陆海统筹的南流江流域污染物总量分配研究
时间：2023-04-20 20:40:05 来源：千叶帆 本文已影响人
王 黎 胡守明 孟庆佳 邓义祥#
(1.上海市环境科学研究院,上海 200233;2.上海水环境模拟与水生态修复工程技术研究中心,上海 200233;3.上海环境保护有限公司,上海 200233;4.临沂市生态环境局蒙阴县分局,山东 临沂 276200;5.中国环境科学研究院,北京 100012)
总量分配计算是实施污染物总量控制的核心步骤[1]。在确定的水文设计条件和分配原则下,总量分配可归结为在水质目标或污染物削减目标的约束下,使污染物总量或污水处理费用等目标函数达到最优的问题[2]。总量控制建立起了污染物排放量和水体水质之间的响应关系,实现了水污染控制管理目标与水环境质量目标的紧密结合。
南流江位于广西南部,汇入廉州湾。随着沿海地区工农业生产迅速发展,大量污染物通过南流江进入廉州湾,导致廉州湾海水水质异常频率增加。“源头在陆域,影响在海域”是廉州湾环境问题的主要特点,因此廉州湾环境容量是南流江流域污染物总量控制的重要约束条件[3]。统筹分析廉州湾管理需求与南流江流域污染物产生的社会经济活动情况,是制定该区域环境保护措施的关键。根据南流江流域内的相关地市的环境统计数据简单计算发现,南流江流域1年的化学需氧量(COD)、氨氮、总氮(TN)和总磷(TP)产生量分别为199 169、9 725、22 837、3 960 t。
本研究以廉州湾和南流江控制断面水质改善为目标,统筹考虑南流江流域、南流江河口、廉州湾近岸海域,建立廉州湾主要入海排污口与入海河流的污染负荷与廉州湾近岸海域水质的响应关系场,确定廉州湾近岸海域环境容量,具体以廉州湾近岸海域环境功能区水质目标为约束条件,利用线性规划的方法计算入海主要污染物的最大允许排放量,进而以南流江河口最大允许排放量和南流江流域水功能区水质目标为约束条件,应用连续箱式(CSTR)模型计算南流江流域各控制单元的污染物排放总量,通过陆海统筹将污染物总量分配到南流江流域内玉林、钦州和北海3地市。
1.1 研究区域
根据南流江流域的河流分布、汇水关系和行政边界,将南流江流域划分为18个控制单元(见图1),分别为车陂江单元、清湾江单元、塘洋河单元、丽江单元、绿珠江单元、水鸣河单元、张黄江单元、马江单元、武利江单元、洪潮江单元、东平河单元、干流福绵陆川段单元、干流博白北段单元、干流博白南段单元、干流浦北段单元、干流合浦段单元、合浦廉州湾区单元、海城廉州湾区单元。其中合浦廉州湾区单元、海城廉州湾区单元属于南流江河口单元。
图1 南流江流域的控制单元Fig.1 Control units of Nanliu River Basin
1.2 入海污染物总量分配
首先,利用区域海洋模拟系统(ROMS)模型建立廉州湾海域水动力模型和4种主要污染物的水质响应场,通过线性规划的方法[4]计算廉州湾海域的主要污染物环境容量。然后,根据《广西壮族自治区近岸海域环境功能区划调整方案》(桂政办发〔2011〕74号)确定廉州湾近岸海域环境功能区水质目标(见图2),构建各个排口和廉州湾近岸海域环境功能区水质目标响应关系计算南流江河口主要污染物的最大允许排放量[5-8]。
图2 廉州湾近岸海域环境功能区水质目标Fig.2 Water quality targets of coastal marine environment functional areas in Lianzhou Bay
1.3 陆域污染物总量分配
以南流江河口最大允许排放量为约束,同时根据《重点流域水污染防治规划(2016—2020年)》确定南流江流域水功能区水质目标,利用CSTR模型[9-10]计算南流江流域各控制单元的污染物排放总量。南流江纳入计算的河段共计84段,1 065 km。
根据《环境影响评价技术导则 地表水环境》(HJ 2.3—2018)关于边界条件的规定并结合南流江流域水质目标的差异,对常规污染物(COD和氨氮)和富营养化污染物(TN和TP)分别设定水文条件。为保证在不利水量条件下水质达标,COD和氨氮总量计算时水文条件采用90%保证率的月均入海径流量;TN和TP由于主要是长期累积效应,因此其水文条件采用多年平均入海径流量。
南流江流域90%保证率的月均入海径流量为45.68 m3/s,多年平均入海径流量为229.41 m3/s。
河口单元的水质目标须以海域目标为关键约束,因为仅靠河口单元流域水功能区水质目标达标不能满足廉州湾水质目标达标的要求,必须同时考虑廉州湾的近岸海域环境功能区水质目标进行总量控制,因此河口单元的水质目标按表1进行设置。
表1 南流江流域河口单元水质目标Table 1 Water quality targets of Nanliu River Basin estuary units mg/L
2.1 入海污染物总量分配结果
廉州湾入海污排口和入海河流的主要污染物最大允许排放量、削减量和削减比例分配结果见表2。廉州湾入海COD最大允许排放量为24 493 t/a,其中南流江的占比最大,达到了75%;入海氨氮最大允许排放量为3 425 t/a,其中南流江的占比为61%;入海TN最大允许排放量为10 052 t/a,其中南流江的占比为89%;入海TP最大允许排放量为776 t/a,其中南流江的占比为79%。TN和TP所需的削减比例分别为49%、54%。COD和氨氮无需削减。
表2 入海主要污染物总量分配结果Table 2 Allocation results of total pollutants running into the sea
2.2 陆域污染物总量分配结果
遵照“地方各级人民政府对本行政区环境质量负责”的原则,以县(市、区)为单位统计的陆域污染物总量分配结果见表3。结果显示,南流江流域陆域的COD、氨氮、TN和TP的最大允许排放量分别为126 365、5 403、8 939、1 127 t/a,分配到玉林的总量最多,分配到北海的总量最少。污染物总量削减比例计算结果见表4,COD、氨氮、TN和TP削减比例分别为37%、44%、61%、72%。
表3 南流江流域陆域污染物总量分配结果Table 3 Allocation results of terrestrial total pollutants in Nanliu River Basin t/a
2.3 分阶段削减目标的确定
根据南流江流域陆域污染物总量分配结果,由于污染物削减比例较大,难以在短期内完成,因此考虑采用分阶段削减的方法。2020年,要求南流江和廉州湾控制断面污染物年平均浓度达到相应功能区水质目标。以乡镇和街道为单位,对于城镇生活源和工业源,按控制目标确定削减比例,最高削减比例设定为50%;对于农业源,同样按控制目标确定削减比例,但最高削减比例设定为30%。按地市汇总得到的2020年南流江流域污染物总量控制削减量如表5所示。2030年,要求南流江和廉州湾控制断面全面稳定达到相应功能区水质目标。以乡镇和街道为单位,城镇生活源、工业源、农业源的污染物排放量全面达到基于相应功能区水质目标计算得到的总量控制要求。
表4 南流江流域陆域污染物总量削减比例Table 4 Percentage of terrestrial total pollutant reduction in Nanliu River Basin %
根据当地水污染防治的实际情况,南流江流域的污染物控制工程项目集中在南流江流域污染源治理、流域生态修复与保护两方面,项目个数分别约占项目总数的70%、19%,项目投资比例分别占84.45%、14.50%。到2020年,南流江流域各地市已经达到的污染物削减能力见表6。对比2020年南流江流域污染物总量控制削减量和主要污染物控制工程项目的削减能力,2030年实现南流江和廉州湾控制断面全面稳定达到相应功能区水质目标压力不大。
表5 2020年南流江流域污染物总量控制削减量Table 5 Reduction amount based on total pollutants control for 2020 in Nanliu River Basin t/a
表6 2020年南流江流域主要工程项目污染物总量控制削减能力Table 6 Reduction capacity based on total pollutants control for 2020 in Nanliu River Basin by main engineering projects t/a
廉州湾入海COD、氨氮、TN和TP的最大允许排放量分别为24 494、3 425、10 052、776 t/a。南流江流域COD、氨氮、TN和TP的最大允许排放量分别为126 365、5 403、8 939、1 127 t/a。为实现入海总量的控制目标要求,重点应在南流江流域削减污染物排放量,COD、氨氮、TN和TP削减比例应分别达到37%、44%、61%、72%;同时廉州湾入海TN和TP也需分别削减49%、54%。
到2020年,南流江流域主要污染控制工程项目的削减能力已超过2020年污染物总量控制削减量,因此2030年实现南流江和廉州湾控制断面全面稳定达到相应功能区水质目标压力不大。
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