流域污染負荷解析范文

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《中國環(huán)境科學雜志》2014年第八期

1研究區(qū)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(qū)及池州市的七都鎮(zhèn)和陵陽鎮(zhèn),本文研究區(qū)域主要為流域的黃山市境內,包括9鎮(zhèn)5鄉(xiāng),總面積約為1770km2,人口16.28萬人.研究區(qū)域位于中亞熱帶北部,屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū),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(qū),緊依太平湖.流域內河汊密布,溝壑縱橫,水系發(fā)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(fā)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(huán)境質量評價辦法(試行)》[27],太平湖符合國家《地表水環(huán)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(jiān)測、查閱統(tǒng)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(yè)污染、垃圾滲濾液污染、餐飲旅游污染、城鎮(zhèn)生活污染、農村生活污染、化肥農藥污染、畜禽養(yǎng)殖污染和水產養(yǎng)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(yè)污染M1、垃圾滲濾液污染M2、旅游餐飲污染M3和城鎮(zhèn)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(yǎng)殖污染M7和水產養(yǎng)殖污染M8.其中工業(yè)污染、垃圾滲濾液污染和水產養(yǎng)殖污染根據黃山區(qū)污染源普查資料獲取,旅游餐飲污染、城鎮(zhèn)生活污染、農村生活污染、化肥農藥污染和畜禽養(yǎng)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(qū)2012年統(tǒng)計年鑒以及實際統(tǒng)計調查數據,其中畜禽養(yǎng)殖統(tǒng)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(qū)統(tǒng)計年鑒,截至2011年底,黃山區(qū)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(tài)環(huán)境保護總體方案》(2013)[29],黃山區(qū)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(qū)景點周邊).Ri為第i種污染源污染物去除量,主要指城鎮(zhèn)生活污染源,根據黃山區(qū)污水廠相關統(tǒng)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(huán)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(huán)境容量核算以河流或湖泊作為計算單元,以水環(huán)境功能區(qū)作為水質約束的節(jié)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(qū)河流和水庫的相應水質模型,對太平湖流域的水環(huán)境容量現狀進行分析.

2.1.1河流水環(huán)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(fā)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(huán)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(qū)水質監(jiān)測數據,選用河流上游基本未受流域污染的基準斷面監(jiān)測濃度進行計算;cs為相應的水環(huán)境質量標準,mg/L,依據《地表水環(huán)境質量標準(GB3838-2002)》[28]中相關要求,確定麻川河和浦溪河執(zhí)行Ⅲ類標準,秧溪河、舒溪河和清溪河執(zhí)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(huán)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(fā)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(yǎng)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(huán)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(zhèn)生活污染>農村生活污染>畜禽養(yǎng)殖污染>化肥農藥污染>旅游餐飲污染>工業(yè)污染>水產養(yǎng)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(zhèn)生活污染占比35.65%,其次為畜禽養(yǎng)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(zhèn)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(zhèn)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(zhèn)管網覆蓋率低,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)已有分散性處理設施規(guī)模小,處理流程不規(guī)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(guī)模化畜禽養(yǎng)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(zhèn)化程度低,經濟較為落后,人口密度較低,基本無工業(yè)企業(yè).黃山區(qū)工業(yè)主要集中在浦溪河流域,全區(qū)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(yè)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(zhèn)生活污染和農村生活污染貢獻率最大,其次為工業(yè)污染、垃圾滲濾液污染和畜禽養(yǎng)殖污染,各占10%左右.對于NH3-N,最主要的污染源為城鎮(zhèn)生活和農村生活,其次為畜禽養(yǎng)殖,其它污染相對較少;除城鎮(zhèn)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(zhèn)區(qū)域污水基本納入管網,因此城鎮(zhèn)生活污染有所控制.麻川河流域流經的湯口鎮(zhèn)、譚家橋鎮(zhèn)和三口鎮(zhèn)均處于黃山風景區(qū)周邊,旅游經濟發(fā)達,城鎮(zhèn)化程度較高,城鎮(zhèn)生活污染為流域主要的問題.麻川河流經的鄉(xiāng)鎮(zhèn)最多,土地面積廣大,流域內畜禽養(yǎng)殖業(yè)較多,故化肥農藥和畜禽養(yǎng)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(zhèn)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(qū)縣污染負荷解析對黃山區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同污染源污染物排放總量進行統(tǒng)計,計算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(qū)域性分布,市中心區(qū)如甘棠鎮(zhèn)、仙源鎮(zhèn)等區(qū)域污染負荷最大,臨近黃山風景區(qū)耿城鎮(zhèn)、湯口鎮(zhèn)和三口鎮(zhèn)以及太平湖北面的新華鄉(xiāng)、新豐鄉(xiāng)和永豐鄉(xiāng)污染相對較嚴重,其他區(qū)域的污染相對較輕.結合太平湖流域現狀分析,中心城區(qū)及黃山風景區(qū)周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口較為密集,且經濟相對發(fā)達,單位面積的污染排放量大;太平湖風景區(qū)北面農村人口密集,包括生活、農田和畜禽養(yǎng)殖在內的農村污染較為嚴重.流域西部區(qū)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(yè)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(yè)污染源,主要集中在太平湖北側以及黃山風景區(qū)北側部分鄉(xiāng)鎮(zhèn),但甘棠鎮(zhèn)的工業(yè)污染占區(qū)內工業(yè)污染總量的80%,主要原因在于該區(qū)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(yè)企業(yè).從點源和面源污染角度來講,甘棠鎮(zhèn)和湯口鎮(zhèn)的COD和NH3-N污染主要來自點源排放,其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(zhèn)為黃山區(qū)政府所在地,也是黃山區(qū)工業(yè)園區(qū)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(qū)造成極大的危害.湯口鎮(zhèn)位于黃山風景區(qū)南大門,在旅游業(yè)的帶動下,整體經濟水平較高,城鎮(zhèn)化程度也相對較高,同時與旅游相關的住宿、餐飲業(yè)發(fā)達.湯口鎮(zhèn)的應盡快修建污水處理設施,規(guī)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(xiāng)鎮(zhèn),需要著重控制農村生活、畜禽養(yǎng)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(huán)境容量核算對流域內河流、湖泊的水環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)境容量;對比入河污染物總量和流域水環(huán)境容量,浦溪河和秧溪河流域NH3-N指標的環(huán)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(huán)境容量.對比流域內污染排放情況和納污能力可發(fā)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(huán)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(jié)水控源,加強污染控制開展工業(yè)節(jié)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(yè)企業(yè)排污口綜合整治工程,改造污染防治設施,保障工業(yè)廢水達標排放.

3.4.2強化基礎設施建設加快城鎮(zhèn)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(huán)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(guī)模化畜禽養(yǎng)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(tài)修復工程恢復河岸、湖岸的植被,建設生態(tài)護坡和水源涵養(yǎng)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(zhèn)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(zhèn)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(huán)境科學與工程系