贵港市中小河流水功能区纳污能力计算——以马来河为例

杨晓庆，陶昌弟

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 概述

贵港市地处珠江流域，境内河流分别属红水河流域水系、左江及郁江流域水系、黔浔江流域水系。全市集水面积为50 km2及以上的河流有84 条。目前，贵港市地表水水功能区划分为3个体系，即国家（流域）级水功能区、广西壮族自治区级水功能区及贵港市级水功能区。市级水功能区涉及的河流共70 条，其余7 条因涉及跨市，且在贵港市境内河段很短，未列入贵港市国家级、区级、市级水功能区。《贵港市水功能区划》[1]中贵港市中心河流水功能区划共划一级水功能区84 个，包括保护区1 个，保留区46个，开发利用区37个。其中，37个一级区的开发利用区划分出50个二级水功能区，按第一用水指导功能划分，包括13个饮用水源区、25个工农业用水区、3个工业用水区、3个景观娱乐用水区、4个农业用水区、1个排污控制区、1个农业饮用水源区。

2 马来河概况

马来河属于贵港市市级水功能区的70 条中小河流之一，水功能区划见表1、表2。马来河属西江水系黔江的一级支流，发源于贵港市大平天山，山顶高程为1 157.8 m，流向东北，经贵港市龙山圩、中里圩、奇石乡，进入桂平市石龙乡的新隆村古赛屯及武宣的桐岭乡，于石龙乡东岗村汇入黔江，河流控制集水面积474 km2，干流长74 km，平均坡降2.13‰。马来河上建有达开水库，坝址位于桂平市石龙镇，控制的集水面积为426.8 km2，于1965 年8 月建成，属于多年调节水库，总库容4.24亿m3，属大型水库。

表1 马来河一级水功能区情况表

表2 马来河二级水功能区情况表

3 纳污能力计算

3.1 纳污能力计算原则

本文纳污能力计算主要遵循以下原则:

（1）纳污能力核定的主要污染物指标统一采用化学需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）。

（2）属于饮用水水源一级保护区的河段，其纳污能力不需计算，直接取零。

（3）对于水功能区划中的保护区、缓冲区和保留区，除饮用水水源一级保护区河段外，其余河段水质目标原则上是维持现状水质，若现状入河量小于河流纳污能力，其纳污能力原则上采用现状污染物入河量。对于需改善水质的保护区、缓冲区和保留区，则进行纳污能力计算，计算方法同开发利用区。

（4）对于开发利用区，除饮用水水源一级保护区河段外，其他河段纳污能力需根据各二级水功能区的设计条件和水质目标，选择适当的水量水质模型进行计算。

（5）规划水平年2020、2030年纳污能力计算时需考虑河流、引调水工程、引水式水电站及规划的水利工程影响。

3.2 模型的选择

马来河内没有单独的水库划为水功能区，多年平均流量均小于15 m3/s，属小型河段，河流型水功能区的纳污能力计算均采用河流一维模型。河流的污染物浓度及其相应的水域纳污能力计算公式如下:

式中:Cx为流经x 距离后的污染物浓度，mg/L；C0为污染物现状浓度，mg/L；x为沿河段的纵向距离，m；u为设计流量下河道断面的平均流速，m/s；K 为污染物综合衰减系数，1/d；M 为水域纳污能力，mg/L；Cs为水质目标浓度值，mg/L；Q 为初始断面的入流流量，m3/s；Qp为废污水排放流量，m3/s。

3.3 模型参数的率定

3.3.1 污染物综合衰减系数K

参考《广西壮族自治区主要污染物入河量测算及其模型应用研究》中相关研究成果，本文计算根据河流水功能区的流速、污染物的大小情况确定COD 和氨氮的综合衰减系数值，经分析，COD 的综合衰减系数取值范围为0.09～0.12（1/d），氨氮的综合衰减系数取值范围为0.05～0.08（1/d）。

3.3.2 设计水文条件

（1）控制断面。控制断面是水功能区纳污能力计算的计算断面，对于有水质监测的水功能区，控制断面取水质监测断面；对于无水质监测的水功能区，控制断面取乡镇较密集、取水口和排污口较为集中、经济较发达的河段作为代表断面，根据以上原则，马来河水功能纳污能力计算控制断面选择马来河港北保留区的断面。

（2）集水面积。对于选择河口作为控制断面的功能区，控制断面集水面积经复核后采用广西第一次全国水利普查之河湖普查成果；对于控制断面不取在河口的水功能区，则采用地形图圈量控制断面集水面积，并结合水利普查的河湖普查成果、有关工程的设计报告、所在市（县）水利电力志等资料，确定该控制断面的集水面积，六台、大奇石断面积水面积为70 km2。

（3）断面设计入流流量。河流型水功能区设计流量主要采用水文比拟法搬参证站设计流量，并考虑引提水工程、中小水电站的影响，同时结合河流上已建水利工程设计成果、收集的相关资料进行复核。马来河上有中里水文站，中里水文站位于港北区，设于1959 年，现有1959-1970 年、1981-1993 年径流资料。中里站可以作为马来河水功能区的设计流量参证站。

根据中里站实测历年最枯月平均流量资料系列，按统一样本法，采用数学期望公式进行经验频率计算，再采用P-Ⅲ型线型通过目估适线，得到参证站P=90%、95%的最枯月设计流量分别为0.26、0.2 m3/s。

根据《水域纳污能力计算规程》（GB/T25173-2010），本次水功能区纳污能力计算采用的基准年断面设计入流流量为90%保证率最枯月平均流量。现有拦河工程规定下放的环境基流为多年平均流量的10%，而中里水文站多年平均流量的10%为0.375 m3/s，大于本次采用的最枯月90%径流0.26 m3/s，故拦河工程对90%最枯月流量无影响。考虑到马来河水功能区上均无大的用水户和具有调蓄能力的水利工程，因此，各水功能区基准年最枯月设计流量按面积比搬参证站基准年最枯月径流，对于水功能区与参证站不在同一年降雨深等值线区的情况，用年降雨深对其最枯月设计流量进行修正。2020、2030年马来河水功能区的设计流量与现状年一致，基准年2012 年、规划水平年的设计流量成果见表3。

表3 马来河水功能区设计流量、流速成果表

（4）废污水排放流量Qp。现状废污水排放量计算主要考虑生活、工业和集中养殖污染源，不考虑只在丰水期有较大影响的农业面源污染。以入河排污口作为基本单元，采用调查统计法或估算法，确定水功能区废污水排放量，再根据各排污口所在的水功能区，以水功能区为汇总单元确定各个水功能区的废污水排放量，分析得相应90%最枯月的废污水排放流量。

（5）设计流速。中里站有实测资料，可以绘制水位～流量关系曲线、水位～面积关系曲线，根据设计流量推求设计水位和相应的断面面积，中里站P=90%、95%的设计流速均为0.04 m3/s。

3.3.3 初始断面污染物浓度C0

初始断面污染物浓度C0一般采用枯水期的平均值或上游相邻水功能区的水质目标值。当计算区间是源头时，C0取水质本底值，即枯水期测量值，需转换为COD、氨氮浓度值；当计算区间不是源头时，根据上一个水功能区的水质目标值来确定C0，即上一个水功能区的水质目标值就是下一个功能区的初始浓度值C0。

3.3.4 水质目标浓度Cs

《贵港市水功能区划》中分析了贵港市市级水功能区的水质目标类别，考虑到马来河干流河长短、枯水期流量小，污染物的衰减能力差，水质控制浓度以满足下一个功能区水质保护目标为前提来确定，马来河初始断面及水质目标浓度成果见表4。

表4 马来河二级水功能区水质浓度成果表 mg/L

4 水功能区纳污能力计算成果分析[2]

经计算，马来河港北开发利用区2020 年、2030年COD 纳污能力均为9.7 t/a，氨氮纳污能力为0.42 t/a；马来河港北保留区2020年、2030年COD纳污能力均为25.4t/a，氨氮纳污能力为1.53 t/a；马来河（达开水库）贵港开发利用区2020、2030年COD 纳污能力均为334.9 t/a，氨氮纳污能力为12.59 t/a。对于现状水质达标的水功能区，本次计算的各水功能区的纳污能力不小于现状的污染物入河量，成果合理。马来河纳污能力核定计算成果见表5。

表5 马来河二级水功能区纳污能力核定计算成果表

5 结语

马来河为贵港市典型的中小河流，根据马来河河流型水功能区的特点，选取河流一维模型计算各水功能区规划水平年纳污能力，为贵港市完善水资源管理体制、特别是控制污染物排放工作提供技术支撑，为贯彻落实“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水方针奠定基础。