滏阳河纳污能力分析

李杰，郭凤震，周振肪

（1．河北省邯郸水文水资源勘测局，河北邯郸 056001；2.河北省衡水水文水资源勘测局，河北衡水 056000）

滏阳河纳污能力分析

李杰1，郭凤震1，周振肪2

（1．河北省邯郸水文水资源勘测局，河北邯郸 056001；2.河北省衡水水文水资源勘测局，河北衡水 056000）

通过对邯郸滏阳河水质现状、排污现状、设计流量、流速和污染物综合衰减系数调查分析和实验研究，建立了动态纳污能力模型，通过模型计算确定了不同河段纳污能力，提出了污染物削减方案。

滏阳河；纳污能力；削减系数；数学模型

1 基本情况

滏阳河作为邯郸市境内主要河流之一，是邯郸市的母亲河，人均占有水资源量176m3［1］，仅占全省人均水平的57%、全国人均水平的8%，远远低于国际公认的人均1000m3的水资源紧缺标准。因水资源缺乏邯郸市地表水资源总开发利用率达80%以上，远远超过国际公认的40%的合理开发界限，地表水70%以上河段水质为劣Ⅴ类水，由于大量未经处理的废污水直接排入河道，超过水体自净能力，水体遭受严重污染，2/3以上的河段水质属于劣Ⅴ类水，严重影响了水功能的发挥和城市形象，同时也加剧了水资源供需矛盾。

水体纳污能力是满足水功能区水环境质量标准要求的污染物最大允许负荷量，是施行水功能区限制纳污红线，严控排污总量的重要依据。2007年河北省邯郸水文水资源勘测局、邯郸市水利局围绕水利部最严格的水资源管理理念和环保部门污水治理新思路，配合滏阳河综合治理和生态水网建设，开展“邯郸市滏阳河纳污能力研究”项目，以滏阳河邯郸段为研究对象，选用COD和NH3-N作为控制指标，以区段为单元进行水质评价﹑入河排污口调查﹑水功能区达标分析。将水质污染状况﹑纳污情况﹑水量状况、水质目标、污染物降解能力结合起来，建立了河流动态纳污能力水质模型，运用模型计算水域的纳污能力。根据确定的纳污能力和纳污现状，提出了滏阳河入河污染物削减方案和入河排污口整治方法。

2 研究内容

2.1 滏阳河邯郸段现状

2.1.1 基本情况

滏阳河属海河流域子牙河水系，发源于邯郸市峰峰矿区滏山南麓和村，流经邯郸、邢台、衡水、沧州市全长402km。邯郸段是滏阳河的最上游，是邯郸市的母亲河，具有行洪、城市工业供水、农业灌溉、渔业养殖、生态用水和防洪发电等功能。邯郸市境内全长180km，流域面积2160km2。

早期滏阳河水量丰沛，水质优良，随着工业化和城镇化程度的不断提高，各种工业废水、生活污水和生活垃圾纷纷排入河道，严重影响了滏阳河水环境质量。由于地下水严重超采，滏阳河源头—黑龙洞泉群出现干涸现象，20世纪末，由于上游的煤矿疏干水、工业废水和生活污水，昔日清澈甘洌的滏阳河变成了一条藏污纳垢的污水沟，绝大部分河段属劣Ⅴ类水体，失去了饮用、渔业、养殖、灌溉等功能。

滏阳河自东武仕水库建成后由天然河道变成了水库调节河道。目前，水库以满足主城区工业用水为主，兼顾渔业、发电、生态环境、农业灌溉用水及防洪，出库流量根据用水情况进行调节。

2.1.2 流域水功能区划

依据《河北省水功能区划》，邯郸市滏阳河I级区划属于开发利用区，II级区划源头九号泉～东武仕水库为滏阳河邯郸饮用水源区；水库出口～邯郸邢台交界为滏阳河邯郸农业用水区（水库出口～苏里参照景观娱乐用水区）。

2.1.3 入河排污口现状

目前邯郸市滏阳河主要入河排污口共有33个，排放达标的占27.3%。33个入河排污口经检测年排废污水总量13833万m3，其中COD15516.5t、氨氮2606.16t。

2.1.4 水质现状

（1）东武仕水库以上水质较好，符合地表水环境质量标准Ⅱ类水标准；东武仕水库属于Ⅲ类水；马头闸断面为Ⅲ类水；张庄桥断面为Ⅴ类水；水厂路桥段面为劣Ⅴ类水；刘二庄断面为劣Ⅴ类水；苏里监测断面为劣Ⅴ类水。

（2）东武仕水库及上游经过磁县县城和马头工业城后，由于废污水汇入，氨氮、COD含量升高，到张庄桥断面水质已经变为Ⅴ类水，只适用于农业用水区及一般景观要求水域。

（3）流经邯郸市城区后水体颜色变黑并伴有难闻气味，苏里断面COD含量超过了GB5048—2005《农田灌溉水质标准》，河水已经丧失了饮用、工业供水、景观娱乐用水和农田灌溉功能。

2.2 滏阳河纳污能力计算及分析［2］

2.2.1 计算单元与原则

依据《河北省水功能区划》和邯郸市滏阳河实际供水功能现状，将滏阳河划分为饮用水源区（南留旺桥以上、东武仕水库）、开发利用区（东武仕水库以下）计算单元。根据设计条件和水质目标，选择符合实际的数学模型计算纳污能力。

2.2.2 纳污能力数学模型的确定

以物质守恒定律和化学反应动力学原理为基础，根据河道设计流量、流速和污染物综合衰减系数与纳污能力间的相互关系建立数学模型。

对于河道流量和流速较小、水流极缓的计算单元采用零维水质模型模拟，对于水体流动明显的河道采用一维模型模拟。

2.2.3 纳污能力模型公式（1）流速小于0.1m/s的计算单元模型公式：

式中W为计算单元纳污能力（t/a）；Q为计算单元设计流量（m3/s）（对于湖库为设计水量，m3）；q为计算单元入河污水量（m3/s）；Cs为计算单元水质目标（mg/L）；C0为计算单元上断面污染物浓度（湖库初始浓度）（mg/L）；k为污染物综合衰减系数（1/d）；V为计算单元水体体积（m3）。

（2）断面污染物浓度横向变化不大并且流速大于0.1m/s的计算单元模型公式：

式中x为计算单元上断面到下断面的距离（km）；xi为简化后排污口到下计算断面的距离（km）；u为计算单元设计流量下的平均流速（m/s）；其他符号意义同前。

计算单元内有支流汇入Q支和取水Q取，在排污口上游取水时，纳污能力模型公式：

式中Q支、Q取分别为支流汇入和取水流量（m3/s）。

当设计流量为零时，纳污能力模型公式：

式中符号意义同前。

2.2.4 模型参数的确定

2.2.4.1 水质目标的确定

按照“上游计算单元水质目标不能低于其下游计算单元水质目标”原则和滏阳河水资源利用现状确定水质目标。

2.2.4.2 设计流量的确定

流量资料选用东武仕水库水文站、张庄桥水文站、莲花口水文站长年积累的水文资料和“邯郸市城区雨洪资源研究”课题在水厂路桥、刘二庄桥监测断面的实测资料［3］。通过还原计算近10年最枯月平均流量、近10年枯水期平均流量、近10年汛期平均流量和基准年2007年的枯水期平均流量，分别作为设计流量。

2.2.4.3 设计流速的确定

根据确定的设计流量从水文控制断面水位～流速关系曲线上查出相应的设计流速，作为对应的设计流速。

2.2.4.4 初始浓度值C0的确定

根据上一个计算单元的水质目标值来确定，即上一个计算单元的水质目标值就是下一个计算单元的初始浓度值C0。

综合衰减系数k值按照300km河长内污染物衰减不超过75%的原则确定，即EXP（-kx/u）>0.25确定综合衰减系数［4］。

COD综合衰减系数计算公式：

式中u为计算单元设计流速（m/s）。

氨氮综合衰减系数：k氨氮=kCOD×0.81

为验证综合衰减系数的合理性，在水库出口～成峰路桥单元的北开河桥至成峰路桥河段进行了试验，实验结果与计算结果基本一致。

2.2.5 滏阳河纳污能力计算结果

根据各计算单元对应的各项参数，选用不同的数学模型公式，通过计算各单元纳污能力和全市区域纳污能力如表1。

表1 4种方案对应纳污能力统计

综上分析，方案1计算结果最小，方案4计算结果最大，方案2、方案3相差不大，接近方案1、方案4计算结果的平均值，代表性较强。

邯郸市平原生态水网调度方案滏阳河控制水量与近10年枯水期、汛期平均流量一致，因此方案2、3计算结果可作为邯郸市滏阳河纳污能力指标，考虑到持续发展和水环境改善以方案3（近10年汛期平均流量作为设计流量）确定的纳污能力为邯郸市滏阳河各计算单元纳污能力研究结果，如表2。

表2 各计算单元纳污能力

2.3 入河排污口整治及污染物削减规划

纳污能力和现状入河污染物排放量相差悬殊，全市COD现状年排入量超纳污能力2.04倍，氨氮现状年排入量超纳污能力9.81倍。为改善滏阳河水环境质量，达到水功能区规划水质目标，必须削减入河污染物总量。

东武仕水库及以上区域属饮用水源保护区不允许直接排污，纳污能力为0，现状入河污染物需要全部削减。因此东武仕水库及以上区域所有入河排污口必须取缔。

水库以下各计算单元采取逐年削减的办法，COD、氨氮年削减指标为20%，通过对入河排污口整治和污水处理厂尾水深处理，随着生态水网的完成和南水北调的实现，2020年邯郸市滏阳河可以实现主要污染物纳污能力大于污染物入河量，水环境质量得到彻底改善的目标。

3 结语［5］

（1）采用水质水量结合方法，利用水文系列资料和水质监测资料，针对滏阳河水文特征和污染源分布，建立了动态纳污能力数学模型，研究确定了邯郸市滏阳河纳污能力。

（2）确定了滏阳河污染物综合衰减系数，揭示了滏阳河污染物变化规律。

（3）纳污能力设计流量确定兼顾了滏阳河生态流量的客观要求。

（4）在污染源概化方面综合考虑了入河排污口至下断面距离和污水排放量，概化结果更科学准确。

［1］邯郸市水利局.邯郸市第二次水资源评价［M］.北京：学苑出版社，2008.

［2］朱健，王平，李捍东.贾河纳污能力及排污总量控制分析［J］.水资源保护，2009，25（3）：48-51.

［3］河北省邯郸水文水资源勘测局.华北山前平原雨洪预报及资源利用关键技术研究报告［R］.2014.

［4］河北省水利厅水资源处，河北省水文水资源勘测局.河北省水功能区纳污能力及限制排污总量意见［R］.2008.

［5］河北省邯郸水文水资源勘测局.滏阳河纳污能力研究［R］.2011.

Research on Assimilative Capacity of Fuyang River

LI Jie1，GUO Feng-zhen1，ZHOU Zhen-fang2
（1.Hebei Handan Survey Bureau of Hydrology and Water Resources，Handan 056001,China；2.Hebei Hengshui Survey Bureau of Hydrology and Water Resources，Hengshui 056000,China）

Through the investigation and experimental research on the water quality situation，the sewage situation，the design flow，the flow rate and pollutant attenuation coefficient of Fuyang River in Handan，to establish a dynamic assimilative capacity model，the model identifies assimilative capacity in different sections，according to the assimilative capacity and the sewage situation to propose pollutant emissions reduction program.

Fuyang river；assimilative capacity；reduction coefficient；mathematical model

X21

B

1672-9900（2014）03-0006-04

2014-01-25

李杰（1982-），男（汉族），河北成安人，助理工程师，主要从事水文水资源监测评价工作，（Tel）13930082311。