基于设计水文条件下的水功能区纳污能力计算复

水功能区水容量是指在给定水功能区水质目标的条件下，可以调节水功能区水体的最大污染物含量[1]。从理论上讲，污染物的吸收能力是环境中的自然规律参数[2]，它反映了水体中各种物质的迁移、转化和积累的规律，也反映了水体中污染物的最大承载能力，它直接关系到水的特性和水质目标，但必须满足具体的水功能或水质目标。实际上它是控制入河污染物总量的关键因素，是水资源规划和水环境规划的主要制约因素，是一定区域水环境客观管理的基础。

由于污染物的容量既反映了流域的水文特性，又反映了人类对水环境的需求，而且污染物的容量随着水资源的变化和水体的改善而变化[3]，因此，从一定的角度来看，它反映了环境系统的平衡关系、反馈机制和自我调节能力，研究水污染的能力不仅可以揭示环境系统的固有属性，掌握其自然规律，而且可以用来制定水污染物排放标准,综合治理区域水环境污染，控制入河污染物总量，优化工农业生产和城市布局，促进水资源的合理开发利用和有效保护等。

辽宁省水资源匮乏，开发利用程度高，水环境污染严重，近年来取得了一些成绩，但水环境污染的形势仍然十分严峻，其原因与水资源短缺、径流量小、污染物排放量大、水体接受污染物能力低等有直接关系。污染能力的概念表明，某一水体中可接受的污染物数量是有限的，超过这一能力将导致水污染。 即使所有污水处理企业都严格遵守国家环境保护法律法规[4]，认真处理污水，遵守排放标准，水体功能仍可能由于局限性而不足，检查辽宁省水功能区的污染承载能力，制定合理可行的污染物排放总量，实现水功能区的有效管理具有重要的现实意义。由于水污染容量与许多因素有关，确定水污染容量必须考虑河流的设计水文条件[5]，污染物的迁移转化以及水功能目标对水功能区的影响，通过选择合适的计算模型和边界条件进行综合分析计算。

1 设计水文条件

设计流量的大小对通过纳污能力的计算结果有很大影响[8]，其代表性与水文序列密切相关，流量序列太短，不能反映水文规律，序列太长，不能反映人类活动对水资源的影响，为反映年际水文循环极限的变化和长期趋势,从1956-2018年，连续使用了63 a的实测水文序列资料，采用我省97个水文站的使用情况，其中40 a以上的有64个，30～40 a的有18个，30 a以下的有15个。

1.1 设计流量

在1956-2018年的63年低水位时期(12月、1月、2月和3月) ，每年的设计流量平均保证率为75% ，对于集中式饮用水源地，以最干燥月份平均流量95% 保证率作为年设计流量，其计算见公式(1)。

式中：p为设计保证率；m为样本序号；n为样本总数。

设计流量审查主要依据实测水文资料，对于尚未测定的断面，可采用插值法、水量平衡法和模拟法获得设计流量，利用径流入库和降雨站资料间接估算设计流量。

1)具有实测资料。控制断面已经测量了水文数据，因此，在审查中直接使用的38个水文站的计算结果。

2)有实测水文资料。若没有水文资料，则该断面接近上游或下游水文站，而该断面亦没有大量支流入口及大量取水口，则会直接根据上游或下游水文站资料确定断面设计流量[9]。若断面远离上游或下游水文站，或有大量支流入口和大量取水口，则断面的设计流量由水量平衡计算确定。使用类比方法有140个。

3)无实测水文资料。采用相似河流类比法确定上下游无测站资料断面，使用类比方法有18个。

4)流域内无实测水文资料的。对于新增加的辉发河(涉及2个断面)，因计算流域没有实测水文资料，设计流量具体推算方法如下：(1)采用辉发河流域1975-2018年还原径流量,减去流域内地表水耗用水量，形成辉发河流域地表实测径流系列；(2)利用1975-2018年辉发河流域南山城子雨量站各月降水资料，求出枯水期降水占年降水百分比系列；(3)利用流域内南山城子雨量站枯水期降水占年降水百分比系列，推求出辉发河流域地表枯水期实测径流系列；(4)通过频率分析，计算出辉发河75 保证率枯水期平均流量；(5)根据控制断面控制面积，用水文比拟法估算其设计流量。

1.2 设计流速

有资料时，可按下式计算：

V=Q/A

式中：V为设计流速(m/s)；Q为设计流量(m3/s)；A为过水断面面积(m2)。

当没有可用资料时，可以使用经验公式来计算横截面断面速度，也可以通过实测来确定，测得的流量应转换为设计条件下的流速。

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