广州市白云区纳污能力计算及限制排污总量控制方案研究

黄远征，赵吉国，胡 培

(1.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635；2.河口水利技术国家地方联合工程实验室，广东 广州 510635；3.广东省水动力学应用研究重点实验室，广东 广州 510635)

1 研究背景

2011年，中央一号文件“中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定”明确提出，要实行最严格的水资源管理制度，建立用水总量控制、用水效率控制及水功能区限制纳污“三项制度”并划定相应的“三条红线”。针对水功能区限制纳污红线，一号文件提出，要按照水功能区目标要求从严核定水域纳污容量，严格控制入河湖排污总量。2015年4月，国务院发布《水污染防治行动计划》(即“水十条”)，将科学保护水资源作为重要任务，并明确提出完善水资源保护考核评价体系[1]。在此基础上，广东省印发了《广东省水污染防治行动计划实施方案》，要求切实推进广东省水污染防治工作，深入实施绿色发展战略，开创广东省生态文明建设新局面[2]。

水污染是广州面临的最为严重的生态环境问题之一，近70%的河涌水系遭受到不同程度的污染[3]。而白云区又是广州市内水污染问题较为严重的区域。根据广州市水务局公开文件，广州市197条黑臭水体中，有35条位于白云区境内，数量仅次于番禺区。因此，本次选取白云区为对象，开展纳污能力核定及限制排污总量控制研究，为统筹安排水资源的开发利用和保护，实现水资源和水生态系统的良性循环，保证水资源的永续利用，促进经济社会可持续发展提供积极助力。

2 白云区区域及水质概况

白云区隶属于广东省广州市，地处珠江三角洲北缘，地理坐标介于东经113°08′36″至113°34′52″、北纬23°07′03″至23°25′53″之间，全区面积约为795.79 km2。属南亚热带季风气候区，季风环流盛行，阳光充足，雨量充沛，多年平均降雨量约为1 676.16 mm。白云区境内河流众多，主要包括流溪河流域水系、白泥河流域水系及珠江西航道水系，均属珠江水系。因受地势影响，河流多为东北-西南流向。

本文选取白云区140条河流及35个水库2018年水质监测数据进行统计评价(如表1所示)。结果显示：白云区现状水体水质较差，140条河流中，现状水质达Ⅲ类的1条，仅占比0.71%；现状水质劣V类的河流数量为116条，占比为82.86%。主要超标因子为氨氮及COD。35个水库中，现状水质为Ⅲ类的1个，占比为2.86%；现状水质为劣Ⅴ类的水库数量9个，占比为25.71%。主要超标因子为氨氮。因此，结合白云区实际情况及《水域纳污能力计算规程》《关于开展全国重要江河湖泊水功能区纳污能力核定和分阶段限排总量控制方案制定工作的通知》[4]等要求，选择氨氮及COD作为控制因子对白云区水体纳污能力进行计算。

表1 白云区水体(河流及水库)水质评价结果

3 纳污能力计算

水域纳污能力是指在设计水文条件下，满足计算水域的水质目标要求时，该水域所能容纳的某种污染物的最大数量。水域纳污能力是制定水功能区限排方案的重要基础及依据，其大小是河道污染物排放量及水质保护目标之间动态关系的反应[5-7]。对于不同的水体，由于现状水质和水质保护目标不同，采用不同的方法确定纳污能力。

3.1 纳污能力计算方法

1)一维衰减模型

根据白云区实际情况，采用一维衰减模型进行河流纳污能力计算：

C=C0·e-Kx/u

(1)

式中C0、C(x)分别为初始断面、控制断面污染物浓度，mg/L；K为综合降解系数，1/s；u为河流断面平均流速，m/s；x为排污口下游断面距控制断面纵向距离，m。

为简化计算，在一维衰减水质模型中，将河段内的多个排污口概化为一个集中的排污口，且将设置该排污口位置为河段中点处，即该集中点源的实际自净长度为河段长的一半。若设河段长度为L，则污染物自净长度为L/2。假定污水量与河道流量相比忽略不计，则对于下游控制断面，其污染物浓度为：

(2)

式中W为该计算河段污染物排放量，g/s；Qr为上游来水流量，m3/s。根据控制断面处的水质保护目标，对上式进行反解，即可求出该河段的纳污能力为：

W=(CS-C0exp(-kL/u))exp(kL/2u)Qr

(3)

根据计算结果，2030年白云区河流纳污能力COD为6 837.71 t/a，氨氮为248.55 t/a。

2)均匀衰减模型

选择均匀混合模型对白云区水库纳污能力进行计算：

(4)

根据计算结果，2030年白云区水库纳污能力COD为1 227.95 t/a，氨氮为84.75 t/a。

3.2 参数率定

1)衰减系数K

衰减系数K是污染物在水体中衰减变化的速率，常与河流的水文条件、污染物特征等因素相关[8]。国家环境保护总局华南环境科学研究所研究了珠江流域氨氮及COD的衰减规律，计算得到珠江流域氨氮衰减系数介于0.03～0.30 d-1之间，COD衰减系数介于0.07～0.60 d-1之间[9]。考虑白云区现状水体流动性较差，水体中溶解氧含量较低、底泥污染较为严重，水体的吸附、降解能力不足等因素，白云区氨氮综合衰减系数取值为0.03 d，COD综合衰减系数取值为0.07 d。

2)设计流速

根据《水域纳污能力计算规程》，计算河流水域纳污能力，应采用90%保证率最枯月平均流量或近10 a最枯月平均流量作为设计流量。白云区范围内没有控制性水文站点，因此，选用牛心岭站、广州蒸发站2个常规雨量站监测数据，推算得到白云区90%保证率最枯月流量。

3.3 纳污能力计算结果

以白云区各水体所在的水功能区划2030年水质目标为该水体水质目标，计算得到白云区2030年水域纳污能力。2030年白云区河流水功能纳污能力COD为6 837.71 t/a，氨氮为248.55 t/a；水库水功能区纳污能力COD为1 227.95 t/a，氨氮为84.75 t/a(见表2)。

表2 白云区水体纳污能力 t/a

4 限制排污总量控制方案

4.1 限排总量控制原则

由水域的纳污能力和污染物入河量，综合考虑河流、水库的水质状况、当地技术经济条件和经济社会发展，确定污染物进入库水体的最大数量，称为污染物入河(库)控制量[10]。本着维持并逐步改善水域水质的要求，白云区水域限制排污总量主要控制原则如下：① 当水域污染入河量小于水域纳污能力时，取水域污染物入河量作为水域限排控制量；② 当水域污染物入河量大于水域纳污能力时，以计算的纳污能力作为水域限排控制总量。

4.2 污染物入河量分析

白云区污染源主要包括点源污染与面源污染，其中，点源污染主要来自工业废水、城镇集中生活污水、分散式生活退水，其主要排入对象为白云区各河流；面源污染主要包括农业径流等，其主要排入对象为就近各水体(含河流及水库)。根据白云区实际情况，分别从生活、工业、畜禽养殖、水产养殖、农业种植等方面，对污染物入河量进行分析计算。其中，生活污染源部分，按照城镇污水处理率计算进入污水处理厂的污水量，并参考《全国水环境容量核定基数指南》，污水处理厂入河系数取值1.0。对于农村生活污水，考虑白云区农村生活污水处理工程设计标准不高、运行效率较低等实际情况，入河系数取值0.5；工业污染源入河系数取值1.0；畜禽养殖污染源部分，使用国家环保总局推荐的排泄系数、排泄量及入河系数进行计算[11]；农业种植污染源部分，参考《全国水环境容量核定基数指南》中相关系数及《广州市流溪河流域水功能区纳污能力核定及限制排污总量控制方案》中确定的入河系数进行计算[12]。白云区污染源入河量计算结果见表3。

4.3 计算结果

在对白云区污染物入河量进行计算及分配的基础上，结合3.3节的计算结果及4.1节相关原则，对白云区水域污染物入河(库)控制量及削减量进行计算，结果如表4所示。

表3 白云区污染物入河量 t/a

表4 白云区污染物入河(库)控制量及削减量 t/a

5 结论及建议

5.1 结论

1)采用一维衰减模型核算了白云区各河流的纳污能力。2030年白云区河流COD纳污能力为6 837.71 t/a，氨氮纳污能力为2 485.5 t/a。采用均匀衰减模型核算了白云区各水库的纳污能力。2030年白云区水库COD纳污能力为1 227.95 t/a，氨氮纳污能力为 84.75 t/a。

2)现状白云区河流水质整体水质较差，劣Ⅴ类河流数量仍较多。水库水质较河流好，但大部分也存在较大污染。从污染源入河量来看，白云区现状入河量贡献最大的为生活污染，生活污染对COD及氨氮的贡献率均在65%左右；其次为工业污染和农业种植污染。

3)2030年白云区限制排污总量控制方案为：河流COD限制排污总量为6 837.71 t/a，其入河削减量需达155 968.68 t/a；氨氮纳污能力为2 485.5 t/a，其入河削减量需达到2 424.30 t/a。水库COD纳污能力为1 227.95 t/a，其入库削减量需达24.52 t/a；氨氮纳污能力为84.75 t/a，其入库削减量需达14.28 t/a。

5.2 建议

1)建立治水治污网格管理机制。在全区3 066个网格设置治水治污网格员，形成以流域为体系、网格为单元，横向到边、纵向到底，全覆盖、无盲区的治水网格体系。以河长办工作为抓手，全面加强对区域内存在污染问题的排查及整治。

2)持续加强水污染源头整治。按照“三个一批”要求，深入开展“散乱污”场所整治；以河涌蓝线范围为界限，全面拆除沿河违法建筑物；按照“一口一策”的原则，深入实施河涌排水口整治，对每个排水口逐一溯源确定溢流原因，有针对性的进行分流、接驳；完善、压缩站雨污分流设施和功能，确保压缩站汇水面积内的雨水与压缩车间垃圾污水和冲洗分流。

3)建立健全水域纳污红线管理问责体系，完善水域监测体系，并建立流域水资源保护和水污染防治协调机制，建立水域限制纳污红线管理制度。明确各街道政府作为本辖区纳污红线管理指标落实的责任主体，落实纳污红线管理作为综合评价和相关职能部门业绩考核的重要内容。