寇河水质时空变化分析及达标水环境容量计算

胡秀芳，袁 信，邓仁贵，龙俞辰

（1.湖南南方水利水电勘测设计院有限公司，湖南长沙410007；2.湖南省水利水电科学研究院，湖南长沙410007；3.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230）

目前我国的水资源状况非常严峻，水资源短缺且分布不均，水污染水环境恶化持续不断，尤其是北方一些河流，在特殊年份出现部分河段断流、干涸现象，由于水资源短缺，无法纳污自净，导致部分河段水质变差[1，2]。寇河属辽河二级支流，全长118 km，流域面积为1 238 km2。近几年，寇河干流出境断面松树水文站水质差于上游断面诚信水库水质，沿河有大量的畜禽养殖专业户的面源污染汇入，还有生活污水处理厂和一些规模化畜禽养殖场的点源污染汇入。从2016—2019年，河流水质逐年变差，表现在COD指标上，寇河水质目标为Ⅲ类水，2016年石油类超Ⅲ类水质标准0.6倍，2017—2018年水质符合Ⅲ类标准，2019年水质最差，符合Ⅳ类标准，COD超Ⅲ类水质标准0.065倍。为了加强水污染综合防治，进一步改善水环境质量，保障人民群众身体健康，结合寇河松树水文站监测断面上游实际情况，开展寇河水质时空变化分析及达标水环境容量计算，为实现寇河水质考核目标提供技术支撑。

1 水质时空变化

根据辽河主要支流考核断面2017年和2018年松树水文站断面的监测数据，以及诚信水库断面的监测数据，得出了氨氮、高锰酸盐指数变化趋势，见图1。

由图1显示：诚信水库，除2017年9月份氨氮超Ⅴ类水质标准0.03倍之外，其他月份和2018年全年都符合Ⅲ类水质标准；松树水文站，2017年9月高锰酸盐指数超Ⅲ类水质标准0.1倍，2018年3月高锰酸盐指数超Ⅲ类水质标准0.08倍，2017年5月氨氮超Ⅲ类水质标准0.2倍，2018年2月和3月氨氮超Ⅲ类水质标准0.1倍和0.03倍；2017年年均值，高锰酸盐指数松树水文站劣于诚信水库32.6%，氨氮松树水文站优于诚信水库39.2%；2018年年均值，高锰酸盐指数松树水文站劣于诚信水库22%，氨氮松树水文站劣于诚信水库41.8%。总之，松树水文站水质劣于诚信水库的水质。

2 污染排放与水质的响应分析

2.1 水质模型

目标河流属于辽河二级支流，划分后的各个河段长度较短，选取河流一维稳态水质模型模拟河流水质变化[3]，污染物在河流横向方向上混合均匀。

图1 寇河干流上游诚信水库与下游松树水文站水质监测对比图

式中：C′为支流或排污口等边界汇入后稀释浓度，mg/L；C0为上游来水浓度，mg/L；Q0为上游来水流量，m3/s；W为纳污能力，g/s；q为支流或排污口等边界的污染物排放量，kg/d；Cq为支流或排污口等边界汇入浓度，mg/L；C为距离边界下游x处断面的浓度，mg/L；K为降解系数，1/d；x为控制断面距离支流或排污口等边界的距离，m；u为河段的流速，m/s。

2.2 降解系数

水质模型中的参数选定是预测的关键，根据《全国地表水环境容量核定》、已有研究成果、水文年鉴等确定了目标区域COD和氨氮的综合降解系数取值范围，并通过模型的调试验证确定了COD和氨氮的综合降解系数分别取0.1/d和0.05/d。

2.3 控制单元划分

寇河流域的污染源排放口共有5个：乌鲁河汇入口、石银沟河汇入口、西丰县中心、艾青河汇入口、郜家店镇中心。根据汇水区的行政区划和污染源的分布情况，诚信水库作为水源地，水质情况较好，且上游振兴镇污染源较少，更重要的是诚信水库有水质监测数据，便于模型分析，此方案将诚信水库大坝至松树水文站之间汇水区沿寇河河流流向依次分为3个控制单元，见图2。

图2 控制单元区划图

2.4 水环境现状模拟结果

由于断面流量数据仅有4月到12月，因此模拟了2019年4月到12月的COD和氨氮水质情况，见图3。可以看出，寇河松树断面2019年COD超标月份为5，6，8，9月，氨氮不超标。松树断面由于11和12月的流量较小，导致模拟COD值偏高，其他月份的模拟值均低于监测数据。氨氮模拟数据除4月以外，其他月份的模拟数据均高于监测数据。通过数据分析可以看出，模拟结果主要受流量影响，流量较小的5，6，11和12月的模拟值高出监测值较多。

图3 COD与氨氮现状模拟结果趋势

2.5 污染源影响分析

分析各控制单元对河流水质（COD和氨氮）的影响比重，见图4。可以看出，COD的主要污染来源是控制单元①和②，而氨氮的污染源主要来自控制单元②。

2.6 环境容量

寇河的水文条件有限，起始点无流量数据，考核断面（松树）仅有2016—2019年的流量数据，并且个别月份数据缺失。在现有数据的基础上，采用90%最枯流量，并通过流量查出相应流速。水质目标为Ⅲ类水体，COD目标值为20 mg/L，氨氮目标值为1 mg/L，对应的COD环境容量为297 t/a，氨氮环境容量为24 t/a。

图4 污染源影响分析结果图

3 许可排放量分配

排放量的分配主要取决于环境容量和各控制单元内污染源的分布状况。①段内污染源包括安民、金星、更刻、陶然4个乡镇的养殖户、养殖场的畜禽粪便和生活污水污染，除此之外，安民镇还有一部份工业污染源。②段是污染强度最大的一个控制单元，大部分污染来自德兴、钓鱼和西丰镇的养殖污染，需采取有效措施予以控制，同时对于工业和城镇生活污染，也应积极地进行污水处理厂的提标改造工程，减小排放量。③段的排污量较少，但离考核断面距离最近，对考核断面水质的影响也最大，对区内明德和郜家店的畜禽污染同样应引起高度的重视，采取必要的措施。从经济效益、环境效益和社会效益等多方面综合考虑，将环境容量合理地分配到各控制单元，见表1。

表1 许可排放量分配表t/a

根据表1可知，3个控制单元中，控制单元②的减排任务最重。而从不同污染源分析，散户养殖污染的减排任务最重。

4 结论

通过对寇河水质时空变化分析及达标水环境容量计算，水质变化、水环境容量及许可排放量预测与实际情况基本相符合，能够指导寇河水质考核目标达标。但前提是采取治理措施后才能达标，因此需要各部门联合行动，通过对流域内点源污染和面源污染的有效控制，结合全面的管理措施，使断面水质考核达标，实现流域内的水生态环境质量明显改善。