刘 康

(清远市水利水电勘测设计院有限公司，广东 清远 511500)

水域水功能区的纳污能力是指满足水质目标时，在设计水文条件下，水体环境能够承受某种污染物的能力[1]。英德市水功能区纳污能力受河流径流量、水质目标及污染物降解能力影响，建立计算模型需综合考虑以上因素。根据水功能区划分的单元和断面设计流量(水量或水位)，结合水源地与排污口布局调查结果计算入河排污口的主要污染物及其含量，能够为水功能区的纳污能力核算与分析提供依据。

英德市水功能区纳污能力核算与分析的模拟指标由水质评价和入河污染物评价确定，一般确定为规划河段内现状水质和入河排污口中主要污染物。根据珠江片区以往研究成果，河流型水功能区纳污能力计算采用COD、氨氮作为污染物控制指标，水库型水功能区纳污能力计算采用COD、氨氮、TN、TP作为污染物控制指标。

1 区域概况

英德市位于广东省中北部，南岭山脉东南部，北江中游，辖区国土面积5 634.29 km2，是广东省面积最大的县级行政区，英德市地理位置见图1。

图1 英德市行政区划图

英德市一级水功能区区划河流22条、水库24宗，其中：河流区划河长1 002.5 km，水库区划总库容53 058万 m3。全市共区划一级水功能区48个。保护区10个，均为河流水功能区；保留区13个，其中河流水功能区9个，水库水功能区4个；缓冲区0个；开发利用210区25个。全市共区划二级水功能区划25个，按水域类型分：河流二级区5个，水库二级区20个。按水功能区类别分：饮用水源区7个，其中河流3个，水库4个；农业用水区16个，均为水库水功能区；工业用水区2个，均为河流水功能区。英德市水系分布见图2。

图2 英德市水系图

2 水功能区纳污能力核定

2.1 纳污能力计算模型

2.1.1 河流水功能区纳污能力计算模型

根据英德市辖区内水域的形态特征和稀释混合特性，将河流分为狭长型单向河流、宽阔型单向河流两种类型，分别采用不同的方法计算其纳污能力。

狭长型单向河流是指枯水期水面宽小于200 m且流向一定的河段，根据一维衰减模型，忽略垂向离散，水功能区的污染物衰减通常用一级动力方程计算。本次计算英德市河流水功能区属狭长型单向河流，纳污能力计算以一维模型为主，为方便计算，一般将多个排污口作为一个排污口，该排污口位于河段中点的位置。假设河段为L，集中排污口的自净长度为L/2，其中河道的流量忽略，则下游控制断面污染物的浓度为：

(1)

式中：M为河道纳污能力，g/s；CX=L为水功能区下游控制断面的污染物浓度，mg/L；C0为起始断面污染物浓度，mg/L；K为污染物综合衰减系数，1/s；L为计算河段长度，m；μ为设计流量下河流断面的平均流速，m/s；Q为设计流量，m3/s。

根据英德市水功能区控制断面的水质目标，采用以下模型可以核算出各水功能区的纳污能力：

M=(Cs-C0exp(-KL/2μ))×exp(-KL/2μ)×Q

(2)

式中：Cs为河段水质标准，mg/L；河流一维衰减模型的条件：污染物在控制断面的横断面上混合均匀，且流量小于150 m3/s的河流。本次进行纳污能力分析的河流为英德市管理的16个水功能区河流，河流流量较小，均满足河流一维衰减模型。

2.1.2 湖(库)水功能区纳污能力计算模型

湖(库)均匀混合模型适用于污染物均匀混合的小型湖(库)，湖(库)非均匀混合模型适用于污染物非均匀混合的大、中型湖(库)，湖(库)富营养化模型适用于富营养化型湖(库)，湖(库)分层模型适用于温度分层的湖(库)。

分析英德市水库的污染物浓度，可以发现水功能区的水体混合均匀，没有分层现象，且水体在水库中的停留时间较长，因此可以采用以下的均匀合混合模型计算水库中的COD、HN3-N、TN和TP纳污能力。

均匀混合模型为：

(3)

其中：Kb=QL/V+K

(4)

M0=C0QL

(5)

式中：C(t)为t时间内的污染物浓度，mg/L；Ms为水库的纳污能力，g/s；m0为污染物排放速率，g/s；Kb为中间变量，l/s；V为水库库容，m3；Ch为水质现状浓度，mg/L；t为停留时间，s；QL为出库流量，m3/s；K为污染物综合衰减系数，l/s；Cs为出库水质浓度，mg/L。

(6)

其中：MN=CSKBV-m0=CSKV+CSQ-m0

(7)

式中：Cs为水质目标浓度，mg/L；Q为入库流量，m3/s。本次进行纳污能力分析河流为英德市管理的18宗水功能区水库，均为小型水库且污染物混合较为均匀，均满足混合均匀模型计算条件。

2.2 水文条件

2.2.1 设计流量的选取

水环境容量计算模型中，各河段流量空间分布的计算方法取决于该河段资料情况和集水区的特性。根据河段的资料情况，该河流分为四种类型并分别估算其设计流量。

1)直接有流量控制站的控制单元

对于这类控制单元，直接引用各水文站近10年最枯月流量或90%保证率最枯月流量。

2)邻近控制站与计算单元的水文控制站相似

(1)当邻近控制站与某计算单元的水文控制站相似时，可采用以下换算公式：

(8)

式中：Qsj为计算单元流量，Qcz为邻近单元流量，Asj为本单元集雨面积，Acz为邻近单元的集雨面积。

(2)当某计算单元上、下游均有水文站时，用上、下游两站的设计流量，用内插法求取该计算单元的设计流量：

(9)

2)邻近有流量控制站，但两单元的降雨量相差较大

如果某计算单元与参证单元的自然条件相近，但降雨量与其有较大差别时，不能直接移用参证单元的设计流量，而要考虑降雨量的修正，同时用集雨面积和降雨量的比值与设计流量相乘，其计算公式为：

(10)

式中：Psj为本计算单元的年降雨量，Pcz为参证单元的年降雨量。

2.2.2 水库库容选取

英德市水库的设计流量依据水库近10 a的最低月平均水位，或者采用90%保证率下水库的最枯月平均水位对应的蓄水量；纳污能力分析计算设计水文条件下水库容积采用水库死库容进行计算。

2.3 降解系数的选取

根据《全国地表水水环境容量核定技术复核要点》中提出的水质降解系数参考值，详见表1，英德市管理水功能区境内河流和水库取值如下：

(1)河流COD、氨氮降解系数取值：COD：Ⅱ～Ⅲ类为0.21(1/d)；Ⅲ～Ⅳ类为0.14(1/d)；Ⅴ～劣类为0.08(1/d)；氨氮：Ⅱ～Ⅲ类为0.18(1/d)；Ⅲ～Ⅳ类为0.12(1/d)；Ⅴ～劣类为0.08(1/d)。

(2)水库COD、氨氮降解系数取值：COD：Ⅱ～Ⅲ类为0.08(1/d)；Ⅲ～Ⅳ类为0.05(1/d)；Ⅴ～劣类为0.03(1/d)；氨氮：Ⅱ～Ⅲ类为0.08(1/d)；Ⅲ～Ⅳ类为0.05(1/d)；Ⅴ～劣类为0.03(1/d)；水库TP、TN的降解系数参考《从化区水功能区纳污能力核定及限制排污总量控制方案》的取值，分别为0.06(1/d)、0.08(1/d)。

表1 水质降解系数参考值(1/d)

2.4 计算结果

2025水平年及2035水平年，英德市管理水功能区对COD的纳污能力分别为16 382 t、13 582 t，对氨氮的纳污能力分别为652 t、417 t；其中河流水功能区对COD的纳污能力分别为15 507 t、12 788 t，对氨氮的纳污

能力分别为636 t、406 t；水库水功能对COD的纳污能力分别为875 t、793 t，对氨氮的纳污能力分235别为15.4 t、10.8 t。水库水功能对TP的纳污能力分别为2.76 t、1.94 t，对TN的纳污能力分别为25.5 t、19.9 t。

3 结语

水域水功能区划的目的是为实现水资源合理开发利用和有效保护提供基础，为确定重点保护功能区，强化环境保护目标管理提供依据。英德市根据水功能区划分的单元和断面设计流量(水量或水位)，结合水源地与排污口布局调查结果计算2025年、2035年英德市管理水功能区纳污能力，为制定污染物排放总量控制方案提供了依据。英德市应根据核算结果，结合排污现状制定排污控制规划，推进防污减排工作，为水资源可持续利用提供支撑。