徐州市水環(huán)境容量分析

在過去的幾十年中，中國(guó)的污染控制戰(zhàn)略最初是通過控制污染物的排放濃度來實(shí)施的環(huán)境政策和環(huán)境管理。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了雖然所有污染源達(dá)標(biāo)排放但是污染總量持續(xù)增加、環(huán)境惡化加劇的新矛盾。后來采用目標(biāo)總量控制,技術(shù)關(guān)鍵在于建立污染源與環(huán)境目標(biāo)間的輸入響應(yīng)關(guān)系。但是,總量控制計(jì)劃存在很大的不確定性,很難做到控制環(huán)境惡化的趨勢(shì)?，F(xiàn)在提倡采用容量計(jì)算,通過控制水環(huán)境容量來使環(huán)境質(zhì)量有所改善,其優(yōu)點(diǎn)在于建立了環(huán)境容量與水質(zhì)之間直接的響應(yīng)關(guān)系,便于實(shí)施管理。目前對(duì)水環(huán)境容量的研究已經(jīng)成為水環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域科研的熱點(diǎn),眾多學(xué)者紛紛提出了水環(huán)境容量的計(jì)算方法,然而這些計(jì)算方法均只考慮了點(diǎn)源的排放,實(shí)際上與點(diǎn)源污染相比,面源污染的范圍更廣,故面源對(duì)水環(huán)境的影響不可忽略。本文以徐州市為例,針對(duì)其面源污染較嚴(yán)重的現(xiàn)狀,綜合考慮點(diǎn)源、面源的影響,計(jì)算徐州市總的水環(huán)境容量及削減量,提出污染控制方案,為徐州市進(jìn)行水環(huán)境綜合整治提供依據(jù)。1工業(yè)廢水排放量下降徐州市區(qū)主要污染來源于工業(yè)廢水和生活污水。近年來,隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和治理力度加大,再加上不少污染嚴(yán)重的企業(yè)因經(jīng)濟(jì)、市場(chǎng)等原因而停產(chǎn)、半停產(chǎn),工業(yè)污染所占比例呈下降趨勢(shì),工業(yè)廢水排放量由1998年的4903萬m3下降到2002年的2097萬m3。隨著人口增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程加快,生活污水所占比例呈上升趨勢(shì),生活污水排放量由1998年的2779萬m3上升到2002年的3243萬m3。2002年徐州市46個(gè)主要河段及支流的水質(zhì),達(dá)到其相應(yīng)水域功能要求的水體只有16個(gè),占34.8%,治污任務(wù)仍相當(dāng)艱巨。2計(jì)算水環(huán)境的體積水環(huán)境容量通常是指給定水域范圍、給定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、給定設(shè)計(jì)條件下水域的最大容許納污量,由自凈容量和稀釋容量?jī)刹糠纸M成。2.1計(jì)算模型2.1.1點(diǎn)源水環(huán)境容量評(píng)價(jià)w1河道中僅考慮點(diǎn)源的環(huán)境容量計(jì)算公式采用一維模型W1=[CS(Q0+∑qi)exp(ΚX86?400u)-C0Q0]×864×36510?000(1)W1=[CS(Q0+∑qi)exp(KX86?400u)?C0Q0]×864×36510?000(1)式中:W1為點(diǎn)源影響的河流水環(huán)境容量,t/a;Q0為上斷面河流流量,m3/s;qi為點(diǎn)源排放廢水量,m3/s;C0為上斷面河流水質(zhì)目標(biāo)質(zhì)量濃度,mg/L;CS為下斷面河流水質(zhì)目標(biāo)質(zhì)量濃度,mg/L;X為污染源距排污口的距離,m;u為流速,m/s;K為CODCr或NH3-N的綜合衰減系數(shù),1/d。2.1.2面源排放廢水量w2河道中僅考慮面源的環(huán)境容量計(jì)算公式采用完全混合公式W2=[(Q0+Q1)(CS-C0)+ΚVCS86?400]×864×36510?000(2)W2=[(Q0+Q1)(CS?C0)+KVCS86?400]×864×36510?000(2)式中:W2為面源影響的河流水環(huán)境容量,t/a;Q1為面源排放廢水量,m3/s;V為河道體積,m3。2.1.3河流水環(huán)境容量計(jì)算由于面源污染物可認(rèn)為是均勻排入河道,此時(shí)可先利用完全混合模型計(jì)算面源影響的水質(zhì)濃度,再用一維模型進(jìn)行計(jì)算,即W3=[CS(Q0+∑qi+Q1)exp(ΚX86?400u)-C0Q0-C1Q1]×864×36510?000(3)W3=[CS(Q0+∑qi+Q1)exp(KX86?400u)?C0Q0?C1Q1]×864×36510?000(3)式中:W3為點(diǎn)源面源同時(shí)影響的河流水環(huán)境容量,t/a;C1為面源排放濃度,mg/L。2.2模型參數(shù)的確定2.2.1閘壩控制的河段采用90%保證率最枯月平均流量,對(duì)于有閘壩控制的河段,設(shè)計(jì)流量值為零時(shí)取閘壩漏水流量。對(duì)有排污的河段,在設(shè)計(jì)流量中考慮污水流量。各河道的設(shè)計(jì)流量見表1和表2。2.2.2實(shí)測(cè)流速的測(cè)定對(duì)有實(shí)測(cè)流量流速資料的河段,直接采用實(shí)測(cè)流速;對(duì)沒有實(shí)測(cè)資料的河段,借用附近區(qū)域相似河流的實(shí)測(cè)資料經(jīng)類比分析后確定,具體值見表1和表2。2.2.3污染物的綜合衰減系數(shù)采用野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)估值,用上下斷面兩點(diǎn)法或多點(diǎn)法計(jì)算、分析、率定,結(jié)果見表1,表2。2.2.4水陸銜接控制單元列入《江蘇省地表水(環(huán)境)功能區(qū)劃》徐州市轄境內(nèi)的地表水體共計(jì)22個(gè),地表水環(huán)境功能區(qū)46個(gè)。以水環(huán)境功能區(qū)為基礎(chǔ),兼顧行政區(qū)劃,通過污染源調(diào)查,考慮污水排放去向、入河排污口分布等因素,將水上的水環(huán)境功能區(qū)和陸上污染源的匯流區(qū)包括在內(nèi),形成水陸銜接的控制單元,作為水環(huán)境容量計(jì)算的基礎(chǔ)。劃分的控制單元基本涵蓋了所有水環(huán)境功能區(qū)。除西氵加河、汶河、東氵加河、白馬河等支流和駱馬湖因缺少水文、水質(zhì)和污染源調(diào)查資料,無法進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算,因而未單獨(dú)劃分控制單元外,其他17個(gè)地表水體均對(duì)應(yīng)劃分了18個(gè)控制單元。徐州市4個(gè)只有面源影響的控制單元的計(jì)算參數(shù)見表1,點(diǎn)源面源同時(shí)影響的14個(gè)控制單元的計(jì)算參數(shù)見表2。2.3處理一些重要的問題2.3.1概化排污口量值的確定當(dāng)控制斷面上游有多個(gè)排污口時(shí),若要使控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo),則多個(gè)排污口的排污量限值是個(gè)多解問題。解決的辦法有兩個(gè):①進(jìn)行控制斷面水質(zhì)與排污口排污量響應(yīng)關(guān)系曲線計(jì)算,根據(jù)計(jì)算結(jié)果,分析為使控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)各排污口的最佳排污量值;②將多個(gè)排污口概化為一個(gè)排污口,根據(jù)概化排污口可直接算出控制斷面達(dá)標(biāo)時(shí)的上游概化排污口的允許排污量值,即環(huán)境容量值。本文采用概化排污口的方法進(jìn)行多個(gè)排污口的環(huán)境容量計(jì)算,多個(gè)排污口概化為一個(gè)排污口的計(jì)算公式x=C01Q01x1+C02Q02x2+?+C0iQ0ixiC01Q01+C02Q02+?+C0iQ0i(4)x=C01Q01x1+C02Q02x2+?+C0iQ0ixiC01Q01+C02Q02+?+C0iQ0i(4)式中:x為概化排污口距控制斷面的距離,m;C0i為第i個(gè)排污口的排放質(zhì)量濃度,mg/L;Q0i為第i個(gè)排污口的廢水量,m3/s;xi為第i個(gè)排污口距控制斷面的距離,m。2.3.2功能區(qū)長(zhǎng)度的確定當(dāng)差類別水進(jìn)入優(yōu)類別水時(shí),需要一定長(zhǎng)度的過渡帶。本文在計(jì)算水環(huán)境容量時(shí),若出現(xiàn)差類別水進(jìn)入優(yōu)類別水的情況,首先計(jì)算過渡帶長(zhǎng)度。當(dāng)過渡帶長(zhǎng)度大于功能區(qū)長(zhǎng)度時(shí),則該段功能區(qū)的水環(huán)境容量為零;當(dāng)過渡帶長(zhǎng)度小于功能區(qū)長(zhǎng)度時(shí),則對(duì)功能區(qū)長(zhǎng)度與過渡帶長(zhǎng)度的差值段進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算。過渡帶長(zhǎng)度的計(jì)算公式見式(5)和式(6):C′0=C0exp(-Κx86?400u)(5)x=-86?400ulnC′0C0/Κ(6)式中:x為過渡帶長(zhǎng)度,m;C0為均勻混合處水中污染物質(zhì)斷面平均質(zhì)量濃度,mg/L;C′0為控制斷面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量濃度,mg/L;K為CODCr或NH3-N的綜合衰減系數(shù),1/d;u為流速,m/s。徐沙河的上游來水功能區(qū)水質(zhì)劣于下游功能區(qū)水質(zhì),利用式(5)、式(6)計(jì)算得到過渡帶長(zhǎng)度:COD為11351m,NH3-N為9522m。由于過渡帶長(zhǎng)度大于控制斷面至上游功能區(qū)的距離,所以徐沙河的環(huán)境容量值為零。2.4污染物入河量由式(1)、式(2)、式(3)計(jì)算出徐州市總的水環(huán)境容量:CODCr為69405.17t/a,NH3-N為2438.28t/a。根據(jù)徐州市2002年的污染物入河量調(diào)查結(jié)果可知總的入河量:CODCr為97913.05t/a,NH3-N為5020.37t/a。削減量計(jì)算公式X=Ρ-W(7)式中:X為削減量,t/a;P為入河量,t/a;W為環(huán)境容量,t/a。徐州市各控制單元的環(huán)境容量、入河量及削減量計(jì)算結(jié)果見表3。3發(fā)展農(nóng)村地區(qū)點(diǎn)源和面源治理結(jié)合起來的綠化整治策略與建議徐州市總的污染物入河量大于環(huán)境容量,需要對(duì)污染物排放量進(jìn)行削減,COD削減量為28507.86t/a,NH3-N削減量為2582.09t/a。其中如中運(yùn)河、徐沙河等既有點(diǎn)源又有面源影響的削減量較大,而邳蒼分洪道、城河等僅有面源影響的削減量相對(duì)較小。為此,提出如下對(duì)策與建議:點(diǎn)源治理與非點(diǎn)源防治相結(jié)合,既要控制工業(yè)污染源的污染物排放量,鼓勵(lì)廢水的循環(huán)利用和資源化,提倡利用少產(chǎn)生污染的原料,又要大