城市水务系统：水体纳污能力计算

水体纳污能力按恒定流河段、感潮河段和湖、库不同类型水域分别进行计算。恒定流河段水体的纳污能力计算可采用一维或二维恒定流水量水质模型。感潮河段可采用一维非恒定流水量水质模拟模型，对每一个计算单元，在水功能区水质目标的要求下，逐个计算单元进行纳污能力计算；湖（库）水体纳污能力则依据均匀混合流模型进行计算。

某一水体所能容纳某种污染物的最大负荷量，是由水体环境的水质标准、水环境背景值和水体稀释自净规律为依据来确定的。

6.2.3.1 水体纳污能力计算

根据江（河）段水体功能的要求，用水质目标作控制，以主要污染物为指标，运用水质数学模型，求得各功能区污染物的最大允许负荷量。

（1）一维对流推移自净平衡方程。

式（6.1）的解为

式中 C（x）——江（河）段控制断面污染物浓度，mg/L；

C0 ——排污口断面污染物浓度，mg/L；

k——污染物综合自净系数，L/g；

x——排污口下游断面距排污口断面纵向距离，m；

u——设计流量下岸边污染带的平均速度，m/s；

Qr、CN ——排污口断面河流流量，m3/s、背景浓度，mg/L；

QW、CW ——排污口污水排放量，m3/s、污染物浓度，mg/L。

（2）二维对流扩散方程。

式（6.4）在连续点源稳态情况时的解析解为

以岸边浓度作为下游控制断面的控制浓度，即Z=0 时，可得

式中 C（x，0）——排污口下游控制断面岸边（Z=0）的污染物浓度，mg/L；

m′——排污口污染物排放速率，g/s；

u——设计流量下污染带内纵向平均流速，m/s；

h——设计流量下污染带起始断面平均水深，m；

EZ——横向扩散系数，m2/s；

x——计算点距排污口距离，m。

（3）最大允许负荷量的计算。最大允许负荷量的计算是以进入功能区对照断面为起点至其控制断面作为计算区段，运用式（6.2）、式（6.6），由下游控制断面所设控制标准，反推区段最大允许负荷量。存在岸边污染带的河流其最大允许负荷量应为功能区左岸与右岸各计算区段最大允许负荷量的和。

1）一维模型：

式中 m——江（河）段污染物最大允许负荷量，g/s；

Cs——污染物控制标准，mg/L；

其余符号意义同前。

2）二维模型：

式中 符号意义同前。

6.2.3.2 湖（库） 水体的纳污能力计算

根据湖（库）功能区划及城镇水质保护目标，确定岸边水质控制，一般应与湖 （库）区段控制所在水功能区的水质标准一致。

（1）模型选择。

1）小湖（库） （平均水深不大于10m，水面面积不大于5km2）采用均匀混合模型：

平衡时：(www.xing528.com)

式中 C（t）——计算时段污染物浓度，mg/L；

m——污染物入湖 （库）速率，m0=C0Q 为污染物湖（库）现有污染物排放速率g/s；

Kh——中间变量，L/s；

V——湖（库）容积，m3；

Q——入湖（库）流量，m3/s；

K——污染物综合衰减系数，L/s；

C0——湖（库）现状水质浓度，mg/L；

t——计算时段，s；

其余符号意义同前。

2）大、中湖（库）采用非均匀混合模型：

式中 Cr——距排污口r处污染物浓度，mg/L；

Cp——污染物排放浓度，mg/L；

Qp——污水排放量，m3/s；

ϕ——扩散角，排污口在垂直岸边时，ϕ=π，排污口在（湖）中时，ϕ=2π；

H——扩散区湖（库）平均水深，m；

r——距排污口距离，m；

其余符号意义同前。

（2）最大允许负荷量的计算。

1）小湖（库）：

式中 m——污染物最大允许入湖（库）负荷量，g/L；

Cs——污染物控制标准，mg/L；

其余参数意义同前。

2）大、中湖（库）：

式中 符号意义同前。

6.2.3.3 设计流量的确定

从水体纳污能力计算可知，水体纳污能力在确定水域、一定水功能目标要求下，与水体水量关系密切。水体水量越大其稀释自净能力越强，反之亦然。对季节性河流来讲，仅汛期有水，一般在计算纳污能力时仅考虑稀释因素，污染物的衰减自净作用常不作计算。所以，在计算水体纳污能力时应充分分析评价水体水量及其时空变化特征，并以要求的水量作为达到水功能区水质目标管理的保障。例如山东省在制定水功能区划时，用以下原则来确定分析水体纳污能力的设计流量。

（1）集中式生产饮用水水源区。采用95%保证率最枯月平均流量。

（2）其他水功能区。一般采用近10 年最枯月平均流量或90%保证率最枯月平均流量。

（3）对有水利工程控制的河流。应用最小下泄流量（坝下保证流量或渗漏流量）。

（4）对于一般湖泊或水体。以分别接近10年最低月平均水位或90%保证率最低月平均水位相应的蓄水量确定设计流量。

（5）对于经常断流的季节性河道。如其功能仅为景观或农业灌溉用水，设计流量采用50%最枯月平均流量。

（6）无水文资料的河段。设计流量可按以下原则确定：①距水文站较近，区间无较大支流加入或大的取水口，可直接借用邻近水文站的资料推求设计流量；②距水文站较远，区间有较大支流加入或大的取水口，可通过水量平衡计算，确定设计流量；③无水文站的河段，可采用类比法或根据现状旱枯水期实测流量资料确定设计流量。

按照确定的水环境水体纳污能力，根据污染物排放总量控制原则，可确定污染物排放总量和污染物排放时空分配方案，为排污权管理奠定基础，为水环境质量管理提供科学依据。