桂 佳

（宁夏宁东水务有限责任公司，宁夏银川 750001）

目前，水资源短缺、水生态环境恶化等问题已经直接影响到我国的用水安全、公众健康和社会稳定，成为制约经济社会可持续发展的重要瓶颈。我国水环境面临的形势严峻，虽然经过多年治理，许多江河湖泊的入河污染物量仍远超出水功能区的纳污能力及水生态的承载能力，导致部分水体功能丧失。入河排污口管理是控制污染物入河总量的重要手段，也是保护水资源、改善水环境、促进水资源可持续利用的一项重要保障措施[1]。

黄河流域宁夏段是宁夏回族自治区重要的生态保护和环境治理地区，是自治区重要的经济带和经济主要增长极，也是人口主要聚集区、特色农业种植区和工业重点承载区。加强黄河流域生态保护有利于宁夏补齐水资源不足短板，促进协调均衡发展[2]。本文以黄河流域宁夏段二级水功能区黄河吴忠排污控制区为研究对象，分析黄河吴忠排污控制区纳污能力和污染物入河量关系，预测现有入河排污口设置后黄河吴忠排污控制区不同断面污染物浓度，以掌握黄河吴忠排污控制区对入河污染物的承载力以及沿途入河排污口设置对水功能区水质影响程度，为黄河吴忠排污控制区经济社会发展布局和水生态环境保护提供科学依据。

1 水功能区概况

1.1 水功能区基本情况

黄河吴忠排污控制区为黄河宁夏开发利用区的二级水功能区，起始断面为青铜峡水文站，终止断面为叶盛公路桥，代表断面为叶盛公路桥，总长30.5 km。黄河吴忠排污控制区属于排污控制区，无水质目标管理要求。根据《自治区人民政府关于印发宁夏回族自治区水污染防治工作方案的通知》，叶盛公路桥水质目标为《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）II类标准，本文采用II类标准作为黄河吴忠排污控制区水质目标，该水功能区现状水质满足《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）II类水质目标管理要求。

1.2 水功能区现有排污口

黄河吴忠排污控制区主要有清水沟、苦水河、南干沟、罗家河4条入河排水沟，该水功能区入河排污口为直接或间接通过排水沟入黄河的排污口。结合实际调查及排污口登记情况，黄河吴忠排污控制区共有排污口24处，废污水入河流量为1.71 m3/s，主要污染物CODcr和NH3-N入河总量分别为2 554.84 t/a和388.08 t/a。

2 水功能区纳污能力及污染物入河量

根据《全国水资源综合规划技术细则》，全国统一采用CODcr和NH3-N作为江河、湖库水质保护的污染物控制指标。本文重点分析黄河吴忠排污控制区对主要污染物CODcr和NH3-N的纳污能力。

表1 黄河吴忠排污控制区纳污能力、限制排污总量及污染物入河量对比

根据《黄委关于印发黄河流域“一河一策”编制水资源与水生态保护意见的函》，2020年黄河吴忠排污控制区对主要污染物CODcr和NH3-N的纳污能力为42 034 t/a和582 t/a，限制排污总量为6 908 t/a和509 t/a。黄河吴忠排污控制区现有24处排污口，主要污染物CODcr和NH3-N入河总量为2 554.84 t/a和388.08 t/a。黄河吴忠排污控制区现有污染物入河量未超其纳污能力和限制排污总量，对主要污染物CODcr和NH3-N仍有4 353.16 t/a和120.92 t/a的容纳空间，表明黄河吴忠排污控制区对入河污染物尚具有承载力。黄河吴忠排污控制区纳污能力、限制排污总量及污染物入河量对比（见表1）。

3 水功能区水质预测

3.1 计算模型

黄河吴忠排污控制区总长30.5 km，多年平均径流量274.6×108m3/a，属于大型河段。根据《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173-2010），采用河流二维水质模型分析入河排污口外排污染物对黄河吴忠排污控制区水体水质的影响。二维对流扩散方程计算公式如下：

式中：C（x，y）-计算水域代表点的污染物平均浓度，mg/L；C0-初始断面的污染物浓度，mg/L；m-污染物入河速率，g/s；h-设计流量下计算水域的平均水深，m；Ey-污染物的横向扩散系数，m2/s；x-沿河段的纵向距离，m；v-设计流量下计算水域的平均流速，m/s；y-计算点到岸边的横向距离，m；K-污染物综合衰减系数，1/s。

黄河吴忠排污控制区沿途未设排污口情况下，污染物随水体流动混合降解，各断面污染物浓度预测采用下式：

式中符号意义同前。

3.2 参数确定

3.2.1 初始断面污染物浓度 初始断面污染物浓度采用黄河吴忠排污控制区起始断面青铜峡水文站污染物浓度，依据2019年水质监测资料，初始断面主要污染物CODcr和NH3-N浓度分别为12.7 mg/L和0.12 mg/L。

3.2.2 污染物入河速率 黄河吴忠排污控制区现有24处排污口可概化为黄河干流7处排污口（见图1），自起始断面至终止断面依次有青铜峡市第三污水处理厂、宁夏青铜峡工业园区（区块一）污水处理厂、南干沟、吴忠一污、清水沟、苦水河和罗家河排污口汇入。7处概化排污口污染物入河速率（见表2）。

3.2.3 设计流量下水域的平均流速及水深 一般情况下，天然河流中枯水季节是对水质最不利的时期，河流水质问题一般出现在枯水期。计算河流水域纳污能力，应采用90 %保证率最枯月平均流量或近10年最枯月平均流量作为设计流量。本文采用青铜峡水文站2009-2018年最枯流量作为设计流量，近10年平均流量为729 m3/s，最枯流量发生在2017年4月，大小为275 m3/s，即设计流量为275 m3/s。

表2 黄河吴忠排污控制区7处概化排污口污染物入河速率统计表

图1 黄河吴忠排污控制区沿途入河排污口位置示意图

根据《黄河宁夏河段二期防洪工程初步设计报告》中本河段糙率、比降、边坡以及底宽等参数，计算出设计流量下河道的平均流速为0.997 m/s，平均水深为1.01 m。

3.2.4 污染物横向扩散系数 污染物横向扩散系数采用费休公式，顺直河段为：

弯曲河段为：

式中：Ey-水流的横向扩散系数，m2/s；H-河道断面平均水深，m；g-重力加速度，m/s2；J-河流水力比降。

各参数引用前文取值，计算出污染物横向扩散系数为0.816 m2/s。

3.2.5 污染物综合衰减系数 污染物进入河流在输移过程中通过物理、化学及生物的作用发生浓度衰减，其衰减系数反映了污染物在水体作用下降解速度的快慢[3]。云飞等[4]对黄河宁夏段CODcr和NH3-N降解系数测算结果表明，黄河宁夏段CODcr和NH3-N降解系数分别为0.2 d-1和0.3 d-1。韩宇平等[5]根据长系列流量、水质资料计算出青铜峡至石嘴山段NH3-N降解系数为0.28 d-1。根据前人研究成果，本文CODcr和NH3-N综合衰减系数采用0.2 d-1和0.9 d-1。

3.3 预测结果

采用二维水质模型预测设置与未设置入河排污口情况下，不同断面可降解物质CODcr和NH3-N污染物浓度，分析黄河吴忠排污控制区污染物排放与黄河水体充分混合后沿黄河纵向降解过程。计算点到岸边的横向距离取1 m，由于靠近岸边处污染物浓度最高，计算截面选取靠近岸边处污染物浓度较合理。

通过分析黄河吴忠排污控制区设置与未设置入河排污口情况下，污染物CODcr和NH3-N随水体混合降解过程可知（见图2），沿途未设入河排污口情况下，黄河吴忠排污控制区从起始断面至终止断面，污染物浓度逐渐降低；而7处概化排污口排放污染物后，排污断面水体浓度显著升高，随后又逐渐降解，直至下一处排污口排放污染物，污染物浓度又明显提升，依次循环。黄河吴忠排污控制中下游段污染物浓度增加幅度较明显，原因在于该段排污口分布较密集且入河污染物量大，污染物CODcr和NH3-N浓度最高分别达到12.975 mg/L和0.272 mg/L，未超《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）II类水质目标管理要求，表明黄河吴忠排污控制区沿途入河排污口布局合理，入河排污口设置能够保证黄河吴忠排污控制区任意段污染物CODcr和NH3-N浓度满足水质目标管理要求。

表3 设置与未设置入河排污口情况下终止断面污染物浓度对比表

图2 黄河吴忠排污控制区沿途设置与未设置入河排污口情况下不同断面污染物浓度预测结果

对比设置与未设置入河排污口情况下终止断面污染物浓度可知（见表3），终止断面污染物CODcr和NH3-N浓度增加比例分别为8.48 %和134.51 %，其中污染物NH3-N浓度增加幅度显著的原因是入河污染物浓度远高于初始断面背景浓度。

4 结论与讨论

本文从水体纳污能力和水质迁移两方面分析了黄河吴忠排污控制区受沿途入河排污口污染程度，由纳污能力与污染物入河量对比结果可知，黄河吴忠排污控制区对主要污染物CODcr和NH3-N尚有4 353.16 t/a和120.92 t/a承载力；现有入河排污口设置情况下黄河吴忠排污控制区水质预测结果表明，现有入河排污口设置未使黄河吴忠排污控制区任意段污染物浓度超出水质目标管理要求，现有排污口布局合理。基于上述成果，建议黄河吴忠排污口控制区今后新增入河排污口，将入河污染物总量控制在黄河吴忠排污控制区富余水环境容量内，严格限制污染物入河，并且尽可能将入河排污口设置于黄河吴忠排污控制区上游段，降低中下游段入河排污口设置数量及污染物入河总量，以免造成中下游段部分排污断面水质超标。