茨山河纳污环境容量计算与分析

王 军

（辽宁省观音阁水库管理局，辽宁 本溪 117100）

茨山河发源于葫芦岛市东砬山，在城区西北入境，于龙港区稻池乡入海，全长20.2 km，流域面积40.2 km2，年均径流量865万m3。茨山河是一条季节河，从东砬村至铁路桥为该河的上游，只有在雨季才有部分泄洪水补入茨山河，龙湾公园截茨山河成湖。葫芦岛市曾多次对茨山河进行了综合整治，根据2011~2014年葫芦岛市环境质量报告显示，茨山河上游受生活污水影响，下游受工业废水影响，全河段均为劣Ⅴ类水质，其中化学需氧量、氨氮、总磷、挥发酚4项污染物超标。由于对茨山河长期的破坏，面源污染严重、沿河排放口偷排现象普遍、污水处理厂配套设施老旧、工业污染问题突出等。为此茨山河水质问题亟需治理，本文采用水质模型，计算研究茨山河环境容量及控制单元入河污染源许可排放量，为实现茨山河水质目标提供技术支撑。

1 计算单元划分

对于某个控制单元，根据计算需要可能需进一步划分为若干个计算单元，使每个计算单元具有相对一致的水文水动力与水质特征，以便选择适用的水环境模型。划分时需重点关注河道形态或水动力条件发生突变处、较大的支流汇入处或河道分流处、较大的入河排放口汇入处、较大的提水工程取水点等关键节点。

为使每个计算单元具有相对一致的水文水动力与水质特征，以便选择适用的水环境模型，因此根据茨山河实际情况和控制断面的设置原则，以常规监测断面作为节点将茨山河细化分为3个计算单元，如图1所示，即从茨山河上游至老合台村东监测断面为第一个计算单元，老合台村东断面至茨山桥断面为第二个计算单元，茨山桥断面至锌厂铁路桥断面为第三个计算单元。

图1 茨山河计算单元划分

2 水环境容量模型选择

2.1 水质模型

根据茨山河的水文资料，2011~2014年多年平均枯水期流量0.31 m3/s，平均流速0.25 m/s，平均水深0.21 m，平均坡降2.78‰，水深较浅，因此竖向混合迅速，宽深比较小，而所考察的监测断面之间距离较长，水流到达下一个断面时已经完成了横向混合。因此，可以采用忽略横向和竖向的污染物浓度梯度，只考虑纵向即水流方向浓度变化的一维水质模型来模拟河水的水质，即采用S-P模型作为茨山河水质模型。S-P模型如下：

式中：D为亏氧量，即饱和溶解氧浓度与实际溶解氧浓度的差值，mg/L；D0为计算初始断面亏氧量，mg/L；K2为大气复氧系数，1/d；xc为最大氧亏点到计算初始点的距离，m。

2.2 模型参数确定

通过对河流水质模型和计算原理的研究，确定茨山河污染排放与水质响应关系数学模型后，然后对模型中各种参数进行率定。河流水质模型参数是河流水体物理、化学和生物化学动力学过程的常数，这些参数主要包括 K1、K2、K3、KN、P、R、E、D、La、u、h、b等，主要为污染物迁移变化过程中的系数和河流的水力学参数。对于污染物的迁移变化过程中的系数，由于实际条件的限制和根据研究目的的要求，不可能所有参数都实测得到，因此通过各种估算方法确定有关参数是建立水质模型中尤为关键的一步。而河流的水力学参数，多通过常年的水文数据资料或经验公式估算得到。

1）污水中的亏氧量Dp（mg/L）：排放污水中饱和溶解氧浓度与实际溶解氧浓度的差值。

2）河流本底氧亏Dh（mg/L）：排放口上游河水中饱和溶解氧浓度与实际溶解氧浓度的差值。

3）河流耗氧系数K1（1/d）：河流耗氧系数K1由河流动力学特性估算，其双曲线方程为K1=10.3Q-0.49，Q为河流流量。

4）河流复氧系数K2（1/d）：河流复氧系数K2采用欧文斯经验式确定。

2.3 模拟效果检验

采用控制单元一中的污染源和老合台村东2014年枯水期监测数据及水文水质资料对建立的水质模型进行验证。将相关数据代入模型进行模拟，并将结果与实测值进行对照，验证模型准确度。根据现场调研，老合台村东断面上游污染源为老和村生活污染源及沿岸村庄散排生活污水，其水质见表1、表2。

表1 2014年老合台村东断面上游污染源排污数据表

表2 2014年老合台村东断面枯水期水质监测数据表

采用S-P模型预测老和村生活污水排放口至老合台村东断面衰减后的水质，污水排放口至监测断面距离为2000 m，预测结果见表3。

表3 2014年茨山河模拟值与实测值对照表

由表可知，模拟值与实测值吻合较好，相对误差绝对值最大为10.53%，说明模型模拟效果较好，因此该水质模型是适合茨山河河水恒定流动状态下的。但由于茨山河存在断流情况，此情况下水质模型是不适用的。

3 排放量计算

3.1 允许排放量计算

运用已建立的S-P模型，以老合台村东、茨山桥及锌厂铁路桥断面水质达标为约束，按照现状排污口位置，反算计算单元内的环境允许排放量。计算过程中选用数据为2014年，近四年数据中2014年为水质最差一年，选择最不利条件进行计算。根据2011~2014年葫芦岛市环境质量报告书水质监测数据显示，老合台村东及茨山桥监测断面挥发酚不超标，而锌厂铁路桥监测断面挥发酚超标，可知挥发酚超标是由于锌厂铁路桥断面上游企业排放污水导致，而该企业离锌厂铁路桥监测断面距离较近，因此本阶段暂不计算挥发酚允许排放量。

老合台村东、茨山桥及锌厂铁路桥监测断面功能区类别均为V类。其COD、氨氮、TP标准限值见表4。

表4 茨山河监测断面污染物最高允许浓度

表5 2014年断面枯水期水质监测数据表

3.2 单元内允许排放量计算

根据监测报告，计算单元一、单元二、单元三内COD、NH3-N、TP均为超标污染物，因此计算COD、NH3-N、TP的允许排放量。

通过S-P模型反算老和台村及周边农村、茨山桥周边农村、锌厂铁路桥沿河生活污水排放污染源及沿河企业污染源的削允许排放量。

表6 计算单元内COD、NH3-N、TP允许排放量

3.3 茨山河许可排放量分配

茨山河计算单元一主要污染源为老和台村及周边农村散排污染源，允许排放量原则上可采用等比例分配法，将允许排放量分配至市政污水处理厂，污水收集处理后可有效减少污染物排放量。

茨山河计算单元二的主要污染源为茨山桥周边农村散排污染源排放的生活污水及初期雨水，允许排放量原则上可采用等比例分配法，将允许排放量分配至市政污水处理厂，污水收集处理后可有效减少污染物排放量。

茨山河计算单元三的主要污染源为锌厂铁路桥沿河生活污水排放污染源及沿河企业污染源，允许排放量原则上可采用等比例分配法，将允许排放量分配至市政污水处理厂，污水收集处理后可有效减少污染物排放量。

4 结论

通过本文茨山河纳污环境容量的计算与分析，研究结果能够对茨山河水污染治理起到技术支撑的作用，结合对茨山河实施河道清淤、截污、生态恢复等，保证枯水期的水文连续性，增强水体纳污能力，另外通过城市污水收集管网工程建设，点源污染源所排放的废水收集到附近的污水处理厂中，杜绝排入到茨山河水体内，随着污水系统的完善及污水处理厂的建设，将改变目前污水未经处理随意排入河道的现象，从而使水体水质得到改善。