基于控制断面水质达标的河流水环境容量分析——以宿城区肖河为例

付丽洋

（南大环境规划设计研究院（江苏）有限公司，江苏 南京 210093）

0 引言

我国河流污染严重根本原因，是污染物排放总量超过河流自净能力[1]。业界普遍认为，实施污染物总量控制是改善河流环境的有效途径，而计算水环境容量和总量分配是实现控制的关键[2-3]。

水环境容量计算，有确定性方法和非确定性方法两种。确定性方法是基于污染物迁移转换机理的数学描述，最常见的解析法采用稳态水质模型直接计算。不确定性方法是从不确定性角度分析与计算某种可信度水平下的水环境容量或容量的取值范围。

吕丽等[4]在总量分配方法中引入合理性指数法，并成功应用于渤海入海河流；Shi等[5]在考虑四种总量分配方案的稳定性和公平性的前提下，建立了嘉禄江流域污染物总量分配的博弈模型。

肖河是宿城区主要入洪泽湖排水沟之一，其水质直接影响洪泽湖水质。目前肖河的水质属劣V类。通过建立一维稳态水量水质数学模型，计算研究区域水环境容量，提出相应管控措施，为肖河水污染治理提供理论支撑。

1 研究区域概况

1.1 肖河概况

肖河位于宿迁市宿城区，北起十号中沟南侧，途经中扬镇，南入洪泽湖，为区域性骨干排涝和引水灌溉河道，也是宿城区内洪泽湖的主要入湖河道之一。肖河全长11.65km，流域面积17.4km2，河道上口宽18.0m，底宽6.0m，深度约4.0m，两侧主要为农田和居民区。

肖河大桥省控断面位于肖河下游，是入湖前的主要监测断面，2021年水质目标为V类。根据2019年10月—2020年6月肖河大桥断面例行水质监测数据，肖河总体水质为劣V类，主要污染物为氨氮，超标率33.3%，最大超标倍数0.85。

通过对肖河进行深入调研，结合区域汇水情况、污染源分布、行政管理需要等，确定研究范围为肖河及其汇水区域，见图1，研究重点为与肖河贯通的九条中沟（九号~十七号中沟）。

图1 肖河及研究区域示意图

1.2 研究区域污染源解析

根据调查分析和资料收集，计算得到肖河现状污染物入河量COD为90.585t/a、氨氮15.715t/a、总磷2.832t/a。根据研究区域的地形条件和污染源情况，将各类污染源概化为肖河沿线的排污口，概化排污口如表1所示。

表1 排污口概化信息表

根据2019年10月—2020年6月断面例行水质监测数据，肖河总体水质为劣V类，主要污染物为氨氮，超标率33.3%，最大超标倍数0.85。经统计COD、氨氮、总磷等主要污染物的污染源结构，如图2所示。

图2 研究区域各类污染源污染物入河量示意图

分析发现，研究区域主要污染源为种植面源、养殖面源和城镇生活源，其中种植面源贡献率占比最大，为35.33%~56.50%，养殖面源贡献率为21.55%~37.02%，城镇生活源贡献率为13.94%~38.67%，农村生活源、工业源、集中源等污染源贡献率较小。

2 水环境容量的计算

2.1 水质模型的构建

肖河为小型长窄河道，用一维稳态水质解析解模型进行预测，基本方程为：

式中：C——断面水质，mg/L；

u——河道流速，m/s；

x——河道距离，m；

C0——排放污水与上游来水稀释后的混合浓度，mg/L；

K——污染物降解系数，d-1。

根据上式推出断面水质与排污量之间的函数关系为：

式中：C——断面水质，mg/L；

Si——距第i个排污口的距离i=1，2…n（n为排污口数），m；

Ci——第i个排污口废水浓度（C0为河水本地浓度），mg/L；

qi——第i个排污口废水流量（q0为上游河水流量），m3/s；

αi——第i个排污口对控制断面水质的贡献系数。

2.2 水环境容量的计算

运用（式2），以水质目标Cs为约束条件，计算水环境容量W。

2.3 总量分配

采用污染贡献分析法，同时综合考虑区域排污布局、水质达标要求、水质目标管理的经济技术可行性等因素，校核和调整分配许可排放量。

各排污口对控制断面水体水质的浓度贡献比例βi计算如下：

3 结果与讨论

3.1 水环境容量核算

采用90%保证率下枯水期流量0.033 m3/s作为设计流量，氨氮综合衰减系数[6]K为0.068 d-1，河段平均流速u，由设计流量与实测过水断面平均面积求得。根据（式3）~（式5）和条件参数，计算得肖河氨氮水环境容量为5.305 t/a，现状入河量15.715 t/a，因此需要进行总量控制和污染源削减。

3.2 污染物总量分配

根据式2和式6计算，肖河大桥断面上游各概化排污口对断面氨氮浓度的贡献权重，并考虑汇入流量的稀释作用，见表2。

表2 各概化排污口对控制段面氨氮浓度的贡献权重矩阵

以污染贡献分析法进行许可排放量分配，各概化排污口理论允许许可排放量见表3。

表3 实施整治方案前后各概化排口对比表

3.3 实际削减潜力分析

按照“控源—截污—治理”，制定系统的切实可行的允许排放量分配方案。

（1）控源，即源头治理。实施化肥、农药减量增效行动，推广测土配方施肥，预计测土配方施肥技术覆盖率达到90%以上，氮肥利用率提高到40%以上。

（2）截污，即污染截留。在各支流中沟两侧建设节制闸；把沿岸小区污水截流至市政污水管网。

（3）治理，即末端治理。对上游养殖区实施专项整治，构建沉淀池、曝气池、生态净化池和过滤坝；实施宿城区肖河水生态治理工程，长度约8 km。

预测结果，肖河大桥断面氨氮浓度将改善为1.95 mg/L，达到V类水标准。

4 结论

（1）肖河水质常年为劣V类，主要超标因子为氨氮，主要污染源为种植面源、养殖面源和城镇生活源。

（2）肖河氨氮允许入河量5.305 t/a，现污染物入河量15.715 t/a，需要进行水环境容量分配及污染削减。

（3）制定各排污口切合实际的可排放量分配方案，模拟结果表明，整治措施可保障断面水质达标。