渭河干流下游水环境水生态预警

张春玲，周晓强，赵丽芸

（陕西省水文水资源勘测中心,陕西 西安 710068）

1 渭河流域现状

1.1 流域概况

渭河,是黄河的最大支流。发源于甘肃省定西市渭源县鸟鼠山,主要流经今甘肃天水、陕西省关中平原的宝鸡、咸阳、西安、渭南等地,至渭南市潼关县汇入黄河。

渭河干流,横跨甘肃东部和陕西中部。全长818 km,流域总面积13.5 万km2,陕西境内河长504.4 km,流域面积67108 km2,其中渭河华县水文站以下控制面积2.9万km2,占总面积的21.1%。华县至潼关段,较大支流有：罗汶河、方山河、柳叶河、长涧河、罗敷河、北洛河以及列斜沟,其中北洛河是渭河华县下的最大的支流,年均径流量约1 亿m3。

北洛河,渭河的第二大支流,发源于陕西省定边县白于山,流经白水、澄城、蒲城,在大荔县韦林镇的仓西村汇入渭河,全长680 km,平均比降1.79‰,总落差1175 m。

1.2 水资源概况

渭河多年平均径流量75.7 亿m3,陕西境内为53.8 亿m3。径流地区分布不均,总的趋势是自南而北减小,秦岭、关山区高,塬区、谷地区低；西部大于东部,中游比下游径流丰富。渭河全流域多年平均年输沙量4.48 亿t,其中渭河干流1.27亿t,洛河0.84亿t。泥沙主要来自渭河林家村以上,泾河张家山以上,洛河状头以上。泥沙主要集中在6月～9月,占全年来沙量的96%以上。

1.3 渭河干流下游水质情况

根据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）,采用单因子评价法进行评价,渭河干流华县至潼关入黄段水质状况:目前渭河干流华县以下至潼关入黄段监测有华县、吊桥、潼关3 个水质断面,2019 年水质类别均为Ⅲ类水质。

渭河支流水质状况：汇入该河段的支流由西向东依次有支流罗汶河、方山河、罗敷河、北洛河、柳叶河、长涧河和列斜沟桥,根据现状调查监测和陕西省水环境监测中心的北洛河入渭口、罗纹、罗敷堡监测的年均资料,水质具体情况见表1。

表1 渭河下游华县至潼关入黄段2019年水质现状

渭河干流华县及以下主要支流中,南山支流水质大部分较好,除罗纹河、长涧河、裂斜沟外,其它河流基本水质类别基本在Ⅱ～Ⅲ类,罗纹河、长涧河、裂斜沟受支流排污的影响水质较差,水质类别劣于Ⅴ类。渭河北岸仅有北洛河1条支流汇入,北洛河水质整体尚可,全年平均水质类别Ⅲ类,偶尔也有劣Ⅴ类出现。

水功能区水质评价：根据《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）,采用单因子评价法进行评价。

渭河干流下游：渭河渭南农业用水区和渭河华阴缓冲区2019年均为Ⅲ类水质,黄河渭南、运城渔业、农业用水区2019年为Ⅱ类水质,均优于水质控制目标。

2 渭河流域下游存在问题

2.1 生态流量不足,存在不达标现象

由于上游水库拦截致使生态流量不足,流域生产生活污染较为严重。致使渭河下游华县至潼关,部分断面水质不能稳定达标,偶有断流现象。

2.2 生活垃圾、氮磷使用,造成面源污染

在渭河下游存在农村生活垃圾、污水和人畜粪便,化肥、农药的大量使用,不能完全被作物吸收外,大部分残留在土壤和水分中,然后随农田退水和地表径流进入水体,造成污染,对河流水质造成严重影响。

2.3 少数支流水质较差影响干流达标

目前渭河水质虽然逐年变好,但是其主要支流北洛河、罗纹河水质仍然较差,基本上均为Ⅴ类及劣Ⅴ类,严重影响了渭河的水质达标。

2.4 再生水利用不足

陕西省普遍存在再生水利用率不高的问题,西安市2019年底城市再生水利用率也仅为18.63%（含一级A标准中水补充湖池）。其原因主要是陕西省再生水利用设施和配套管网建设相对滞后,再生水管理体系不健全,再生水资源利用途径有限。

3 水环境预警体系的建立

3.1 研究区域内排污口

根据现场踏勘情况,渭河干流华县至潼关段没有直接入河的排污口。区域内污染物主要通过北洛河、罗纹河、长涧河等支流排入渭河干流。

3.2 区域内支流口水量及污染物量

根据现状调查,汇入该河段的支流由西向东依次有罗纹河、方山河、罗敷河、北洛河、柳叶河、长涧河和列斜沟桥等七条。计算各支流汇入该段的污染物贡献量。通过面积比拟法计算出无水文资料的支流流量,2020年各支流流量、主要污染物浓度具体结果见表2。再根据公式W=QC计算出污染物入河量,2020年每月及全年污染物入河量具体见表3。

表2 2020年年均流量、主要污染物浓度

表3 纳污能力计算主要参数取值表

3.3 预警指标的确定

从渭河干流主要污染状况及现阶段国家各职能部门对污染指标的控制综合考虑,以及COD和氨氮是目前污染最普遍、最严重的两项因子,确定COD和氨氮为本次预警研究的控制指标。

3.4 预警方法的确定

本次预警研究根据汛期和全年水量最小月份的不同保证率流量,计算出相应的纳污能力,确定河段的限排量,提出区域内污染物入河量的阈值,以保障渭河入黄水质达到水功能区Ⅳ类目标。

3.4.1 纳污能力计算

本次计算将渭河华县以下以支流口为节点,进行了划分,将渭河干流华县以下划分为8段进,在考虑支流污染物贡献的情况下,根据《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173-2010）,分别采用汛期及非汛期最枯月5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、75%、80%、90%、95%保证率下的流量计算出各河段不同水量下的纳污能力,确定不同流量下的纳污量限值。纳污能力的计算过程充分考虑渭河沿岸支流在不同水期,不同保证率水量下污染物通量进入渭河,对渭河污染物的贡献。主要参数取值见表4,各水文站汛期、非汛期各保证率最枯月设计流量、流速成果表5。

表4 2020年每月及全年污染物入河量 单位：t

表5 各水文站汛期、非汛期各保证率最枯月设计流量、流速成果表

续表5

3.4.2 预警模型确定

根据纳污能力计算成果,建立不同水量在支流影响情况下纳污能力与水量的关系。从汛期最枯月不同保证率流量与纳污能力关系图可以得出,汛期最枯月不同保证率流量与纳污能力成幂关系；而非汛期最枯月不同保证率流量与纳污能力成多项式关系。见图1、图2。

图1 汛期最枯月不同保证率流量与COD纳污能力关系图

图2 汛期最枯月不同保证率流量与氨氮纳污能力关系图

3.4.3 预警体系的建立

河流纳污容量受到影响的因素较多,包括流量、流速、河流现状污染物浓度、现状区域内污染物入河量、面源污染物入河等,其中流速影响较小且主要受河道自然状态影响难以人为控制,面源污染受降雨及区域工、农业等因素影响,且面源影响情况较为复杂难以定量控制。因此本次预警体系的主要控制因子选取上述3个控制因子。

（1）流量

按照国家及水利部对河道生态流量的要求,流量控制主要以水利部门批复渭河华县水文站的生态流量为控制阀值。

（2）河流现状污染物浓度

河流现状污染物浓度,即渭河华县断面的COD和氨氮的含量。根据上一章纳污能力计算的过程中,对于下游主要支流汇入对渭河水质的影响分析,华县断面的COD浓度必须控制在28.5 mg/L,氨氮浓度必须控制在1.5 mg/L,才能保证在下游主要支流现状污染物浓度下对渭河污染物量的贡献情况下,渭河水质达标。

（3）现状区域内污染物入河量

渭河华县以下污染物入河量控制指标,在综合考虑下游区域经济发展及渭河入黄水质达标的情况下,分别采用渭河干流华县以下汛期及非汛期最枯月不同保证率流量情况下河流的纳污能力作为控制限值。同时汛期时COD入河量的限制排污量可以通过图1进行查询或者采用幂函数公式：y=1035x0.7483进行计算；氨氮可以通过图2进行查询或者采用幂函数公式：y=68.487x0.6391进行计算。非汛期时COD入河量的限制排污量可以通过图3进行查询或者采用多项式公式：y=-1.7773x2+339.04x+1755.5进行计算；氨氮可以通过图4进行查询或者采用多项式公式：y=-0.1351 x2+22.378 x+130.4进行计算。

图3 非汛期最枯月不同保证率流量与COD入河限制量关系图

图4 非汛期最枯月不同保证率流量与氨氮入河限制量关系图

3.5 预警体系合理性分析

以2015年7月COD和氨氮监测数据进行分析验证。2015年7月采用汛期公式计算出纳污能力分别COD为1889.18 g/s,氨氮为69.2 g/s,而状头的贡献量分别为COD 201.65 g/s,氨氮4.03 g/s,均小于计算结果,与实测总体吊桥断面浓度减小的结论基本相符。

4 结论及建议

4.1 结论

（1）由于预警过程中河流长度的差异,给预警结果带来一定影响,但预警模式与方法基本可信。

（2）纳污能力计算中衰减解系数（K）的取值CODCr的K值的确定对预警结果也有一定影响。

（3）预警河段监测数据越多,预警结果越准确。

4.2 建议

4.2.1 健全管理制度，建立监测预警机制

针对渭河下游华县至潼关段,统筹水资源开发利用节约保护全过程,提出完善水资源管理制度、加强监控能力建设。①在现状污染物入河量未削减到水域纳污能力范围内之前,该水域原则上不得新建、扩建入河排污口。②严格执行《陕西省黄河流域污水综合排放标准》（DB 61/224-2018）加大中水回用。③严格执行《入河排污口监督管理办法》,对入河排污口进行综合整治。④严格控制内源和面源以控制入河污染物的排放总量。结合面源综合防治要求,提出农药和化肥减施、农村固体废弃物资源化利用、畜禽养殖场废弃物处理利用、农业面源污染监测体系建设等对策措施建议。⑤严格控制渭河华县至潼关的污染物排放量,在排污口、支流口设立自动监测站,充分利用现有水文站,在现有模型的基础上,利用水资源质量评价系统建立水生态、水环境预警。

4.2.2 统筹调配多种水源，合理提高河流纳污能力

渭河流域各水库应该确保河流生态流量,保证渭河水量充沛,能够满足河流稀释自净的需要。同时分析区域供水结构、非常规水源利用潜力、外调水的需要与可能,在保障合理生态用水的前提下,按照充分利用本地地表水、适度开采地下水、加大非常规水利用、提高水循环利用水平、合理增加外调水的原则,提出优化区域供水结构、提高水资源承载能力的措施建议,增加渭河流域的水量,增大渭河流域的纳污能力,促进渭河水质达标。

4.2.3 加强支流的污染防治力度

目前渭河水质虽然逐年变好,但是其主要支流北洛河、罗纹河水质仍然较差,基本上均为Ⅴ类及劣Ⅴ类,严重影响了渭河的水质达标。要彻底改善好渭河的水质必须对污染严重的支流加强治理力度。

紧紧抓住把黄河流域生态保护和高质量发展列入重大国家战略的历史性机遇,把渭河流域和渭河生态区生态保护和高质量发展纳入黄河流域发展规划中。在“十四五”期间,建议中央财政加大政策支持和资金投入,为渭河流域和渭河生态区建设发展提供更多的支持。推动渭河流域和渭河生态区的节水、调水、水资源配置等关键技术研究进程,推进流域生态治理保护和水土保持,推进调水和生态补水工程建设,加强对已建工程维修管护,改善渭河流域生态环境质量。深入挖掘渭河历史文化渊源和文化所蕴含的时代价值,传承、保护和创新渭河水文化。力争把渭河打造为黄河流域重要支流治理标杆,体现渭河担当。