中图分类号: X32 文献标识码: B 文章编号: 1004-6933(2010)05-0054-03
Study on total pollutant amount control program of Heihe River in Hexi Inland River Basin
NIU Zui-rong1，2，HUANG Wei-dong2，ZHAO Wen-zhi1，ZHAO Zhi-wen2
Abstract: On the basis of analysis and eva luation of the current water pollution status in the Heihe River Basin，the assimilative caPACity of the Heihe River was calculated. The quantities of wastewater，the main pollutant emissions，and the amount of pollutants entering the river in an average planned year were predicted. The control amount and reduction amount of the main pollutant were determined，and used as the main control indexes for water quality management of the water functional zone，providing a basis for water resources management and protection decisions the Heihe River Basin.
Key words: assimilative capacity；total amount control；COD；ammonia nitrogen；Heihe River
黑河位于甘肃省河西走廊中部，是我国第2 大内陆河。流域中游的张掖、酒泉等市土地资源丰富,日照时间长，农业耕作历史悠久，其社会、政治、经济、文化相对发达，人口比较密集，用水量不断增加,流域水资源供需矛盾日益突出。有限的水资源，制约了张掖、酒泉等市社会经济的进一步发展，同时也影响了位于下游的内蒙古额济纳旗的生态环境，尾闾湖泊干枯，植被成片死亡，绿洲不断萎缩。为遏制下游生态环境恶化的趋势，维持河流健康生命，实现流域经济和社会可持续发展，国务院制定了黑河干流省际分水方案，连续9 年完成分水任务。地处黑河流域的张掖市是全国节水型社会建设的第1 个试点城市，为解决区域经济社会发展与水资源严重短缺的矛盾找到了最为有效的途径。黑河流域的水资源问题，归根结底是由水资源短缺所致，随着社会经济的不断发展，水环境污染引起的水质型缺水问题日益突出，备受社会关注[1-2] 。分析评价河流水质现状，研究河流纳污能力，对污染物总量进行控制，是加强水资源保护、解决水质型缺水问题的根本途径。
1 流域概况
黑河流域地跨甘肃、青海、内蒙古3 省区，位于东经98°00′~ 102°04′，北纬37°50′~ 42°40′，流域面积12.83 万km2。流域多年平均年降水量172.3mm，年径流量20.84 亿m3。黑河发源于青海省祁连县，其上游分东、西2 条支流，东支八宝河与西支野牛沟在黄藏寺汇合，称甘州河，出山后进入张掖盆地称黑河，以下分别有山丹河、民乐洪水河、梨园河、摆浪河等支流加入，流经金塔鼎新盆地，称额济纳河，向北进入内蒙古额济纳旗境内的居延海，全长约800 km。黑河流域水系分布见图1。
图1 黑河流域水系分布
2 水污染现状分析
据2005 年甘肃省水资源公报资料[3] ，2005 年黑河流域废污水排放总量为11 348 万t，主要污染物COD 排放量2.0638 万t,NH3-N 排放量为0.2435 万t。其中较大的工业排污口19 处，废污水排放量11348 万t，主要污染物中,COD 排放量1.6746 万t,NH3-N 排放量0.1856 万t；城镇生活排污口13 个，污水排放量1 981 万t ，COD 排放量0.389 2 万t，NH3-N 排放量0.0579 万t。现有较大入河排污口30 处，入河废污水量9 532 万t，其中工业废水入河量4063 万t，生活污水入河量53 万t ，混合入河量5 416 万t。COD 入河量1.733 6 万t，NH3-N 入河量0.204 5 万t。2005 年黑河流域面源污染物产生量中，COD 116 485 t/ a,NH3-N 5 805 t/ a,TN 58873t / a，TP 63939 t/ a；面源污染物入河量中,COD 9055t / a，NH3-N 519t / a,TN 5435t/ a,TP 4869t / a。
按照GB3838——2002《地表水环境质量标准》，选取pH 、DO、CODMn、COD、BOD5、NH3-N、NO2--N、NO3--N、挥发酚、氰化物、石油类、氟化物、总砷、总汞、六价铬、总铜、总铅、总镉等18 项参数，采用单因子法，对13 个水质评价断面、1 267.5 km 的评价河长进行评价[4] 。结果表明: 不同类别水质河长所占比例,Ⅰ、Ⅱ类占23.2% ，Ⅲ类占30.8%，Ⅲ类占30.8%,Ⅴ类占7.6%，劣Ⅴ类占7.6%；总体上汛期河流水质好于非汛期。
3 水功能区纳污能力计算
3. 1 水功能区划及总量控制原则
黑河流域水功能区划分为一级区划和二级区划，一级水功能区涉及黑河、大堵麻河、洪水河、马营河、山丹河、梨园河、丰乐河、洪水坝河、讨赖河等9条河流18 个水功能区，总区划河长1 816 km。黑河干流从源头到居延海822 km，划分为5 个一级区，从源头到野牛沟130 km划分为祁连源头水保护区，野牛沟到莺落峡174 km划分为青甘保留区，莺落峡到正义峡185km划分为甘肃开发利用区，正义峡到哨马营117km为甘肃生态保护区，哨马营到居延海216 km划分为内蒙额济纳旗生态保护区。水功能二级区是开发利用区的细化，共分为饮用水源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区、排污控制区等7 个水功能区，二级区涉及黑河等9 条河流12 个水功能区，总区划河长827.5 km。
规划水平年污染物入河控制原则如下: 若入河量小于纳污能力，则入河量作为其入河控制量；若入河量大于纳污能力，如果入河削减量在30% 以内即可达到功能区要求的(入河量小于或等于纳污能力)，则入河控制量即等于纳污能力；若入河量大于纳污能力，且入河削减量在30% 以上仍不能达到功能区要求的，按以下情况确定入河控制量: 对于黑河流域主要饮用水源区、省界水体等重要功能区，无论削减量多大，都应在2015 年达到水质目标要求；对于黑河流域其他水功能区入河削减量按30% ~50%控制。
3. 2 水功能区纳污能力计算
水功能区纳污能力是指对确定的水功能区，在满足水域功能要求的前提下，按给定的水功能区水质目标值、设计水量、排污口位置及排污方式，功能区水体所能容纳的最大污染物量[5]。黑河流域纳污能力计算采用一维模型[6-7] ，计算因子选取污染较为严重的COD 和NH3-N。纳污能力计算范围主要是开发利用区，对于保护区和保留区，由于现状水质良好，对其纳污能力不再计算，维持现状水质要求。纳污能力计算公式如下:
式中: W 为计算单元的纳污能力，g/ s；Q 为河段上断面设计流量，m3/ s；ρs 为计算单元水质目标值,mg/L；ρ0 为计算单元上断面污染物浓度，mg/ L；qi 为旁侧入流量，m3/ s；k 为污染物综合降解系数，1/ d;x 1 为旁侧入流概化口至下游控制断面的距离，km；u为平均流速，m/ s；x 2 为旁侧入流概化口至上游对照断面的距离，km。
黑河流域COD 的k 值取0.40,NH3-N 取值0.21。采用式(1)计算，黑河流域现状年COD 纳污能力为5.5338 万t/ a;NH3-N 纳污能力为0.122 2 万t/ a。根据黑河干流水资源统一管理和调度工程体系，预测2015 年，黑河干流上游和中游分别建设黄藏寺和正义峡水库，水库建成后，黑河干流莺落峡、高崖和正义峡断面75% 保证率枯水期流量比现状年有所增加，莺落峡断面流量由11.5m3/ s 增加到12.9m3/ s,高崖断面流量由8.02m3/ s 增加到9.69m3/ s，正义峡断面流量由2.98m3/ s 增加到11.5m3/ s。黑河干流COD 的纳污能力将由4.603 2 万t/ a 增加到5.7003 万t/ a，NH3-N 的纳污能力由0.073 1 万t/ a增加到0.1268 万t/ a。2015 年以后，黑河干、支流基本上没有大型水利工程和调(引)水工程建设，水资源总量及分布不会有较大变化，2030 年纳污能力和2015 水平年一致。
黑河流域纳污能力主要在黑河干流，COD 占到全流域的83.2%，NH3-N 占到全流域的59.8% ，纳污能力受上游背景浓度、水功能区水质目标、流量、流速、河长、污染物综合降解系数等多种因素影响，尤其是黑河干流水功能区河段较长，流量变化幅度大,在进行纳污能力计算时，流量、流速等参数尽量和长系列资料的水文站结合起来，以保证计算的准确性。
4 废污水及污染物排放量预测
考虑规划水平年流域经济社会发展、城镇人口增长、工业增长、中水回用率、生活污水处理率等因素，结合区域污染源的现状排放情况，对废污水及污染物排放量进行预测[8-9] ，结果见表1。2005——2015年，生活、工业需水量增长率分别为4.8%、2.8% ，废污水排污量增长率为0.9%；2015 年至2030 年，生活、工业需水量增长率分别为2.7%、1.8%，废污水排污量增长率为1.4%。近期和远期相比较，排污量增长率低于用水量增长率，需水量和废污水排污量增长率均在降低，规划年水重复利用率以及污染治理水平在提高。
表1 黑河流域规划水平年废污水排放量、污染物排放量预测结果
废污水及污染物排放量乘以入河系数即可得到废污水入河量、污染物入河量。入河系数按现状年调查、监测结果确定为0.84，废污水及污染物入河量成果见表2。
表2 黑河流域入河污染物排放量预测结果
5 污染物入河控制量和削减量
污染物入河控制量以满足水功能区水质目标为最终目的，以水功能区纳污能力为约束条件，确定可以进入水功能区的最大污染物量。如果污染物入河量超过污染物入河控制量，则必须采取措施进行污染物削减。根据黑河流域各县区经济社会发展预测的各水功能区不同水平年污染物入河量，与相对应的纳污能力进行对比，结合水功能区污染物总量控制方案，提出各行政区不同水平年污染物的入河量和削减量。利用污染物入河系数推求行政区相应陆域污染源的排放控制量和削减量[10]，结果见表3。
表3 黑河流域入河污染物总量控制、排放控制量和削减量t/ a
6 结语
黑河流域生态环境脆弱，干旱少雨，水资源总量少，中下游河段水质污染较为严重，水质型缺水问题突出。综合考虑流域水污染现状、水功能区水质管理目标、河流纳污能力等因素，以确定的污染物排放控制量和消减量为水质管理的控制性指标，统筹安排生活用水、工业用水、农业用水、生态环境用水，为黑河流域水资源管理和保护提供决策依据，促进黑河流域水资源可持续利用。
参考文献:
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作者简介:牛最荣(1964-)，男，甘肃通渭人，教授级高级工程师，硕士，主要从事水文水资源及水环境监测、评价和研究工作。
