王知晓，周铁军，陈崇德

(1.湖北省漳河工程管理局，湖北 荆门 448156；2.鄂北地区水资源配置工程建设与管理局，湖北 武汉 430071)

漳河水库是一座以农业灌溉、城镇供水为主，兼有防洪、发电、旅游、养殖、航运等综合功能的大型水库。水库建于湖北省长江支流沮漳河东支的漳河上，1958年动工兴建，1966年建成并投入使用。漳河水库集水面积2 212 km2，水库水域面积104 km2，总库容21.13亿m3，其中兴利库容9.24亿m3。设计灌溉面积17.4万hm2，覆盖荆门、荆沙、当阳、钟祥等市县的大部分耕地。

根据湖北省环保局2000年《湖北省地表水环境功能区类别》规定：漳河水库及其干流主要适用功能为集中式生活饮用水水源地一级保护区，执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类水质标准；漳河水库各支流主要适用功能为集中式生活饮用水水源地二级保护区，一般鱼类保护区，执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。漳河水库水质监测数据表明，部分水体水质在若干年份的COD、总氮、总磷等指标超标，生态环境质量受到一定的影响[1]。

1 漳河水库水环境容量分析

1.1 漳河水库水域理论水环境容量分析

1)漳河水库水质数学模型。为计算方便，认为各功能区的水体是充分混合的，在此基础上建立水库营养盐的数学模型，即：

dc/dt=(Q入C入-Q出C出)/V-C×k

(1)

由数学模型定义可知C出=C，令ρ=Q出/V，J入=Q入C入，于是：

dc/dt=J入/V-ρC/A-C×k

(2)

式中：C为氮(磷)浓度，mg/L；J入为年水库容积，m3；k为氮(磷)的自净系数；ρ为水力冲刷速率，a-1；J入、V、ρ、k等参数通过实测或实验方法求得。由于k值的取法不同，研究的均匀混合模型较多，采取多种模型试算与实测结果比较的方法，建立漳河水库最佳水质数学模型[2]。模型公式如下：

2)COD水质模型：P=Pi/[1+(H/qs)1/2]

允许负荷量模型：Lc=qs×Ps×[1+(H/qs)1/2]

3)总氮水质模型：P=L(1-R)/(ρ×H)

允许负荷量模型：Lc=(Ps×ρ×H)/(1-R)

4)总磷水质模型：P=Pi/[1+2.27τ0.585]

允许负荷量模型：Lc=qs×Ps(1+2.27τ0.585)

5)水环境容量：Wk=Lc×A

式中：Lc为水库氮(磷)允许负荷量，g/m2·a；L为水库单位面积氮(磷)负荷量，g/m2·a；Ps为总氮(磷)的水环境质量标准，mg/L；P为水库平均总氮(磷)浓度，mg/L；Pi为平均入库总氮(磷)浓度，mg/L；qs为单位水库面积的水量负荷，m3/m2·a；ρ为水力冲刷系数；R为水库中氮(磷)的滞留系数，1/a；H为水库的平均深度，m；τ为库水滞留时间；Wk为功能区的水环境容量，g/a；Lc为功能区的允许负荷量，g/(m2·a)；A为功能区的面积。

水库规划水质目标为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类水质，COD的Ps≤15 mg/L、总氮Ps≤0.5 mg/L和总磷Ps≤0.025 mg/L。按模型公式计算，漳河水库COD的理论允许负荷量为143.137 g/m2·a，总氮的理论允许负荷量为6.603 g/m2·a，总磷的理论允许负荷量为1.556 g/m2·a。按水环境容量计算，漳河水库水域COD的理论环境容量为13 942 t/a，总氮的理论环境容量为643 t/a，总磷的理论环境容量为152 t/a。

1.2 漳河水库流域主要河流理论环境容量分析

一维模型水环境容量的计算公式：

Wi=31.536×(C×eKx/86.4u-Ci)×(Qi+Qj)

(3)

式中：Wi为允许排放量，t/a；C为沿程浓度，mg/l；Kx为计算点到第i节点的距离，m；u为第i个河段的设计流速，m/s；Ci为河段第i个节点处的水质浓度，mg/l；Qi为河道节点后流量，m3/s；Qj为第i节点处废水入河量，m3/s。

漳河水库各主要干流支流水质目标为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质，COD的Ps≤20 mg/L、总氮Ps≤1.0 mg/L和总磷Ps≤0.05 mg/L。对流域各主要直接入库干流支流水环境容量分别分析后汇总，漳河水库流域各主要干支流理论水环境容量：COD的理论环境容量为6 889 t/a，总氮的理论环境容量为317 t/a，总磷的理论环境容量为83 t/a。

1.3 漳河水库流域理论水环境容量分析

将漳河水库和水库流域主要干支流理论水环境容量进行汇总后得出整个漳河水库流域理论水环境容量，结果见表1。

表1 漳河水库流域理论水环境容量汇总表 t/a

2 漳河水库水质现状调查与预测分析

2.1 漳河水库水质现状调查分析

1)主要污染源。漳河水库流域主要污染源有：①农业生产污染主要来自化肥、农药利用不充分，降雨后其污染物随地表径流进入水体；②牲畜和家禽养殖业废弃物没有经过处理或处理不彻底随意排放至水体；③水产养殖污染主要是化肥、饲料投入过多及网箱养殖等污染水体；④城乡居民生活、工业生产(主要是煤矿)废水没有经过有效处理或直接排入水体；⑤旅游业、食用菌生产的污染物排放不规范等[3]。

2)计算分析依据。主要分析依据有：全国饮用水水源地环境保护规划，第一次全国污染源普查相关数据，流域各县、市、区，漳河水库调度运用的实测资料。2011年度流域主要排污量及入河(库)计算结果见表2。

3)比重分析。漳河水库流域COD、总氮、总磷等污染物输入比重见表3。从表3可以看出，流域的主要污染源为畜禽养殖，其次是农业种植、生活污水与食用菌生产，应加强这方面的环保工作[4]。

2.2 流域污染物排放量预测

1)预测方法。①农业种植耕地面积在各水平年均保持不变，排污系数不变；②牲畜、水产养殖按各县、市、区“十三五”规划中农业(第一产业)的年均增长率分别进行预测；③居民生活按各县、市、区人口增长率及今后生活水平提高而需要增加的用水量预测；④工业废水各水平年污染排放量不变；⑤旅游业根据《漳河风景区重点区域生态旅游规划》预测；⑥食用菌生产污染物排放按各县、市、区规划的增长率预测(见表4)。

表2 2011年度主要排污量与入河(库)污染量统计表

表3 主要污染物排入比重表 %

2)各类污染物入河(库)量预测分析。根据以上各污染源污染物排放预测结果和污染物入河(库)系数，预测漳河水库流域各类污染源污染物入河(库)量，见表5。

3 漳河水库流域水环境容量分析

3.1 水环境容量分析

根据上述分析计算，漳河水库流域污染物输入量统计见表6。从表6可以看出，2011年全流域污染物输入量已经大于水环境容量，从预测情况来看，漳河水库流域的水环境容量变化形势不容乐观。2011年水库水域除总氮、总磷输入量稍微大于水环境允许容量外，其他各污染物输入量基本上小于水环境容量，说明当时漳河水库流域的水质基本满足水体环境功能区划要求。但是随着社会经济的发展，2015年后各污染物的输入量增加较多，如不采取相应治理措施，漳河水库水体将不能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅱ类水质要求，务必引起有关部门的高度重视[5]。

表4 主要污染物预测统计表 t/a

表5 流域各类污染源污染物入河(库)量预测表 t/a

表6 漳河水库流域预测理论水环境容量与污染物输入量表 t/a

注：①全流域理论容量：COD 20 831 t/a，总氮960 t/a，总磷235 t/a；②水库水域理论容量：COD 13 942 t/a，总氮643 t/a，总磷152 t/a。

3.2 水环境容量变化原因与利用建议

1)水环境容量变化原因。①流域森林面积减少较多，水土流失严重。据各县市区统计资料，1958年建设漳河水库时，流域森林面积达65%之多，并具有完整的森林生态系统，是湖北省重要的林区之一。但目前流域森林面积只有40%。森林面积的锐减，使得漳河主河道多年平均含沙量、流域侵蚀模数呈增加趋势，水土流失进一步加剧。②污染隐患持续增加。农业种植、畜禽与水产养殖业等经营粗放，其污染物没经过彻底处理直接排入水体，造成部分地段水体污染严重；生活污水、工业废水治理的覆盖率较低，至今成效不大；旅游业的发展与城镇化建设进程加快，但环境保护工作却滞后，导致其污染物的排放呈继续增加的趋势。③水源地保护工程建设不健全。主要表现在生态监测能力较弱，缺少相应的设施和仪器。预警能力、污染事故应急执法能力不足[6]等。④生态环境监管、执法合力不够。流域生态环境监管有点多、线长、面广、跨界等特点，因而环境违法行为监管难度较大；环境保护涉及的部门较多，使得查处违法行为的程序多、手续多、办案周期长、时效较差等，且不同部门法规，量责和处理方式、结果也不尽相同，造成了执法资源的分散和内耗[7]。⑤管理体制亟待理顺。流域跨多个县、市、区，受行政区划的约束，导致环境保护统一执法困难较多，执法效能不高。

2)水环境容量利用建议。①利用水环境容量资源分布特征，优化产业结构，合理调整工业布局，大力发展循环经济。通过漳河水库流域水环境容量计算，对现有水环境容量利用状况进行分析。通过分析，根据水环境容量分布调整区域产业布局，合理利用水环境容量。以水环境容量特征来引导和调控社会经济布局，解决工业发展与环境协调的问题。②节约环境资源、加快发展规模化畜禽养殖和乡镇生活污水治理步伐。城镇基础设施的严重滞后，已经在很大程度上制约着流域经济发展，因此，加快发展规模化畜禽养殖，完善和改造现有城镇排污管网与建设城市生活污水处理厂已成当务之急，须尽快有效处理畜禽养殖污染物及生活污水，降低污染负荷[8]。

4 结 语

漳河水库流域水环境容量分析结果表明，流域内面临着越来越严重的生态环境不断遭受破坏的问题。在流域人类经济与社会活动日趋频繁、工业与农业生产迅速发展、城镇化建设和人口不断增长的同时，亟需按照漳河水库流域生态环境保护实施规划与“让江河湖泊休养生息”的战略部署，继续探索“一湖一策”的湖泊生态环境保护方式，建立漳河水库生态环境保护长效机制，确保漳河水库水资源的可持续利用。