4%,工农业总产值占全省的70%以上。然而流域人均水资源量仅为623

m 3,远低于全国平均水平。目前,流域水资源开发

利用率已达76.3%,其中大辽河水系已达81.0%,分别超过全国平均值的36.3%和41.0%。由于水资源开发利用率高,河道径流日趋减少,加之城市密集,污水排放集中,废水量大,河流水质处于连续严重污染状态,并且已波及到沿河地下水。

1流域水体纳污能力分析

(1)水质模型选择。由于不同的水质模型,其结构和复杂程度、适用条件以及对数据的需求也各不相同。因此,水质模型的选择,应结合工作目标要求和流域自身条件,既要考虑难易程度、数据信息量要求,又要考虑其适用性。过高的要求或模型过于复杂,往往会由于数据量不足或适用性差而带来与预期目标相反的结果。根据辽宁省水功能区设计流量较小、枯水期水面较窄的实际情况,其纳污能力的分析主要采用以下模型。

完全稀释混合模型:

C 混=

C 干Q 干+C 支Q 支

Q 干+Q 支

式中C 混—完全混合的水质浓度,m g/L ;Q 干,C 干—干流上游设计来水量(m 3/s )与水质浓度(m g/L );Q 支,C 支—支流设计来水量(m 3/s )与水质浓度,(m g/L )。

一维稳态模型:

u

!-!C !X

=-kC 解得:C (x )=C 0e xp (-k ・x/u )

式中C (x )—控制断面污染物浓度,m g/L ;C 0—起

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(下转第69页)

始断面污染物浓度,m g/L ;k —污染物综合自净系数,1/s ;x —排污口下游断面距控制断面距离,m ;u —相应设计流量的平均流速,m /s

。对于某一功能区段,计算时将河段内的多个排污口概化为一个集中的排污口,概化的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1/2,则功能区段下断面污染物浓度为:

C X=L =C 0e x p (-kL/u )+(M /Q )e xp (-kL/2u )

式中Q —设计流量,m 3/s ;M —污染物最大允许入河速率,g/s 。

由此可推得功能区段纳污能力M 为:

M =(C S -C 0e x p (-kL/u ))/e x p (kL/2u )Q

上式中M 值是瞬时污染物最大允许量(g /s ),而功能区目标管理分配的总量通常是以年计算和考核,因此计算后应将其转换为以年为时间段的允许纳污量。

(2)模型参数估值。为简化计算,在水质模型中,将污染物在水体中的物理降解、化学降解和生物降解等过程概括为污染物综合衰减系数,该系数一般通过水团追踪试验、实测资料反推、类比和分析借用等方法确定。因受时间和所掌握的监测资料限制,本次计算中污染物综合衰减系数主要采用分析借用法和类比法确定。

(3)水质目标值确定。各功能区控制点水质目标的取值,根据《辽宁省水功能区划》中确定的功能区段水质目标类别,按《地表水环境质量标准》(G B3838-2002)中相应类别的浓度值选取,见表1。

表1

C O

D c r 和氨氮标准值m g/L 具体计算时,上段水功能区水质目标值作为下段流入断面的本底浓度,上段水功能区内的水质不能仅保证本区内的取用水功能,还应兼顾出界提供给下段的水质达到功能区要求。

若计算河段为河源段,则源头水水质C 0值按CO D 10m g/L 、氨氮0.25m g/L 计算;若计算河段为过渡区,当过渡区无排污时,采用一维模型推求过渡区上断面水质,即:

C 上(x)=C

下

e x p (-k ・x/u )

式中C 上(x )

—过渡区上断面污染物控制浓度,m g /L ;C 下—过渡区下断面污染物控制浓度,m g/L ;其它

符号意义同前。

当过渡区有排污量S ,则采用下式推求过渡区上断面水质,即:

C 上e

-k L

u

+S u QkL

(1-e -k L

u

)=C 下,C 上=C 下-S u QkL (1-e

-k L

u

)

e

-k

L

u

式中S —过渡区排污量,kg /d ,其它符号意义同前。

2纳污能力计算结果

根据上述目标值及边界条件,利用选定的水质模型,经计算,辽宁省内辽河流域C O D c r 和氨氮的纳污能力分别为17.47万t /a 和0.94万t /a 。按水资源区汇总成果见表2。

表2辽宁省辽河流域各水资源区纳污能力统计表

从表2可以看出,流域C O D 和氨氮纳污能力仅占现状入河量的46.5%和23.8%,造成水体纳污能力低下的原因,与辽宁省辽河流域水资源短缺、城市密集、功能区段普遍较短、水污染物排放量大有直接关系,若在短期内实现流域水功能区达标,污染物削减量很大,治理任务十分艰巨。

3入河污染物分阶段控制目标

为缓解辽宁省辽河流域现阶段水污染治理压力,以及大量集中的建设资金投入和社会承担过高污水处理费所引发的问题,实施过程中可按照功能区的重要程度(如饮用水源区应近期优先达标)和污染治理的水平,分期实施,使水功能区逐步达标。即到2010年,地表饮用水水源及保护区全部达标,为集中式地下饮用水水源补水的河段,达到Ⅳ类水体标准,其余河段达到Ⅴ类水体

污染物

Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类CO D c r ≤15≤15≤20≤30≤40氨氮

≤0.

15≤0.

5≤1.

0≤1.

5≤2.

0水资源二级区水资源三级区

废污水(亿t /a )入河量(万t /a )纳污能力(万t /a )

CO D 氨氮CO D

氨氮辽河干流柳河口以上 1.22 3.910.27 2.160.12辽河干流柳河口以下 1.09 2.180.28 1.060.08浑太河浑河

7.3414.66 1.95 6.110.34浑太河

太子河及大辽河干流

8.5516.86 1.448.140.40合

计

18.20

37.61

3.94

17.47

0.94