流域污染負荷解析范文

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《中國環境科學雜志》2014年第八期

1研究區域概況

太平湖流域位于安徽省黃山市境內,地處東經117°50′~118°21′、北緯30°00′~30°32′之間,流域面積覆蓋整個黃山區及池州市的七都鎮和陵陽鎮,本文研究區域主要為流域的黃山市境內,包括9鎮5鄉,總面積約為1770km2,人口16.28萬人.研究區域位于中亞熱帶北部,屬亞熱帶季風濕潤氣候區,氣候溫和濕潤,雨量充沛;地勢呈現為南高北低,南為黃山北麓,地勢高俊,山陵縱橫;北為丘陵地區,緊依太平湖.流域內河汊密布,溝壑縱橫,水系發育良好.太平湖多年平均入湖徑流量為23.83億m3,平均出湖徑流量為23億m3,豐、平、枯水期平均庫容為15.5億m3、13億m3和10.7億m3.流域內有5條主要入湖河流,即麻川河、浦溪河、秧溪河、舒溪河和清溪河(圖1),5條河流均發源于黃山山脈,由南向北匯入太平湖,總匯水面積1878.3km2.主要河流水文參數如表1所示。全流域水質總體良好,根據《地表水環境質量評價辦法(試行)》[27],太平湖符合國家《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)[28]II類水質要求;流域內5條河流中秧溪河、舒溪河和清溪河水質較好,符合地表水II類標準;浦溪河和麻川河水質較差,總體保持在III類.

2研究方法

2.1流域污染負荷解析針對太平湖流域的具體情況,通過水質監測、查閱統計年鑒,參考國內相關研究[38],選取化學需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)3種主要污染物,對流域內的工業污染、垃圾滲濾液污染、餐飲旅游污染、城鎮生活污染、農村生活污染、化肥農藥污染、畜禽養殖污染和水產養殖污染的排放量和實際入湖(河)量進行核算.點源污染主要有工業污染M1、垃圾滲濾液污染M2、旅游餐飲污染M3和城鎮生活污染M4,面源污染主要包括農村生活污染M5、化肥農藥污染M6、畜禽養殖污染M7和水產養殖污染M8.其中工業污染、垃圾滲濾液污染和水產養殖污染根據黃山區污染源普查資料獲取,旅游餐飲污染、城鎮生活污染、農村生活污染、化肥農藥污染和畜禽養殖污染的入湖量運用公式(1)計算.(365)iiiiiM=αA×−Rf(1)式中:Mi為第i種污染源排入湖泊(河流)的污染物總量,t/a;αi為第i種污染源排放系數,具體取值見表4;Ai為第i種類型污染源的面積或數量.數據來自黃山區2012年統計年鑒以及實際統計調查數據,其中畜禽養殖統一折算成豬當量進行計算,折算公式為50只雞(鴨)=1頭豬,3只羊=1頭豬,1頭牛=0.2頭豬.對于旅游餐飲污染,根據黃山區統計年鑒,截至2011年底,黃山區共有床位數8483個、餐位數10205位,其中星級賓館21個,床位5298個根據《太平湖生態環境保護總體方案》(2013)[29],黃山區星級賓館的年平均入住率為50.7%,一般賓館和農家樂的年平均入住率為20%(主要集中在太平湖景點和黃山風景區景點周邊).Ri為第i種污染源污染物去除量,主要指城鎮生活污染源,根據黃山區污水廠相關統計資料獲取,COD、NH3-N和TP的去除量分別為508.24、36.94和4.19t/a.fi為第i種污染源污染物入湖系數,根據《太湖流域水環境綜合治理總體方案》(2008)[30]選取,具體取值見表2。

2.2流域水環境容量核算以河流或湖泊作為計算單元,以水環境功能區作為水質約束的節點條件,以流域污染物排放總量作為輸入條件,選取適合黃山區河流和水庫的相應水質模型,對太平湖流域的水環境容量現狀進行分析.

2.1.1河流水環境容量模型太平湖流域5條主要入湖河流,自然徑流量均較小,污染物濃度僅在河流縱向上發生變化,橫向和垂向的污染物濃度梯度可以忽略,流域內現存的大小排污口分布較均勻,選用污染源概化的一維河流水質模型[10,35]計算2011年太平湖流域5條主要河流的水環境容量.式中:c0為基準斷面污染物的本底濃度,mg/L,根據黃山區水質監測數據,選用河流上游基本未受流域污染的基準斷面監測濃度進行計算;cs為相應的水環境質量標準,mg/L,依據《地表水環境質量標準(GB3838-2002)》[28]中相關要求,確定麻川河和浦溪河執行Ⅲ類標準,秧溪河、舒溪河和清溪河執行Ⅱ類標準;k為綜合降解系數,d1,查閱國內相關文獻[5,12,14,36],采用類比法確定,具體取值為:COD0.24d1,NH3-N0.15d1,TP0.02d1;u為河流斷面的平均流速,m/s;Q為河段設計流量,m3/s,設計流量和流速采用最枯月95%保證率情況下的流量和流速計算;l為計算河段的長度,m;l1為集中概化點距下游斷面的距離,m,本研究取l1=0.5l.

2.2.2湖泊水環境容量模型太平湖多年平均入湖徑流量與出湖徑流量基本相等,可將太平湖視為完全混合的盒式模型,不考慮外源和漏損,湖泊內污染物僅發生衰減反應且負荷一級反應動力學,參考總結國內相關研究[1520,37],針對有機污染物和營養鹽分別選取湖泊、水庫的沃倫威得爾模型和狄龍模型進行核算。式中:V為枯水期湖泊平均庫容,m3;Qout為出湖徑流量,選用95%保證率下的入湖流量,即多年平均入湖徑流量的68.5%進行計算;cs為相應的水環境質量標準,mg/L,太平湖的水質標準為Ⅱ類,Δt為枯水時段,為90d.

3結果與討論

3.1太平湖流域污染負荷解析根據計算,2011年太平湖流域內各污染源主要污染物入湖情況見表3和圖1.2011年,流域內COD的污染負荷達3863.75t/a,各污染源對COD污染的貢獻依次為:城鎮生活污染>農村生活污染>畜禽養殖污染>化肥農藥污染>旅游餐飲污染>工業污染>水產養殖污染>垃圾滲濾液污染.NH3-N負荷量為410.24t/a,生活污染貢獻最大,其中農村生活污染占比39.75%,城鎮生活污染占比35.65%,其次為畜禽養殖污染和化肥農藥污染,其他污染源排放量較少.流域TP入湖量為51.63t/a,農村生活污染、城鎮生活污染和化肥農藥污染分別占28.17%、27.69%和24.81%,為主要污染來源.綜合考慮3種污染物,可知目前城鎮生活污染和農村生活污染為太平湖流域目前面臨的主要污染問題;當前面源污染排放量約占流域污染排放總量的2/3;對于TP,還需著重控制化肥農藥污染.結合流域現狀分析,流域內城鎮管網覆蓋率低,各鄉鎮已有分散性處理設施規模小,處理流程不規范,不能達到排放標準.農村面積廣大,雖然大多數居民均建立了化糞池對污水進行簡單處理,但處理水平遠遠不夠,生活污水不經管道直接排入河流,對流域水質造成了極大的危害.流域內化肥農藥過度使用,平均化肥施用量高達450~600kg/hm2.規模化畜禽養殖處理設施缺失,畜禽糞便綜合利用率低,大多數污染物直接排放入河.城鎮化程度低,經濟較為落后,人口密度較低,基本無工業企業.黃山區工業主要集中在浦溪河流域,全區唯一的垃圾填埋場也位于此,因此浦溪河幾乎匯集了整個太平湖流域的工業污染和垃圾滲濾液污染,與其他流域相比,浦溪河流域的污染來源更為廣泛.對于COD,城鎮生活污染和農村生活污染貢獻率最大,其次為工業污染、垃圾滲濾液污染和畜禽養殖污染,各占10%左右.對于NH3-N,最主要的污染源為城鎮生活和農村生活,其次為畜禽養殖,其它污染相對較少;除城鎮生活和農村生活源外,化肥農藥污染對TP污染貢獻較大,流域內大部分的城鎮區域污水基本納入管網,因此城鎮生活污染有所控制.麻川河流域流經的湯口鎮、譚家橋鎮和三口鎮均處于黃山風景區周邊,旅游經濟發達,城鎮化程度較高,城鎮生活污染為流域主要的問題.麻川河流經的鄉鎮最多,土地面積廣大,流域內畜禽養殖業較多,故化肥農藥和畜禽養殖污染均比其他流域多.對于秧溪河、舒溪河和清溪河這3個流域,城鎮化程度較低,流域內面源污染嚴重,最主要來自農村生活污染.

3.2流域各區縣污染負荷解析對黃山區各鄉鎮不同污染源污染物排放總量進行統計,計算各鄉鎮COD、NH3-N和TP的排放負荷以及各污染源的排污貢獻率,如圖4所示.從流域污染負荷看來,太平湖流域內污染物排放情況在空間上呈現比較明顯的區域性分布,市中心區如甘棠鎮、仙源鎮等區域污染負荷最大,臨近黃山風景區耿城鎮、湯口鎮和三口鎮以及太平湖北面的新華鄉、新豐鄉和永豐鄉污染相對較嚴重,其他區域的污染相對較輕.結合太平湖流域現狀分析,中心城區及黃山風景區周邊鄉鎮人口較為密集,且經濟相對發達,單位面積的污染排放量大;太平湖風景區北面農村人口密集,包括生活、農田和畜禽養殖在內的農村污染較為嚴重.流域西部區域由于位置偏僻,面積廣大,人口分布相對稀疏,污染負荷相對較小.綜合工業污染源的分布和污染物排放情況,流域內共有28家重點工業污染源,主要集中在太平湖北側以及黃山風景區北側部分鄉鎮,但甘棠鎮的工業污染占區內工業污染總量的80%,主要原因在于該區域有2家釀酒公司,其產生的污染物量遠遠超出其他類型的工業企業.從點源和面源污染角度來講,甘棠鎮和湯口鎮的COD和NH3-N污染主要來自點源排放,其他鄉鎮主要來源于面源;流域內的TP主要來源于面源,其中農村生活污染占有相當大的比重.甘棠鎮為黃山區政府所在地,也是黃山區工業園區和污水處理廠、垃圾填埋場的所在地,基礎設施相對比較完善,污水基本經過污水管網集中排放.但垃圾填埋場產生的滲濾液未經處理排放,為該地區造成極大的危害.湯口鎮位于黃山風景區南大門,在旅游業的帶動下,整體經濟水平較高,城鎮化程度也相對較高,同時與旅游相關的住宿、餐飲業發達.湯口鎮的應盡快修建污水處理設施,規范化餐飲賓館等的污水排放,削減污染物.對于流域內其他鄉鎮,需要著重控制農村生活、畜禽養殖、化肥農藥等面源污染,從而控制流域內污染物的排放.

3.3流域水環境容量核算對流域內河流、湖泊的水環境容量進行核算,結果如表4、表5所示.流域內5條主要入湖河流的COD水環境容量依次為:麻川河>清溪河>浦溪河>秧溪河>舒溪河;NH3-N的水環境容量以麻川河最高為390.73t/a,清溪河和浦溪河其次,秧溪河最低;TP的水環境容量依次為:麻川河>清溪河>浦溪河>舒溪河>秧溪河.在當前水質目標下,各河流均保有一定的環境容量;對比入河污染物總量和流域水環境容量,浦溪河和秧溪河流域NH3-N指標的環境容量占用率達到98%以上,幾乎無剩余納污能力,需要重點關注;舒溪河NH3-N占用率也高達73%,未來存在超標可能;秧溪河和舒溪河可新增的TP污染物量低于5.0t/a,污染物增加空間較小,需加強控制;其他河流的各項污染指標均有一定的納污空間.太平湖水質整體良好,滿足II類水質要求,其各項指標均保有一定環境容量.對比流域內污染排放情況和納污能力可發現,麻川河流域的污染物排放量最多,但其納污能力在5條河流中也最高,仍保有相當大的可利用容量;反之,舒溪河的污染物排放量低,其環境容量也較低.分析其原因在于麻川河的流量大,其對于污染物的稀釋消解作用較大;而舒溪河的水質目標要求較高,因此其納污能力也較低.

3.4太平湖流域污染管控措施

3.4.1節水控源,加強污染控制開展工業節水,推廣再生水利用和清潔生產技術,減少污染物排放量;開展工業企業排污口綜合整治工程,改造污染防治設施,保障工業廢水達標排放.

3.4.2強化基礎設施建設加快城鎮污水收集管網的建設進度,擴大已有污水處理廠服務半徑,提升處理標準;促進集中型污水處理設施建設,提高污水集中處理率;建設垃圾滲濾液處理設施,控制垃圾滲濾液污染排放.

3.4.3開展農村環境綜合整治建設人工濕地、氧化塘等分散型污水處理設施,收集農村生活污水,治理非規模化畜禽養殖污染,控制化肥農藥施用,削減農村污染.

3.4.4實施河湖濱岸緩沖帶生態修復工程恢復河岸、湖岸的植被,建設生態護坡和水源涵養林,攔截污染物,削減污染物入河(湖)量.

4結語

2011年,太平湖流域污染物入湖量為:COD3863.75t/a,NH3-N410.24t/a,TP51.63t/a,城鎮生活污染和農村生活污染為流域內的主要污染問題;流域內麻川河流域的污染排放情況最為嚴重,需要對污染物進行總量控制和削減.分析表明,除浦溪河、秧溪河和舒溪河的部分指標外,現狀污染仍在流域河流、湖泊的承載能力范圍內.在未來的污染控制策略中,浦溪河流域應以控制點源污染為主;其他河流流域重點控制城鎮生活污染和農村生活污染;同時需要加強浦溪河、秧溪河和舒溪河這3個流域內的氨氮和總磷污染物排放的管理控制.

作者：李響陸君錢敏蕾王祥榮樊正球王壽兵單位：復旦大學環境科學與工程系