浅谈城镇集中式水源地划分技术*——以漳州市某水厂为例

张唤民

（福建省金皇环保科技有限公司，福建 福州 350005）

随着近年工业快速发展以及人口急剧增长，水资源短缺和环境污染成为急需解决的难题[1]。在此背景下，有效划定饮用水水源保护区，强化水源管理，保障居民水质安全成为关乎民生的重大问题[2]。饮用水水源保护区指为防止饮用水水源地污染，保证水源水质而划定，并要求加以特殊保护的一定范围的水域和陆域。饮用水水源保护区分为一级保护区和二级保护区，必要时可在保护区外划分准保护区[3]。饮用水水源保护区划分的目的是为各级政府和有关部门依法加强饮用水水源地的管理和保护服务，为相关部门合理开发和利用饮用水水源，保障饮用水环境质量提供依据[4]。

某水厂是漳州市芗城区重点民生项目，该水源地位于芗城区某经济开发区，于1994年建成并正式取水，主要服务经济开发区内工业和周边农村供水。本文将以其为例，研究水源地保护区的划定方法。

1 水源地所在区域地形地貌

研究区地势特点西北多山，东南临海，地势从西北向东南倾斜，依次出现中山、低山、丘陵、台地、平原。西北部及北部山脉构成的中山地貌，山峰海拔多在800 m以上，面积占全市总面积的5%；低山处于中山与丘陵过渡带，海拔500～800 m，沿海地区多为古岛屿上升而成的孤山；丘陵分布最广，海拔大多在150～400 m，是主要梯田所在地，面积约占53%；滨海台地海拔一般在20～50 m，主要分布于沿海盆地。其中，位于九龙江中下游的漳州平原是福建省最大的平原，面积1000 km2。

2 水源地概况

2.1 水资源利用

水源地类型为河流型，水厂目前设计供水能力为3.5万m3/d，总占地面积19340 m2，区域内现有水厂3座。本水厂取水口位于九龙江西溪，现有取水口设在附近河道右岸，供水能力为3.5万t/d，主要供应周边经济开发区一带。

2.2 水量分析

水源地区域内水文站是所在干流唯一的控制站，水文站以上流域面积为3419 km2。本工程取水口位于水文站下游约4.4 km处，取水口以上集雨面积为3680 km2，选取水文站为本工程径流计算的参证站。由于水文站至本工程取水口河段区间无支流汇入及较大的引取水工程，因此将水文站的径流统计参数直接移用至本工程取水口。将水文站1951—1993年逐月平均流量系列通过移用至取水口断面，取水口断面水文年多年平均来水量为121.4 m3/s，枯水期多年平均来水量为62.7 m3/s

在不考虑取水户情况下，天然来水量能满足最小生态需水量的要求。考虑到取水口距下游一桥闸约24 km，该河段属于感潮河段，在桥闸关闸情况下，河道区间的槽蓄水量较大，因此从供水的优先顺序角度考虑，应优先考虑生活、工业生产用水，其次考虑满足灌溉用水，最后剩余水量补充生态基流。从现状需水情况上看，取水口下游其他用水户总需水量为6.64 m3/s，本项目日最大用水量1.16 m3/s，包含本项目在内的总需水量为7.80 m3/s，典型年最小10 d平均来水量能够满足所有用水户需水后仍有1.67 m3/s补充枯水期最小生态需水量。取水口位置最小月平均流量、P=95%典型年最小月来水量及最小10 d来水量分别为最小月平均来水量36.3 m3/s，P=95%典型年最小月来水量15.8 m3/s，最小10 d平均来水量 11.9 m3/s。

3 饮用水源地水质分析

为全面了解水厂的饮用水源地水质达标情况，对饮用水源地进行取样监测，监测项目含GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中地表水环境指标标准基本项目、集中式生活饮用水地表水源地补充项目和特定项目，总计109项。根据监测结果可知，水厂取水口水质基本达到GB 3838—2002中Ⅱ类水质标准，溶解氧、总磷、汞符合GB 3838—2002中Ⅲ类水质标准，其余总氮、铁、锰、四乙基铅、活性氯等指标检测结果也均符合相应水质标准。

4 水源地周边及上游污染源分布情况

水厂取水口位于九龙江西溪干流，水质主要受上游污水处理厂尾水排放、沿程区域污染源影响、上游汇水流域内各会汇入支流等影响。因此，本次污染源调查主要包括取水口上游20 km范围内的点源和工业、生活、农业污染源分布情况等。

工业污染源主要为周边沿途的园区工业企业和上游的污水处理厂运行尾水排放等。其中，园区内主要为村庄及农业用地，工业主要为少量机砖厂、有机肥加工厂、包装制品厂、金属制品厂等，企业分布零散无序，存在工业与居民区、学校混杂，园区内的农村生活污水和工业企业排放污水将接入市政污水管网，纳入污水处理厂处理，污水处理厂尾水排放执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准，引至别处作为景观用水，不会对水源地水质造成污染。上游的污水处理厂已将排污口下移至水源保护区下游，也不会对水源地水质造成污染。

生活污染源主要是农村居民和乡镇中未截污纳管进行处理的城镇居民生活污水及生活垃圾径流污水，对水源地水质存在污染风险。

水源地所在流域范围内农业污染源主要为畜禽养殖污染、农田径流污染和水产养殖污染。沿途的区域农业污染源主要是农田径流污染、水产养殖污染，农业废水为散排，最终进入西溪，对水源地水质存有一定的污染风险。

上游20 km汇水区域主要涉及上游的各支流，根据调查，区域内主要污染源为工业污染、农村面源、养殖业面源，均对水源地水质存有污染风险。

5 水源保护区划定

5.1 划定方法

本次水源保护区按照HJ 338—2018《饮用水水源保护区划分技术规范》开展划定工作，地表水饮用水源保护区范围按照流域特点进行水质定量预测并考虑实地条件加以确定，保证在规划设计的水文条件和污染负荷下，供应规划水量时，保护区的水质能满足相应的标准，具体如下：

地表水饮用水源一级保护区的水质基本项目限值不得低于GB 3838—2002中的Ⅱ类标准，且补充项目和特定项目应满足该标准规定的限值要求。

应用二维水质模型计算二级保护区边界时，二级保护区上游侧边界到一级保护区上游边界的距离应大于污染物从GB 3838—2002Ⅲ类水质标准浓度水平衰减到GB 3838—2002Ⅱ类水质标准浓度所需的距离。采用解析解方法进行模拟计算水域范围（根据现状水质监测结果分析，选取COD、氨氮、总磷3项指标进行计算）；陆域范围采用地形边界法确定。地表水饮用水源二级保护区的水质基本项目限值不得低于GB 3838—2002中的Ⅲ类标准，并保证流入一级保护区的水质满足一级保护区水质标准的要求。

考虑目前水厂取水口上游处有污水处理厂尾水排放口，因此本次水源保护区划定方案通过模型模拟该排放口在正常及事故情况下，尾水排放对沿程水质的影响，确保保护区水质基本项目应达到相应的限值要求。

5.1.1 一级保护区划定

一级保护区水域和陆域范围采用类比经验法确定。按照HJ/T 338—2018《饮用水水源保护区划分技术规范》要求，一级保护区水域长度为取水口上游不小于1000 m，下游不小于100 m范围内的水域，陆域沿岸纵深与一级保护区水域边界的距离一般不小于50 m，但不超过流域分水岭范围，对于有防洪堤坝的，可以防洪堤坝为边界，结合九龙江西溪河段现状，划定一级水源保护区范围为水厂取水口下游100 m上溯至取水口上游1000 m范围内的水域及该水域两侧沿岸外延至防洪堤坝范围的陆域（不含防洪堤）。

5.1.2 二级保护区划定

二级保护区水域和陆域范围分别采用数值模型计算法、地形边界法确定。结合水源地所在河段现状，拟设保护区所在流域属于边界条件简单的水域，结合水源地周边污染源的分布和排放特征，采用有边界水域连续点源的稳态排放模型进行模拟计算。由于该水源地受面污染源为主要水质影响因素，二级保护区陆域范围为：二级保护区水域两岸外防洪堤以内陆域（不含防洪堤）。

式中：

C——浓度预测值(mg/L)；M——浓度源强(mg/L)；n——边界的反射次数；y——纵向距离(m)；x——横向距离(m)；h——混合水深(m)；ux——x方向的流速分量(m/s)；Dy——y 方向的扩散系数(m2/s)；B——平均河宽(m)；K——污染物的降解速率（m3/s）。

根据河段特征和水动力特点，上游污水处理厂排污对下游保护区的影响，选用二维稳态混合衰减模式进行预测计算。

混合过程段的长度估算采用环境影响评价技术导则—地面水环境相关公式：

沿程水质预测采用二维稳态混合衰减模式：

式中：C——浓度预测值(mg/L)；Ch——浓度本底值(mg/L)；Cp——污染物排放浓度(mg/L)；Qp——污水排放量(m3/s)；H——混合水深(m)；u——平均流速(m/s)；My——横向混合水深(m2/s)；B——平均河宽(m)；K1——降解系数(1/d)。

本河段坡降为0.31%，评价河段的其他参数取值详见表1。

表1 各参数取值表

通常综合降解系数的确定主要通过水团追踪试验、实测资料反推、类比法、分析借用等方法确定。本研究参考国内外有关资料进行类比分析，详见表2。最终确定综合降解系数K值。

表2 参考文献设计K值汇总表（单位：1/d）

总磷降解系数的研究较少，本次总磷降解参数选取自参考文献[5]，取值为0.08。

此次研究流域河流综合降解系数按最保守值确定K值，见表3。

表3 研究范围内水体降解系数推荐值（单位：1/d）

5.2 保护区划定方案

根据上述计算结果，高锰酸盐指数从6 mg/L衰减到4 mg/L的距离为2100 m，氨氮从1 mg/L衰减到0.5 mg/L的距离为2800 m，总磷从0.2 mg/L衰减到0.1 mg/L的距离为1000 m。鉴于水源地取水口存在总氮不能满足地表水Ⅱ类水标准，因此在划分时，酌情扩大水源保护区范围。结合水源地周围环境现状，最后确定水厂取水口二级水源保护区范围为取水口上游4000 m，下游300 m范围水域及两岸外延至防洪堤坝范围内的陆域（不含防洪堤）。采用类比经验方法确定水厂取水口饮用水水源一级保护区范围为取水口上游1000 m，下游100 m范围水域及两岸外延至防洪堤坝范围内的陆域（不含防洪堤）（见表4）。

表4 水厂饮用水水源保护区划定范围

6 结论

综上所有分析过程与结果，饮用水水源保护区划定以HJ 338—2018《饮用水水源保护区划分技术规范》为主要依据，结合水源地周边情况，包括水源地水质状况、周边污染源分布、地形地貌及周边土地现状来确定科学合理的划定方法。以本水源地为例，当周边污染源较为复杂，对水源地存有污染风险或水源地水质存在部分不达标的情况时，水源保护区划定应更为谨慎，应将水源保护区范围进行适当的扩大。已划定的水源地应逐步科学地调整饮水水源地，保证供水质量[6]。

水源保护区划分常用的方法有数值模型计算法、类比经验法等，为了准确合理地划定保护区范围，应拟用多种方案，并在进行划定后对结果合理性进行比对，以此来确定最优的划定方案。本文系统梳理的河流型饮用水水源保护区划分技术方法，分析总结出该类型保护区划分过程中需要注意的技术要点，为今后划分同类型区域、污染特征的水厂饮用水水源保护区提供借鉴。