基于水文分割法的太子河干流本溪段入河污染量核定

毛玉凤

(辽宁省本溪水文局，辽宁 本溪 117000)

辽河三大水系分别为辽河、浑河以及太子河，太子河流域总集水面积为1.39万km2[1]。河流主要流经本溪、辽阳以及鞍山等城市，其中本溪市位于太子河上游，随着本溪市城市工业和社会经济的快速发展，太子河流域水环境呈现逐年恶化的趋势，近些年来，随着流域水环境治理力度的不断加大，区域水环境得到不同程度的改善，劣V类水质断面逐步减少[2]。当前太子河流域虽然劣V类断面有所减少，但部分河流断面水质达标率依旧低于30%，尤其是干流本溪段，一些研究成果表明[3- 6]，本溪段部分水质断面在一些月份水污染浓度较高，部分断面甚至出现劣V类水质，2011年以来氨氮浓度呈现较为显著的递增变化。当前太子河流域已经编制了流域水环境综合整治规划方案，并将太子河干流本溪段作为水污染核心控制单元，对核心控制单元的污染物总量严格控制，因此需要对进入核心控制单元的面源污染物进行较为精准的核定。国内对于污染负荷核定取得一定研究成果[7- 13]，其中水文分割法在一些地区面源污染负荷核定中得到较为成熟的应用，但在太子河流域还没有相关应用，为提高太子河干流本溪段面源污染负荷量核定的科学性和准确性，本文以水文分割法对太子河干流本溪段入河面源污染负荷进行核定，研究成果为太子河流域水环境综合治理提供科学依据。

1 污染负荷核定方法

对于入河污染物需要将面源和点源污染负荷进行分离，为此本文采用统计学方法对进入本溪河段的点源进行核定，而面源污染负荷采用水文分割法进行核定。具体核定方法如下。

1.1 点源污染核定方法

太子河干流本溪段点源污染负荷采用统计学方法进行核定，主要对工业和污水处理厂上报的统计数据进行核定后，对污染负荷W点进行核定，核定方程为：

(1)

式中，Qi—第i个污水处理场或者工业排污口的排污流量，m3/s；Ci—第i个污水处理场或者工业排污口的排污浓度，mg/L；λ—入河污染比例。

1.2 面源污染核定方法

采用水文分割方法对太子河本溪段河流平水期、枯水期、丰水期的面源污染负荷W进行核定，主要核定方程为：

(2)

式中，Cpi—污染物在枯水季节入河的浓度，mg/L；Qpi—枯水季节入河月平均流量，m3/s；Ci—污染物入河浓度月均值，mg/L；Qi—河流月流量均值，m3/s。

1.3 污染源调查

对太子河干流本溪段不同污染物控制单元内的污染源进行调查，共调查直接排入河道的污染源总计65个，具体分布如图1所示。

图1 太子河本溪段主要污染控制单元污染调查源分布

其中涉及热力生产和工业污染源45个、氨肥制造点1个、钢压延加工点1个、化学试剂制造点2个、石灰石石膏开采点3个、污水处理厂5个，其他加工企业点8个。对各调查污染源的排放量进行统计，并结合现场测定方式对各调查污染源的排放量进行复核。

1.4 入河污染系数

从不同时期、入河距离对65个污染调查源的入河污染系数进行分析，见表1。

河流温度和入河距离是影响各污染源入河污染系数的2个主要因素，因此考虑河流结冰影响，将入河污染系数划分为平水期、丰水期以及枯水期3个时段进行确定。入河污染物负荷以及污染排放量的比值为入河污染系数。由表1可看出，平水期和丰水期入河污染系数较为接近，这主要是因为平水期和丰水期水温影响相对较小，而枯水期由于进入河道封冻期其入河污染系数要高。

2 入河污染量核定成果

2.1 月入河污染量核定

以2018年为基准年，结合各污染源调查污水排放量，结合点源和面源污染量核定方法，对太子河干流主要污染控制单元的氨氮和COD污染量进行核定，核定成果见表2。

表1 太子河本溪段各污染控制单元入河污染系数

(续表)

表2 太子河干流主要污染控制单元的氨氮和COD污染量核定成果 单位：t

根据调查的污染源排放量数据以及控制单元监测断面水质数据、水文数据对太子河干流本溪5个污染控制单元丰水期、平水期、枯水期的月入河污染量均值进行了计算。从计算结果可看出，兴安断面控制单元丰水期、平水期及枯水期入河的COD和氨氮污染量均明显高于其他污染控制单元，通过调查分析发现兴安断面主要集中分布有热力生产、工业污染及农灌区，因此其点源和面源污染量均较高。北沙河本溪段控制单元丰水期、枯水期及平水期月污染量均值在5个污染控制单元中最低，通过调查分析发现该污染控制单元内工业污染及农业面源污染相对较少，因此其入河污染量较低。总体而言，从太子河本溪入口上游段到下游出口段，丰水期、平水期及枯水期入河污染有沿程降低的趋势，表明太子河干流污染物呈现逐步衰减的变化趋势。

2.2 污染贡献率分析

在太子河干流主要污染控制单元的氨氮和COD污染量核定基础上，对各污染控制单元年及不同时期入河污染贡献率进行分析。分析结果见表3—6。

结合统计学方法对太子河干流本溪段各污染控制单元年、丰水期、平水期及枯水期的点源入河污染量进行核定，面源污染核定主要采样水文分割方法，并统计5个污染控制单元对总污染负荷量的贡献率，由分析结果可统计出，以2018年为基准年，其丰水期COD和氨氮入河污染总量分别为4040.56和482.33t/a，枯水期分别为673.44和80.4t/a，平水期分别为2020.32和241.21t/a，河段入河面源和点源的年污染量占比分别为92.3%和7.7%，面源污染是其入河主要污染。和各控制污染源月入河污染负荷量对比可看出，各污染控制单元年污染量及不同时期污染量较为接近，兴安断面以上污染控制单元的COD、氨氮点源和面源污染量均最高，其污染贡献率也明显高于其他控制单元。由沿程分布可看出，从太子河干流本溪段入口到出口段其COD和氨氮污染贡献率下降较为明显。入河污染物主要以径流作为其运移的载体，丰水期由于水量相对较为充沛，因此其入河污染量较大，而枯水期由于水量的锐减，且加上河流冬季结冰，其污染量减少。此外，由太子河干流本溪段各污染控制单元点源河面源污染量可看出，面源污染是当前太子河本溪段较为突出的污染问题。

表3 太子河干流主要污染控制单元的氨氮和COD年污染贡献率分析结果

表4 太子河干流主要污染控制单元的氨氮和COD丰水期污染贡献率分析结果

表5 太子河干流主要污染控制单元的氨氮和COD平水期污染贡献率分析结果

表6 太子河干流主要污染控制单元的氨氮和COD枯水期污染贡献率分析结果

3 结论

(1)本文基于水文分割法及统计方法对太子河本溪段入河面源和点源进分别进行核定，以2018年为基准年，河段入河面源和点源的年污染量占比分别为92.3%和7.7%，面源污染是入河主要污染，因此太子河本溪段要加大对各污染控制单元内面源污染的治理力度。

(2)在5个污染控制单元中，兴安断面丰水期、平水期及枯水期入河的COD和氨氮污染量均明显高于其他污染控制单元，因作为重点环境治理单元，加大对区域主要污染指标COD和氨氮入河污染量，建议严格控制区域内热力生产、石灰矿石企业废水排放量在500～1000t/a之间，并加大区域生态农肥的推广使用。

(3)枯水期尤其是河流结冰期其入河污染量很难核定，在后续研究中还应重点关注封冻期河流入河污染物特征的变化，从而提高枯水期入河污染物核定的准确度。