浙江省珊溪水利枢纽纳污能力分析

陈晓蕾,王 冠

(1.温州市珊溪水利枢纽管理局,浙江 温州 325000;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

珊溪水利枢纽由珊溪水库和赵山渡水库引水工程组成,珊溪水库是温州市最大的水库,总库容18.24亿m3,赵山渡引水枢纽渠首为赵山渡水库,总库容3414万m3,是为满足供水、灌溉要求的日调节水库,年供水量7.3亿m3,供水区内300万人口受益,可满足温州市近期、远期用水要求,对当地社会可持续发展具有重要意义。

珊溪水利枢纽工程供水水库水质总体良好,但2009年10月与2010年5月,曾一度出现局部水域“蓝藻”暴发事件,敲响了水质安全的警钟。在调查和评价的基础上,开展栅溪水利枢纽工程水体纳污能力的核定工作,并提出限制排污总量意见。

1 现状水质评价

根据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》,采用2009年的水质监测资料对现状水质进行评价,评价范围为赵山渡坝址以上控制流域(见图1)。根据 《浙江省水功能区、水环境功能区划分方案》,赵山渡水库坝址控制流域内除飞云江源头大白坑及里光溪支流属Ⅰ类目标水质,文成县内泗溪部分河段(百丈上游段和大下游段)属Ⅲ类目标水质外,其余河段均属Ⅱ类目标水质。

结果表明,2009年珊溪水库水体水质以Ⅱ类为主,个别时段为Ⅲ类;赵山渡水库水质大部分时间好于Ⅲ类,个别时段为Ⅳ类,超标因子均为总磷和总氮。15个功能区达到水域水质目标要求的有11个,占73.3%;未满足要求的4个,占26.7%。主要污染河段为泗溪、黄坦坑、珊溪坑、李井坑、双桂溪、渡读溪等,超标因子主要为总磷、总氮、高锰酸盐指数和氨氮。

图1 水环境质量现状评价范围图

2 污染源调查及污染负荷分析

污染源调查和污染负荷分析是水体纳污能力测算和总量分配的基础。该次污染源调查范围为赵山渡水库坝址以上的汇流区,涉及景宁、泰顺、文成、瑞安等县市的51个乡镇,调查类型分为点源、面源2类,工业污染源 (城镇污水集中处理厂)、集中式禽畜养殖、中心城镇农村生活等作为点源,农村生活污水及固体废弃物、分散畜禽养殖业、化肥农药使用、水土流失、城市水土流失、水产养殖等作为面源。经汇总分析后,区域内污染物总排放量见表1。

表1 区域污染物排放量表

可见,总氮主要来自农田化肥流失、水土流失,分别占37.2%,27.2%;总磷主要来自水土流失、农田化肥流失,分别占32.8%,28.3%;氨氮主要来自分散畜禽养殖与规模化畜禽养殖业,分别占31.3%,26.9%。

3 纳污能力分析计算

3.1 计算模型

依据SL 348—2006《水域纳污能力计算规程》,结合区域内水系特征,该次纳污能力计算分别选用山区性河流一维均匀混合模型、水库零维模型和狄龙模型[1-5]。

3.1.1 山区性河流一维均匀混合模型

规划各排污口的位置具有不确定性,因此采用概化方法,即认为污染源排放口在同一功能区内沿河均匀分布,混合过程假定在排污口断面瞬时完成均匀混合,计算公式如下:

式中:W为纳污能力(t/a);CS为下断面污染物浓度(mg/L);C0为上断面来水污染物浓度(mg/L);K为综合衰减系数(L/d);L为河段长度(m);U为设计流速(m/s);Q为设计流量(m3/s)。

3.1.2 水库零维模型

式中:qi为第i条支流入流流量(m3/s);Coi为第i条支流入流浓度(mg/L);CS为水库水质目标值(mg/L);B为水库不均匀系数(无量纲);V为水库库容(m3);其余指标同上。

3.1.3 湖 (库)纳污能力计算模型(主要指标为总氮与总磷)

水库总氮、总磷的纳污能力计算采用狄龙模型,公式如下:

式中:[P]为湖(库)中氮、磷的平均浓度(mg/m3);Rp为氮、磷在湖(库)中的滞留系数;[m]为氮、磷最大允许负荷量(mg/a);LS为单位湖(库)水面积,氮、磷最大允许负荷量(mg/(m2◦a));Ip为年入湖(库)的氮、磷量(mg/a);Lp为年入湖(库)的氮、磷单位面积负荷(mg/(m2◦a));V为湖(库)容积(m3);h为平均水深(m);r=Q/V(L/a);Q为湖(库)年出流水量(m3/a);qa和qi分别为年出流和入流的流量(m3/a);[P]a和[P]i分别为年出流和入流的氮、磷平均浓度(mg/m3);A为湖(库)水面积(m2);[P]S为湖(库)中磷(氮)的年平均控制浓度(mg/m3)。

3.2 模型参数确定

3.2.1 综合衰减系数K值

综合自净系数K值反映了有机污染物在水体作用下降解速度,与河流的流量、流速、河宽、水深等水文条件密切相关。该次采用经验公式推求与模型率定(WASP水量水质模型)相结合的方法确定各个参数(见表1)。

表1 综合衰减系数确定值表

3.2.2 不均匀系数B的选择

由于水库水体较深且水面面积较大,污染物主要由岸边排入,因此水库水体并不能完全参与污染物的稀释、降解,需加入不均匀系数B。根据 《浙江省水功能区纳污能力及限制排污总量意见方案》,结合水库水面面积,不均匀系数取为0.15。

3.2.3 设计水文条件

90%保证率设计水文条件下计算所得的纳污能力偏小,短期内难以实现,因此,该次纳污能力计算的设计水文条件采用90%,75%,50%三个保证率进行计算,作为不同时期确定保护目标时参考。

3.3 纳污能力计算结果

计算结果见表2。

表2 纳污能力计算结果表 t/a

4 总量控制

4.1 污染物入河量

污染物入河量是指污染物通过一定的方式最终进入流域水功能区的量,数值上等于污染物排放量乘以入河系数。入河系数取值综合考虑污染源特征、区域城市化水平和城市发展规划、环境保护规划等因素后分析确定。远期污染物入河量根据当地的产业政策、相关规划进行分析预测。污染物入河量分析预测结果见表3。

表3 污染物入河量计算结果表 t/a

4.2 控制量和削减量分析

污染物控制方案的原则:水功能区污染物入河量大于其纳污能力的,污染物控制排放量等于水功能区的纳污能力,污染物削减量等于污染物入河量与污染物控制排放量之差。水功能区污染物入河量小于或等于其纳污能力的,污染物控制排放量等于污染物入河量,污染物现状削减量为零。

计算结果表明,流域内15个功能区中,9个功能区不需要削减污染负荷,6个能功区需要削减,分别为里光溪泰顺农业用水区 (百鹤渡)、泗溪文成饮用景观娱乐用水区(百丈三级水电站)、工业用水区(官渡桥)、莒江溪泰顺保留区 (交溪)、泗溪文成饮用水源区 (龙凤桥)和玉泉溪文成保留区(玉泉溪)。不同时期流域污染物控制量和削减量汇总见表4。

表4 区域控制方案计算结果表

4.3 水质目标可达性分析

根据水功能区水质削减方案,以控制排放量作为入河污染负荷量,边界条件为90%保证率设计流量,珊溪水库下泄流量为24.8 m3/s(满足供水要求的最小月调节下泄流量),按2009,2015,2020年3方案进行水质预测。计算结果显示:

(1)2009年水质预测成果为:Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类水的河段数分别为22,4,2个,占总评价河段数的78.6%,14.3%,7.1%。不达标河段为泗溪县城段,主要污染物为化学需氧量。

(2)2015年与2020年水质预测成果为:Ⅱ、Ⅲ与Ⅳ类水的河段数分别为21,5,2个,占总评价河段数的75.0%,17.9%,7.1%。不达标河段为泗溪县城段,主要污染物为化学需氧量。

可见,按污染物削减方案实施,功能区的水质基本上可以达到目标水质。

5 结 语

珊溪水利枢纽整体水质良好,但珊溪库区和赵山渡库区均已处于中营养水平,且营养水平有增高趋势,加强水质保护和管理已迫在眉睫。在调查和分析的基础上,根据水体特征,分别选用山区性河流一维均匀混合模型、水库零维模型、狄龙模型,分别计算了90%,75%,50%保证率下珊溪水利枢纽主要污染物的纳污能力,进而提出了限制排放总量和削减量。同时计算结果表明,按污染物削减方案实施,功能区的水质基本上可以达到目标水质。

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