汾河太原城区段水环境容量分析研究

王 炜 段 鹏

(1.太原理工大学，山西 太原 030024; 2.山西省地质环境监测中心，山西 太原 030024)

汾河太原城区段水环境容量分析研究

王 炜1,2段 鹏2

(1.太原理工大学，山西 太原 030024; 2.山西省地质环境监测中心，山西 太原 030024)

通过对汾河太原城区段的水质、水量进行分析，选取COD和氨氮作为主要指标，利用一维稳态水质模型得到水环境容量公式，分功能区计算汾河太原城区段的水环境容量，最终求得汾河太原城区段COD的水环境容量为10 401.22 t/年，氨氮的水环境容量为513.33 t/年。并指出80%的功能区污染物排放量严重超过了各功能区的水环境容量，针对性的提出了限制排污总量意见。

水环境，容量，水污染，污水量

0 引言

汾河作为黄河的第二大支流，流经大半个山西，多年以来，汾河以不足全省16%的水资源量，承担着25%的耕地面积和36%的人口用水任务，并支撑全省GDP的45%。汾河太原城区段由北向南贯穿太原市区，主要接纳太原市的工业废水和生活污水，由于汾河太原城区段在常年流量较小、丰水期短，使得该段河流已经基本丧失自净能力[2]。为科学合理的利用水资源，实现水资源的优化配置和有效保护，选用合适的水质模型对汾河太原城区段的水环境容量进行估算，针对河段提出限制排污总量意见非常重要。

1 汾河太原城区段水环境现状分析

1.1 数据来源

依据山西省地质环境监测中心2016年监测数据，汾河太原城区段主要包括15处入汾排污口，排放方式均为明渠自流形式。15处主要排污口分布于汾河东岸10处、汾河西岸5处，分别是汾河的9个支流：杨兴河、北涧河、北沙河、南沙河、玉门河、虎峪河、九院沙河、风峪沙河和冶峪沟；5个排污口：迎新街退水、许坦排洪渠、工农退水渠、城南退水渠、太榆退水渠；1个污水处理厂：北郊污水处理厂。

根据GB 8978—1996污水综合排放标准中的二级标准，15个排污口中，超标排污口有12个，占排污口总数的80%，杨兴河、北郊污水处理厂和冶峪河这三个排污口为达标排放(各排污口详细资料见表1)。

表1 15个排污口主要污染物统计

各个排污口中COD和氨氮的污染比较严重(详细超标情况见表2)。

1.2 各排污口入河污水量

汾河太原城区段15处主要入河排污口年污水入河量为26 076万t,达标排放量为3 911万t，占比为15%,废污水约为22 164万t，占比为85%。汾河西岸年入河污水量为4 328万t，占总量的16.6%，汾河东岸年入河污水量为21 748万t，占总量的83.4%。其中废污水年入河量在1 000万t/年以上的排污口有9处，年入河量为300万t/年～1 000万t/年的有5处，只有迎新街退水1处小于100万t/年(各排污口污废水入河量占比见图1)。

表2 12个排污口污染物超标倍数

1.3 各功能区入河污水量

汾河太原城区段位于一级水功能区汾河太原运城开发利用区内，此一级功能区共包括五个二级水功能区，分别是：汾河一坝农业用水区、汾河太原景观娱乐用水区、汾河太原排污控制区、汾河小店过渡区和汾河太原农业用水区(见表3)。

表3 汾河太原城区段水功能区划

2016年汾河一坝农业用水区年接纳废污水8 483万t，占废污水入河总量的32.5%；汾河太原景观娱乐用水区年接纳废污水2 886万t，占废污水入河总量的11.1%；汾河太原排污控制区年接纳废污水5 763万t，占废污水入河总量的22.1%；汾河小店过渡区不设排污口；汾河太原农业用水区年接纳废污水8 944万t，占废污水入河总量的34.3%。

2 汾河太原城区段水环境容量计算

2.1 计算公式

根据汾河太原城区段河流的特点，排入其中的污染物在较短时间内，可达到断面上的均匀混合，采用河流一维稳态模型，并以此为基础得到的水环境容量计算公式为：

其中，W为水功能区纳污能力,t/年；q为水功能区入河污水量,m3/s；Cs为水功能区水质目标,mg/L；Q为水功能区设计流量,m3/s；C0为水功能区上断面污染物浓度,mg/L；k为污染物综合衰减系数,1/d；x为水功能区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为水功能区设计流量下的河段平均流速,m/s。

2.2 水环境容量计算结果

通过计算，太原城区段总的COD纳污能力为10 401.22t/年，氨氮纳污能力为513.33t/年。汾河太原运城开发利用区中的五个二级功能区中，汾河太原农业用水区的水环境容量最大，COD的纳污能力达到3 754.80t/年，占整个COD纳污能力的36.1%，氨氮的纳污能力达到185.38t/年，占整个氨氮纳污能力的36.1%(如表4所示)。

表4 各功能区水环境容量

3 汾河太原城区段限制排污总量分析

通过年污废水量得，汾河太原城区段总的COD入河量为72 227 t/年，氨氮入河量为9 890 t/年，远远超过了该段的水环境容量，故针对此段提出了限制排污总量意见(见表5)，以保证汾河太原城区段各功能区的水质目标。

表5 各功能区限制排污总量 t/年

各功能区要根据限制排污总量意见，对排入河道的污染物质进行削减(见表6)。其中汾河太原城区段的COD削减率为85.60%，氨氮削减率为94.81%，汾河太原景观娱乐用水区的COD污染最严重，削减率高达94.75%，汾河一坝农业用水区的氨氮污染最严重，削减率为95.88%，对汾河太原城区段进行污染治理的任务艰巨。

表6 各功能区污染物削减分析表

如果将水污染控制缩小到各个排污口，保证汾河太原城区段各功能区中的入河排污口均可达标排放，则COD的削减量从61 825.78 t/年减少到23 434.18 t/年，削减率从85.60%降低到69.26%，氨氮的削减量从9 376.67 t/年减少到5 509.31 t/年，削减率从94.81%降低到91.48%，可在一定程度上缓减太原城区段的治理压力。

4 结语

1)汾河太原城区段沿岸的15个排污口中，有80%的排污口超标，其中COD的超标倍数最高达到3.57倍，氨氮最高达到1.94倍，汾河太原城区段的主要污染物为COD和氨氮。

2)汾河太原城区段年污水入河量为26 076万t，有85%的废污水约22 164万t超标排放进入河流。可见，该段水污染比较严重，环境问题日益突出，严重制约着汾河沿岸的发展，寻找一套切实可行的污染控制和治理方案迫在眉睫。

3)根据汾河太原城区段中的污染物在横断面上可以短时间内达到均匀混合的特点，选择了一维稳态水质模型，得到水环境容量计算公式，最终求得COD纳污能力为10 401.22 t/年，氨氮纳污能力为513.33 t/年，排入该河段的COD和氨氮的入河量均远远超过了该水环境容量，必须对该河段进行限制排污，保证各功能区的正常使用。

4)针对汾河太原城区段的5个二级功能区，提出限制排污总量意见，其中COD削减率为85.60%，氨氮削减率为94.81%，若各排污口做到达标排放，则COD削减率为69.26%，氨氮削减率为91.48%，在一定程度上可以缓减削减压力，但不能彻底改变，需要从细节上对各排污口的水质、水量进行定量控制，同时结合一些污水治理措施，切实可行的保证汾河水达到各功能区的目标要求。

[1] 安 彪.汾河太原城区段水环境容量的研究[D].太原：太原理工大学,2006:3.

[2] 宣建国,刘子川.汾河太原城区段环境容量探讨[J].科技情报开发与经济,2005,15(8):247-248.

[3] 李爱民.汾河临汾段水污染总量控制方案分析[J].山西水利,2007(6):27.

[4] 方晓波.钱塘江流域水环境承载能力研究[D].杭州：浙江大学,2009:8.

[5] 曹永中,周孝德.河流水质模型研究概述[J].水利科技与经济,2008,14(3):197.

Analysis and research of water environment capacity in the Taiyuan section of Fen River

Wang Wei1,2Duan Peng2

(1.TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China;2.ShanxiGeologicalEnvironmentMonitoringCenter,Taiyuan030024,China)

Through the analysis of water quality and quantity of Fen River Taiyuan section, selected COD and ammonia nitrogen as the main indexes, use the one-dimensional steady-state water quality model water environment capacity formula, the water environment capacity of Taiyuan city section of Fen River was calculated by function areas. The water environmental capacity of COD in the Taiyuan section of Fen River is 10 401.22 t/a, the water environmental capacity of ammonia nitrogen is 513.33 t/a. In the 80% function area, the amount of pollutants discharged seriously exceeds the water environmental capacity of each functional area, and some specific opinions are put forward to limit the total discharge amount.

water environment, capacity, water pollution, sewage quantity

1009-6825(2017)21-0183-03

2017-05-14

王 炜(1988- )，男，在读工程硕士，工程师; 段 鹏(1985- )，男，工程师

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