石羊河流域水功能区限制纳污控制红线分析

朱金花

(甘肃省水环境监测中心，甘肃 兰州 730000)



石羊河流域水功能区限制纳污控制红线分析

朱金花

(甘肃省水环境监测中心，甘肃 兰州 730000)

基于石羊河流域水环境质量现状及不同水平年流域水质达标目标，结合流域内不同区域社会经济发展水平、河流水资源配置、污染程度以及水文、地理条件等因素，进行区分处理，对不同区域的水功能区设定不同的水质达标目标，确定限制排污总量，最终得到不同水平年不同水功能区的限制排污总量以及整个流域的限排总量，将其设定为限制纳污红线，作为流域综合治理及生态修复的约束性指标，建立以水功能区为单元的水质目标考核制度，促成量质结合的水资源统一管理模式，达到以水资源可持续利用保障经济社会可持续发展的目标。

石羊河；水质目标；限制纳污红线；水功能区

石羊河是我国内陆河流域中人口最密集、水资源开发利用程度最高、用水矛盾最突出、生态环境问题最突出的流域之一。上世纪80年代中后期至本世纪初，粗放的水资源管理及开发利用模式，导致流域水资源开发利用严重超过其承载能力，生态环境日趋恶化，危害程度和范围不断加重[1]。位于石羊河下游的民勤盆地沙漠范围扩大，地下水位下降，矿化度上升，盐渍化进程加快，天然植被大面积枯萎，民勤绿洲面临消亡威胁[2]。

2007年，国家批准实施《石羊河流域重点治理规划》，近十年来，通过生态移民、关井压田、灌区节水改造、水资源统一调度等措施，减少生态脆弱区的人口，限制地下水无序开采，提高农业用水效率，调节均衡水资源空间配置，保障下游生态用水，使流域生态环境得到明显的改善，民勤盆地地下水位持续回升，干涸沙化半个多世纪的民勤县青土湖出现季节性水域，面积达3km2。流域重点治理取得阶段性的显著成效[1]。

从长远看，石羊河治理的根本出路是坚持实行最严格水资源管理制度，围绕水资源的配置、节约和保护，明确水资源开发利用红线；严格实行用水总量控制，明确水功能区限制纳污红线；严格控制入河排污总量，明确用水效率控制红线。本文通过分析水环境的纳污能力，提出限制纳污红线，作为流域综合治理及生态修复的约束性指标，为建立以水功能区为单元的水质目标考核制度，促成量质结合的水资源统一管理模式提供依据。

1 流域概况

石羊河流域位于甘肃省河西走廊东段，乌鞘岭以西，祁连山北麓。深居大陆腹地，属大陆性温带干旱气候，气候特点是：太阳辐射强、日照充足，温差大、降水少、蒸发强烈、空气干燥。流域域自南向北大致划分为三个气候区。南部祁连山高寒半干旱湿润区：海拔2 000～5 000 m，年降水量300～600 mm，年蒸发量700～1 200 mm，干旱指数1-4；中部走廊平原温凉干旱区：海拔1 500～2 000 m，年降水量150～300 mm，年蒸发量1 300～2 000 mm，干旱指数4～15；北部温暖干旱区：海拔1 300～1 500 m，年降水量小于150 mm。北部腾格里沙漠边缘地带年降水量50 mm，年蒸发量2 000～2 600 mm，干旱指数15～25。石羊河发源于祁连山东麓，自东向西由大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河、东大河、西大河八条河流汇集而成。上游山区为径流形成区，中下游为水资源耗散区。全流域水资源总量17.05亿 m3，其中地表水资源15.04亿 m3，纯地下水资源2.01亿 m3，人均水资源量757亿 m3，耕地亩均水资源271亿 m3，低于全省水平，属典型的资源型缺水地区[2]。

石羊河流域人口219.39万人，总用水量23.91亿 m3，用水结构为：生活用水占2.9%，城镇公共用水占0.7%，工业用水占6.2%；农业占87.7%，生态环境用水占2.6%。农业是用水耗水的主要产业[1]。

2 现状水环境质量评价

根据甘肃省水环境监测中心2015年的监测资料，采用全指标及氨氮、COD双指标均值进行评价。

2.1 全指标评价

以《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的24个基本项作为评价对象，按水功能区进行评价，符合Ⅱ类水质标准的水功能区6个，占33.3%；Ⅲ类水质9个，占50.0%；Ⅳ水质2个，占11.1%；Ⅴ类水质1个，占5.6%。按水功能区水质类别所占河长评价，Ⅱ类水质河长190.9 km，占20.6%；Ⅲ类水质河长543.6 km，占58.7%；Ⅳ类水质河长132.0 km，占14.2%；Ⅴ类水质河长60.0 km、占6.5%。

2.2 双指标评价

以氨氮及COD两个主要污染指标为评价对象，按照水功能区进行评价，符合Ⅱ类水质标准的水功能区7个，占38.9%；符合Ⅲ类水质水功能区8个，占44.4%、符合Ⅳ水质水功能区2个，占11.1%；符合Ⅴ类水质水功能区1个，占5.6%。按照水功能区河长进行，Ⅱ类水质河长238.4 km，占25.7%；Ⅲ类水质河长496.1 km，占53.6%；Ⅳ类水质河长132.0 km，占14.2%；Ⅴ类水质河长60.0 km、占6.5%。

以上评价表明：Ⅳ-Ⅴ类水质的水功能区及河长所占比例在20%左右，但这些重污染区域主要集中在人口密集的下游区域，治理难度较大，水环境质量状况依然不容乐观。

3 代表站的水污染变化趋势

以石羊河下游干流四坝桥、蔡旗及红崖山水库三个代表断面氨氮及COD近十年来的变化趋势进行分析，由图1及图2可以看出：2003年之前水污染呈现加重趋势，之后由于实施了石羊河流域综合治理，水污染得到有效控制，污染逐年减轻。2011年之后水质稳定好转。

图1 石羊河干流氨氮变化趋势

图2 石羊河干流化学需氧量变化趋势

4 排污现状及排污量测算

根据调查2011年石羊河流域水功能区废污水入河量1 934万 t、化学需氧量5 700 t、氨氮608 t、挥发酚1 t、总磷30 t、总氮623 t、五日生化需氧量2 323 t。

结合区域污染源的现状排放量调查成果，综合考虑规划水平年流域经济社会发展、城镇人口增长、工业增长等因素，以规划年工业和生活用水预测成果为基础，对规划水平年污染源排放量采用净需水量乘综合排水系数法进行预测，然后采用污染物入河系数法对入河量进行测算，得到不同水平年污染物的入河量：2015年废污水年入河量2 358万 t、化学需氧量4 005 t、氨氮入河量518 t；2020水平年废污水年入河量3 189万 t、化学需氧量4 215 t、氨氮557 t；2030水平年废污水入河量3 531万 t、化学需氧量3 915 t、氨氮529 t。

5 水质控制目标及相应纳污能力计算

5.1 水质控制目标

按照国家和甘肃省的水功能区水环境质量控制目标，石羊河河流域水功能区水质达标率在2015年要达到80%以上、2020年达到90%以上、2030年达到95%以上，基于上述控制目标对石羊河流域纳污能力进行计算。

5.2 纳污能力计算

考虑到石羊河流域河流宽深比的特点，采用一维模型计算纳污能力[4]：

式中：C为污染物的浓度，为时间t和空间位置x的函数；Dx为纵向弥散系数；ux为断面平均流速；K为污染物的衰减速度常数。

给定初始条件，并做概化处理后，纳污能力计算公式为：

式中： W为计算单元的纳污能力；Q为河段上断面设计流量；Cs为计算单元水质目标值；C0为计算单元上断面污染物浓度；qi为旁侧入流量；K为污染物综合降解系数；x1为旁侧入流概化口至下游控制断面的距离；x2为旁侧入流概化口至上游对照断面的距离；u为平均流速。

根据流域水质背景浓度和确定的目标浓度，采用上述公式计算得到石羊河流域化学需氧量纳污能力为7 126 t/a，氨氮纳污能力为312.0 t/a。各河流的纳污能力见表1。

6 限制纳污控制红线指标

以流域总的水质达标目标为约束，结合流域内不同区域社会经济水平发展、河流水资源配置、污染程度以及水文、地理条件等因素，进行差异化处理，对不同区域的水功能区设定不同的水质达标目标，确定限制排污总量，得到不同水平年每个水功能区的限制排污总量以及整个流域的限排总量。这个限排总量就是限制纳污红线。见表2。

根据测算的不同水平年的排污总量及由限制纳污红线确定的允许排污总量，计算得到了需要通过污染治理措施削减的排污量，氨氮2015年削减量为34%，2020年为51%，2030年达到76%；COD在2015年削减量为9%，2020年为22%，2030年达到38%。可以看出削减量较大，污染治理任务很重，尤其是对氮排放量的控制要加大力度。

7 结语

本文通过大量的监测调查数据，研究分析了石羊河流域水质现状、水质变化趋势，测算了未来不同水平年污染物的排放量，在流域总的水质达标目标控制前提下，根据实际情况对流域内不同区域水功能区的具体指标进行了区分处理，分析确定各水功能区限制纳污红线指标，作为石羊河流域综合治理，生态恢复重建的约束性指标，具有重要的作用和意义。

(1)现状水环境质量评价表明：Ⅳ-Ⅴ类水质的水功能区及河长所占比例在20%左右，较之2000年左右有了明显的提高，但重污染区主要集中在人口密集的下游区域，要使其稳定达标，依然需要做大量的工作。

(2)通过双指标和全指标对流域水质现状进行分析评价，两种方法结果相近，表明石羊河流域主要污染物为氨氮和COD，其中以氮排放最为突出，这也进一步指明了流域污染治理的重点方向和相应的措施。

(3)通过对代表站氨氮及COD两个主要污染指标演变趋势分析看出:自2003年以来，石羊河干流水质明显好转，尤其是2008年以来，提升幅度比较大。表明石羊河流域治理效果显现，取得阶段性成果。

表1 石羊河流域纳污能力计算成果

表2 不同水平年排污量及限制纳污量

(4)按照分析确定的流域各水功能区限制纳污红线指标外来排污量的测算，2015、2020及2030三个不同水平年氨氮治理削减量分别为34%、51%、76%，COD分别为9%、22%、38%，可以看出削减量较大，污染治理任务很重，需要综合配套的治理措施。

(5)为了落实限制纳污红线控制指标，必须强力推行最严格水资源管理制度。把水功能区达标率、污染物限排总量、生态流量一并纳入地方政府考核目标。继续推进流域综合治理各项措施，建立以水功能区为单元的水质管理制度和以河流生态基流为约束条件的水资源开发模式。在治理点源污染的同时加大对面源污染的治理力度，控制氮排放量。继续完善水资源统一管理与调度制度、深化水资源管理体制改革和机制创新，探索建立流域科学决策民主管理机制，实现水资源优化配置，达到以水资源可持续利用保障经济社会可持续发展的最终目标。

[1]郑自宽,朱金花,赵治文,等.石羊河流域地表水限制纳污红线控制指标与应用[R].兰州.2012:8-9.

[2]康国玺，石羊河生态修复与环境治理探讨[J].中国水利.2005(8):30-31.

[3]刘晓峰，许静.石羊河流域水环境承载力分析研究[J].水利规划与设计.2011(3)：17-20.

[4]朱金花，甘肃渭河流域水环境承载能力及污染控制分析[J].地下水.2012(3)：94-96.

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1004-1184(2016)06-0078-02

2016-06-06

朱金花(1966-)，女，甘肃平凉人，高级工程师，主要从事水环境监测、评价及保护工作。