李 杰

（贵州省水旱灾害防御中心,贵州 贵阳 550002）

通过黔中水利枢纽一期工程平寨水库流域范围内污染源调查、水环境现状分析,建立平寨水库水文水动力、水环境模型,数值模拟平寨水库水质变化情况,科学测算在保证水环境安全的情况下能够承纳污染物的能力,并通过源头预防、早期介入,以期为黔中城市群供水和水环境安全提供科学依据。

1 工程概况

贵州省黔中水利枢纽工程平寨水库工程是以城镇供水、农业灌溉为主,兼顾发电等综合利用的大（一）型水利工程,位于三岔河中游六枝与织金交界的平寨河段,坝址以上集水面积为3492 km2,占三岔河总集水面积的48.1%,河长166 km,平均比降5.66‰。大坝死水位1305 m,正常蓄水位1331 m。水库总库容108900 万m3,兴利库容44800 万m3,设计供水量60760 万m3。

2 平寨库区污染源现状

平寨水库库区水源地保护区范围较大,涉及到六枝特区牛场乡、织金县鸡场乡、纳雍县百兴镇、曙光镇、张家湾镇、阳长镇,还涉及水城县比德镇、化乐乡,污染源主要来自城镇生活污水与煤矿废污水污染,污染物主要变现为化学需氧量、氨氮、铁、锰等。

2.1 城镇生活污水污染

平寨水库水源保护区内主要乡镇有六枝特区牛场乡,织金县鸡场乡,纳雍县百兴镇、曙光镇、阳长镇,水城县比德镇；其中阳长镇、百兴镇污水处理厂已建成,但运行效果差,未有效收集处理集镇生活污水；其他4 个乡镇尚未建设污水处理设施,污水直排入河,影响平寨水库水质安全。

2.2 煤矿等工业废污水污染

平寨水库水源保护区范围内现有生产矿井6 座,分别为曙光镇王家营煤矿,位于曙光镇八一村；阳长镇比德煤矿、东联煤矿,分别位于阳长镇堰塘村、滥木桥村；比德腾庆煤矿、三岔沟煤矿、河坝煤矿,分别位于比德镇比德村、水库村与大寨村；以上各煤矿均位于平寨水库准保护区内。

距离平寨水库最近的工业为六枝特区牛场乡煤层气开采项目,该项目位于牛场乡黄坪村（平寨水库水源地准保护区内）,开采项目规模为1000 万m3/a,目前处于试运行期,项目废污水量约为20 m3/d,废污水量较小。

2.3 农村生活污染

目前,平寨水库水源地一级保护区范围内仍有居民居住,生活产生的污染物均进入平寨水库,对水源地水质造成一定程度的影响。同时,由于居民点的存在,平寨水库一级保护区不能实现全范围封闭,对水源地的保护造成制约。在平寨水库水源地保护区范围内,93 个行政村均未建设农村生活污水收集处理设施,农村生活污水直排现象普遍存在；水源保护区内织金县、纳雍县农村生活垃圾已收集并转运,六枝特区、水城县未对村寨布置较为完善的生活垃圾收运系统,大部分村寨生活垃圾仍随意堆弃。

2.4 禽畜养殖污染

平寨水库水源地保护区范围内分布有畜禽养殖场17 家,全部分布在准保护区范围内。各类规模畜禽养殖场、畜禽养殖散户,由于配套收集处理设施不足,畜禽粪便资源化、无害化处理水平低,存在水环境污染风险。

2.5 农业面源污染

平寨水库饮用水水源地保护区范围内分布有大量耕地,农业种植的农药、化肥使用,遇雨水冲刷,极易将大量污染物带入河道,造成水体污染。

3 纳污能力分析

平寨水库属于水质非均匀混合的大型水库,库区污染源输入主要来源于上游流域内的工业企业、城镇生活污染物随三岔河干支流输入三岔河库区,当污染物进入水库后,污染物不会仅出现在排污口附近水域,而是随着水库的水动力条件改变后发生降解作用,并最终通过坝址断面输送至下游河段。采用MIKE21 研究建立的平寨水库二维水质水动力模型,根据丰水期、平水期、枯水期3 种工况,开展库区的针对COD、氨氮、总磷等主要污染物水质计算平寨水库运行后纳污能力。

3.1 模型构建

3.1.1 计算区域及网格划分

计算区域范围采用死水位1305 m 以下约2.08 km2不考虑初始流场,初始水质条件按照水功能区目标水质给定,采用1∶5 万的地形图、部分河段采用1∶1 万的地形图进行水下地形高程提取,划分为4043 个三角网格,计算区域地形图见图1。

图1 计算区域地形格网图

3.1.2 模型参数选取

数学模型采用MIKE21 水深平均的平面二维水质模型,根据平寨水库水文、水质现状模拟和COD、NH3-N、TP 各水质参数的降解系数率定情况,参考《全国水环境容量核定技术指南》（中国环境规划院,2003年9 月）、《三峡水库蓄水前后干流水质特征与变化趋势研究》、《水体富营养化数学模拟的研究》等相关资料,确定各水质要素降解系数取值见表1。

表1 各水质要素降解系数取值表 K（20℃） 单位：d-1

3.2 纳污能力计算

通过对库区划分的4043 个三角网格进行分布式计算,即将库区划分为4043 个小型水体,针对每个小型水体采用《水域纳污能力计算规程》（GB/T 25173-2010）中“湖库均匀混合模型”进行计算。

同时,从平寨水库坝址以上整体流域考虑,将坝址断面过流的的纳污能力也进行考虑,对平寨水库纳污能力计算模型进行优如下：式中：M 为水域纳污总量,t/a；CS为水质目标浓度值,mg/L,一级保护区范围内为Ⅱ类水质标准,二级保护区及准保护区为Ⅲ类水质标准；Ci为设计条件下i 网格模拟浓度值,mg/L；Vi为设计条件下i 网格的水库容积；Q 为坝址流量。

3.2.1 工况1（枯水期）纳污能力计算

设计工况1（枯水期）条件下,计算平寨水库的纳污能力：COD 为23799.68 t/a, NH3-N 为775.15 t/a, TP 为66.33 t/a,各污染物指标纳污能力空间分布规律主要为库湾和库尾部分的纳污能力较小,而库中、干田河、白水河汇口的纳污能力较大,见图2～图4。

图2 枯水期纳污能力分布图（COD）

图3 枯水期纳污能力分布图（NH3-N）

图4 枯水期纳污能力分布图（TP）

3.2.2 工况2（平水期）纳污能力计算

设计工况2（平水期）条件下,计算平寨水库的纳污能力为COD33338.61 t/a, NH3-N1068.89 t/a, TP 为89.79 t/a,各污染物指标纳污能力空间分布规律主要为库湾和库尾部分的纳污能力较小,而库中、干田河、白水河汇口的纳污能力较大,见图5～图7。

图5 平水期纳污能力分布图（COD）

图6 平水期纳污能力分布图（NH3-N）

图7 平水期纳污能力分布图（TP）

3.2.3 工况3（丰水期）纳污能力计算

设计工况3（丰水期）条件下,计算平寨水库的纳污能力：COD 为42496.6 t/a, NH3-N 为1363.09 t/a, TP 为114.57 t/a,各污染物指标纳污能力空间分布规律主要为库湾和库尾部分的纳污能力较小,而库中、干田河、白水河汇口的纳污能力较大,见图8～图10。

图8 丰水期纳污能力分布图（COD）

图9 丰水期纳污能力分布图（NH3-N）

图10 丰水期纳污能力分布图（TP）

3.3 平寨水库纳污能力分析

根据纳污能力计算成果表明工况1（枯水期）条件下,平寨水库纳污能力最小,COD、NH3-N、TP 分别为23799.68 t/a、775.15 t/a、66.33 t/a,工况3（丰水期）条件下,平寨水库纳污能力最大。

4 控制单元纳污能力分配

纳污能力分配是水污染控制总量的核心,在分配中应充分体现公平和效率的原则,同时兼顾环境治理激励[1]。通过建立流域纳污能力分配模型,计算出对平寨水库流域各控制单元的纳污能力分配方案进行优化,结果见表2。

表2 各流域控制单元纳污能力优化分配方案 单位：t/a

由此可见,三岔河上游控制单元、阿勒河控制单元、平寨库区控制单元主要来源是农业农村面源,水城河控制单元主要来源是城镇生活[2]。

5 水污染管理的方向

通过平寨水库二维水质水动力模型和流域纳污能力分配模型的计算,水库运行管理单位可以通对各控制单元的纳污能力的优化分配,可以更加充分地利用平寨水库的纳污能力。

水污染治理是一个系统性的工程,还得大力根据政府治理,比如：加大城镇生活污水治理、积极推进工业固体废弃物综合利用、加快农村环境综合整治等。

6 结语

根据平寨水库的纳污能力和入库污染源分布情况,针对入库污染源类型、点位、污染贡献,科学制定水污染防治规划,做到有的放矢、精准治污,切实减少平寨水库的入库污染物,确保平寨水库的水环境安全,对保障黔中城市群供水和水环境安全具有重要意义。

[1] 牛晋兰,丁佳佳,苏丽萍.流域水环境容量计算及分配方法探讨——以濑溪河为例[J]. 人民长江,2020（3）:37-41,72.

[2] 张鹏利,崔超,贾宁霄.BIM 在黄金峡水利枢纽工程设计中的应用研究[J]. 人民长江,2022（5）:149-155.