王 軍

（遼寧省觀音閣水庫管理局，遼寧 本溪 117100）

茨山河發(fā)源于葫蘆島市東砬山，在城區(qū)西北入境，于龍港區(qū)稻池鄉(xiāng)入海，全長20.2 km，流域面積40.2 km2，年均徑流量865萬m3。茨山河是一條季節(jié)河，從東砬村至鐵路橋?yàn)樵摵拥纳嫌危挥性谟昙静庞胁糠中购樗a(bǔ)入茨山河，龍灣公園截茨山河成湖。葫蘆島市曾多次對茨山河進(jìn)行了綜合整治，根據(jù)2011~2014年葫蘆島市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告顯示，茨山河上游受生活污水影響，下游受工業(yè)廢水影響，全河段均為劣Ⅴ類水質(zhì)，其中化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、揮發(fā)酚4項(xiàng)污染物超標(biāo)。由于對茨山河長期的破壞，面源污染嚴(yán)重、沿河排放口偷排現(xiàn)象普遍、污水處理廠配套設(shè)施老舊、工業(yè)污染問題突出等。為此茨山河水質(zhì)問題亟需治理，本文采用水質(zhì)模型，計(jì)算研究茨山河環(huán)境容量及控制單元入河污染源許可排放量，為實(shí)現(xiàn)茨山河水質(zhì)目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

1 計(jì)算單元劃分

對于某個(gè)控制單元，根據(jù)計(jì)算需要可能需進(jìn)一步劃分為若干個(gè)計(jì)算單元，使每個(gè)計(jì)算單元具有相對一致的水文水動力與水質(zhì)特征，以便選擇適用的水環(huán)境模型。劃分時(shí)需重點(diǎn)關(guān)注河道形態(tài)或水動力條件發(fā)生突變處、較大的支流匯入處或河道分流處、較大的入河排放口匯入處、較大的提水工程取水點(diǎn)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

為使每個(gè)計(jì)算單元具有相對一致的水文水動力與水質(zhì)特征，以便選擇適用的水環(huán)境模型，因此根據(jù)茨山河實(shí)際情況和控制斷面的設(shè)置原則，以常規(guī)監(jiān)測斷面作為節(jié)點(diǎn)將茨山河細(xì)化分為3個(gè)計(jì)算單元，如圖1所示，即從茨山河上游至老合臺村東監(jiān)測斷面為第一個(gè)計(jì)算單元，老合臺村東斷面至茨山橋斷面為第二個(gè)計(jì)算單元，茨山橋斷面至鋅廠鐵路橋斷面為第三個(gè)計(jì)算單元。

圖1 茨山河計(jì)算單元劃分

2 水環(huán)境容量模型選擇

2.1 水質(zhì)模型

根據(jù)茨山河的水文資料，2011~2014年多年平均枯水期流量0.31 m3/s，平均流速0.25 m/s，平均水深0.21 m，平均坡降2.78‰，水深較淺，因此豎向混合迅速，寬深比較小，而所考察的監(jiān)測斷面之間距離較長，水流到達(dá)下一個(gè)斷面時(shí)已經(jīng)完成了橫向混合。因此，可以采用忽略橫向和豎向的污染物濃度梯度，只考慮縱向即水流方向濃度變化的一維水質(zhì)模型來模擬河水的水質(zhì)，即采用S-P模型作為茨山河水質(zhì)模型。S-P模型如下：

式中：D為虧氧量，即飽和溶解氧濃度與實(shí)際溶解氧濃度的差值，mg/L；D0為計(jì)算初始斷面虧氧量，mg/L；K2為大氣復(fù)氧系數(shù)，1/d；xc為最大氧虧點(diǎn)到計(jì)算初始點(diǎn)的距離，m。

2.2 模型參數(shù)確定

通過對河流水質(zhì)模型和計(jì)算原理的研究，確定茨山河污染排放與水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系數(shù)學(xué)模型后，然后對模型中各種參數(shù)進(jìn)行率定。河流水質(zhì)模型參數(shù)是河流水體物理、化學(xué)和生物化學(xué)動力學(xué)過程的常數(shù)，這些參數(shù)主要包括 K1、K2、K3、KN、P、R、E、D、La、u、h、b等，主要為污染物遷移變化過程中的系數(shù)和河流的水力學(xué)參數(shù)。對于污染物的遷移變化過程中的系數(shù)，由于實(shí)際條件的限制和根據(jù)研究目的的要求，不可能所有參數(shù)都實(shí)測得到，因此通過各種估算方法確定有關(guān)參數(shù)是建立水質(zhì)模型中尤為關(guān)鍵的一步。而河流的水力學(xué)參數(shù)，多通過常年的水文數(shù)據(jù)資料或經(jīng)驗(yàn)公式估算得到。

1）污水中的虧氧量Dp（mg/L）：排放污水中飽和溶解氧濃度與實(shí)際溶解氧濃度的差值。

2）河流本底氧虧Dh（mg/L）：排放口上游河水中飽和溶解氧濃度與實(shí)際溶解氧濃度的差值。

3）河流耗氧系數(shù)K1（1/d）：河流耗氧系數(shù)K1由河流動力學(xué)特性估算，其雙曲線方程為K1=10.3Q-0.49，Q為河流流量。

4）河流復(fù)氧系數(shù)K2（1/d）：河流復(fù)氧系數(shù)K2采用歐文斯經(jīng)驗(yàn)式確定。

2.3 模擬效果檢驗(yàn)

采用控制單元一中的污染源和老合臺村東2014年枯水期監(jiān)測數(shù)據(jù)及水文水質(zhì)資料對建立的水質(zhì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入模型進(jìn)行模擬，并將結(jié)果與實(shí)測值進(jìn)行對照，驗(yàn)證模型準(zhǔn)確度。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，老合臺村東斷面上游污染源為老和村生活污染源及沿岸村莊散排生活污水，其水質(zhì)見表1、表2。

表1 2014年老合臺村東斷面上游污染源排污數(shù)據(jù)表

表2 2014年老合臺村東斷面枯水期水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表

采用S-P模型預(yù)測老和村生活污水排放口至老合臺村東斷面衰減后的水質(zhì)，污水排放口至監(jiān)測斷面距離為2000 m，預(yù)測結(jié)果見表3。

表3 2014年茨山河模擬值與實(shí)測值對照表

由表可知，模擬值與實(shí)測值吻合較好，相對誤差絕對值最大為10.53%，說明模型模擬效果較好，因此該水質(zhì)模型是適合茨山河河水恒定流動狀態(tài)下的。但由于茨山河存在斷流情況，此情況下水質(zhì)模型是不適用的。

3 排放量計(jì)算

3.1 允許排放量計(jì)算

運(yùn)用已建立的S-P模型，以老合臺村東、茨山橋及鋅廠鐵路橋斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)為約束，按照現(xiàn)狀排污口位置，反算計(jì)算單元內(nèi)的環(huán)境允許排放量。計(jì)算過程中選用數(shù)據(jù)為2014年，近四年數(shù)據(jù)中2014年為水質(zhì)最差一年，選擇最不利條件進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)2011~2014年葫蘆島市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，老合臺村東及茨山橋監(jiān)測斷面揮發(fā)酚不超標(biāo)，而鋅廠鐵路橋監(jiān)測斷面揮發(fā)酚超標(biāo)，可知揮發(fā)酚超標(biāo)是由于鋅廠鐵路橋斷面上游企業(yè)排放污水導(dǎo)致，而該企業(yè)離鋅廠鐵路橋監(jiān)測斷面距離較近，因此本階段暫不計(jì)算揮發(fā)酚允許排放量。

老合臺村東、茨山橋及鋅廠鐵路橋監(jiān)測斷面功能區(qū)類別均為V類。其COD、氨氮、TP標(biāo)準(zhǔn)限值見表4。

表4 茨山河監(jiān)測斷面污染物最高允許濃度

表5 2014年斷面枯水期水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)表

3.2 單元內(nèi)允許排放量計(jì)算

根據(jù)監(jiān)測報(bào)告，計(jì)算單元一、單元二、單元三內(nèi)COD、NH3-N、TP均為超標(biāo)污染物，因此計(jì)算COD、NH3-N、TP的允許排放量。

通過S-P模型反算老和臺村及周邊農(nóng)村、茨山橋周邊農(nóng)村、鋅廠鐵路橋沿河生活污水排放污染源及沿河企業(yè)污染源的削允許排放量。

表6 計(jì)算單元內(nèi)COD、NH3-N、TP允許排放量

3.3 茨山河許可排放量分配

茨山河計(jì)算單元一主要污染源為老和臺村及周邊農(nóng)村散排污染源，允許排放量原則上可采用等比例分配法，將允許排放量分配至市政污水處理廠，污水收集處理后可有效減少污染物排放量。

茨山河計(jì)算單元二的主要污染源為茨山橋周邊農(nóng)村散排污染源排放的生活污水及初期雨水，允許排放量原則上可采用等比例分配法，將允許排放量分配至市政污水處理廠，污水收集處理后可有效減少污染物排放量。

茨山河計(jì)算單元三的主要污染源為鋅廠鐵路橋沿河生活污水排放污染源及沿河企業(yè)污染源，允許排放量原則上可采用等比例分配法，將允許排放量分配至市政污水處理廠，污水收集處理后可有效減少污染物排放量。

4 結(jié)論

通過本文茨山河納污環(huán)境容量的計(jì)算與分析，研究結(jié)果能夠?qū)Υ纳胶铀廴局卫砥鸬郊夹g(shù)支撐的作用，結(jié)合對茨山河實(shí)施河道清淤、截污、生態(tài)恢復(fù)等，保證枯水期的水文連續(xù)性，增強(qiáng)水體納污能力，另外通過城市污水收集管網(wǎng)工程建設(shè)，點(diǎn)源污染源所排放的廢水收集到附近的污水處理廠中，杜絕排入到茨山河水體內(nèi)，隨著污水系統(tǒng)的完善及污水處理廠的建設(shè)，將改變目前污水未經(jīng)處理隨意排入河道的現(xiàn)象，從而使水體水質(zhì)得到改善。