梁灘河流域污染物通量研究

李 科，高 旭，郭勁松

（重慶大學三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，重慶400045）

隨著三峽水庫的形成和庫區城鎮化的推進，庫區流域水質污染問題越發嚴重，庫區的快速發展使得污染物產量激增。同時三峽水庫形成后庫區水體自凈能力下降，納污容量降低［1］；三峽庫區次級河流是入庫污染物的重要攜入水體，張晟等［2］研究三峽庫區15條次級河流營養鹽通量時發現，15條次級河流TN，TP排放總量分別為庫區67個城市污水排放口排放量的27倍和9倍，超過城市污水對三峽水庫營養鹽輸入的影響。庫區次級河流污染物總量控制對于庫區的污染防控和治理十分重要。

梁灘河流域地處縉云山脈和中梁山脈之間的槽型區域，梁灘河流經重慶市九龍坡區、沙坪壩區、北碚區，在北碚區龍鳳橋匯入嘉陵江。其流域面積511.8km2，流域內有15個集鎮，總人口超過60萬。2006年流域內三個區生產總值為600.08億元，2009年三區生產總值達到1 040.09億元。流域內場鎮處于高速城市化進程中，但流域內基礎設施落后，目前只有土主和北碚兩座城市污水處理廠。梁灘河是三峽水庫庫尾的重要次級河流，也是重慶主城區流域面積最大、污染最嚴重的次級河流之一。

梁灘河位置如圖1所示。該河目前作為環保部督辦重慶市重點綜合整治的河流，主要整治工程包括河道整治工程、污水處理工程、集鎮垃圾處理工程、工業廢水治理、生態農業工程、水土保持工程六個部分。該河治理在三峽庫區生態恢復重建和庫區城鎮化河流治理中均占有重要位置。基于此筆者對梁灘河流域污染物通量進行研究，以確定研究區域內主要污染物、主要污染河段、各污染項主要排入河段，為梁灘河綜合治理提供基礎依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

梁灘河流域上游由東西兩支構成，本文選取該兩支作為研究對象。東支發源于重慶市九龍坡區白市驛鎮廖家溝水庫，西支發源于九龍坡區走馬鎮，兩支于沙坪壩區土主鎮四塘匯合。研究的梁灘河上游地區域流域面積282.96km2，占全流域面積的58%。

1.2 采樣時間及采樣點布置

采樣時間為2010年7月24日，采樣當天為晴天，氣溫26～37℃，采樣區域水溫29～35℃。Donald A.Goolsby［3］等人在研究密西西比河流域、O.S.Pokrovsky等人［4］在研究謝韋爾納亞德維納流域、李茂田［5］等人研究長江流域時均發現河道污染物通量存在季節性特征。梁灘河流域屬于中亞熱帶季風濕潤氣候區，年平均降水量為1 088.6mm，夏季占年降水量40%～50%，冬季只占4%～5%；在7月下旬8月上旬是長江流域的洪水季節。研究區域內夏季出現河道底泥上浮、農業徑流加大、生活污水水量增加等污染負荷增加的現象，構成點源、面源、內源污染一體的復合型輸出。李茂田等人［5］的研究發現長江流域在夏季洪水期入海的營養鹽負荷占全年的74%，溶解性硅占73%，溶解性無機氮占68%，溶解性無機磷占68%。梁灘河流域屬于長江水系，其水文特征與長江類似，因此其夏季污染物通量可能為全年的峰值。研究梁灘河流域污染負荷峰值可以為區域生態環境管理和規劃提供基礎數據，基于此選擇七月下旬進行采樣分析。

根據對梁灘河踏勘調查，梁灘河上游東支河岸工業企業沿密集，河水水質受到工業污水和城鎮生活污水影響遠高于其它影響因素，因此東支采樣點主要按照工業和城鎮分布情況進行布置。西支沿岸工業企業較少，其主要污染源為場鎮生活污水和養殖糞便。農業污染屬于面源，研究區域養殖業分散，對這兩方面污染情況難以單獨監測，因此西支采樣點布置主要按場鎮鎮域的分布。本研究一共布置了12個采樣點，各采樣點具體布置如圖1所示。

圖1 采樣點分布情況

1.3 測試方法

水質監測項目有流量，pH值，DO（溶解氧），水溫，NH4＋－N（氨氮），TN（總氮），TP（總磷），COD－cr，鉛，鋅，鉻。pH、溶解氧分別采用美國哈希公司SENSION 1便攜式pH計和LDOTMHQ10便攜式溶氧儀；水溫采用溫度計法；流量采樣重慶華正水文儀器廠生產的LS45A型旋杯式流速儀對河道中泓線進行流速測定，然后對斷面尺寸采用鋼尺測定，從而計算出流量；CODCr采用哈希微回流法測試，使用哈希DRB200消解器和DR2800COD測試儀；NH4＋－N，TP，采用美國Lachat公司的Quickchem 8 500型流動注射分析儀測定。TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，具體操作參照《水與廢水監測方法（第四版）》［6］進行；其中pH值，DO，水溫為現場測定，CODCr、NH4＋－N、TN、TP取樣后加硫酸至pH值小于2后在4℃條件下保存，并于24h內在實驗室測定，鉛，鉻采樣后加硝酸至pH值小于2后在4℃條件下保存，并于7天內測試。所有樣品CODCr，NH4＋－N，TN，TP，鉛，鉻測試每個樣品均采用雙平行樣進行，誤差控制在10%以內。

2 結果與討論

2.1 測試結果

各個采樣點斷面水質結果如表1所示。按照GB3838－2002《地表水環境質量標準》［7］進行對比并按照單因素法進行判定，發現所有采樣點均為劣Ⅴ類水體。東支采樣點Ⅲ到Ⅳ污染最嚴重，西支采樣點1污染最嚴重；

表1 各個采樣點水質情況（流量單位：m3／s，其它各項單位：mg／L，NA：數據無效）

2.2 污染物通量分布

水環境污染物通量是指水環境（河流、河口、湖泊、水庫等水體）中的污染因子（無機和有機污染物如CODcr，NH4＋－N，Cd等）在一定時間內通過研究斷面的總量。污染物濃度不能反映出水量對濃度的影響，也不能反映各個斷面污染物總量，因此污染物通量在水環境污染物總量控制研究中比污染物濃度更有價值。等標污染負荷作為污染物通量的細化指標，它使得各項污染項之間能夠比較，更易于找出流域內主要污染物。對各個采樣點各項污染物的等標污染負荷按照公式（1）［8］進行計算：

其中：Pij為第i個采樣點中第j項指標的等標污染負荷；Cij為第i個采樣點中的第j項指標；C0j為該采樣點的第j項指標的目標準限值。Qi為第i個采樣點的流量，單位為L／s；流域內各個采樣點各項監測指標如表1所示。對各采樣點選取《地表水環境質量標準》中的監測項目CODcr、NH4＋－N、TN、TP、鉛、鉻，按照該區域目標水質—地表水Ⅳ類水體，進行等標污染負荷計算，計算結果如表2所示；對各采樣點各項污染負荷按照公式（2）進行求和可以得出各個點的污染負荷之和。對采樣范圍內的所有污染負荷按照公式（3）、（4）進行計算，可以得出流域內的主要污染物，以及評價指標中的各項污染物所占比重，計算結果如圖2所示；

圖2 各項污染物所占比重

計算結果表明研究區域內主要污染指標為TN，其所占比重為39.66%，污染指標從高到底依次為：TN＞NH4＋－N＞TP＞CODcr＞鉻＞鉛；其中氮、磷、CODcr所占比重達到95%，鉻、鉛僅占5%，表明研究區域內屬于氮、磷和有機污染，重金屬污染較輕。

表2 污染負荷比計算結果

2.3 污染源分布分析

兩斷面間等標污染負荷變化，可以反應斷面間在河道自凈后的污染負荷增減情況。研究區域內各河段等標污染負荷增減量計算結果如圖2所示，其中正數表示該區段污染物增加，負數表示污染物在該區段得到降解。該指標能反映在河流利用自身降解后剩余污染物增減量大小，可以對污染負荷消減提供參考。該區域計算結果表明東支中Ⅱ到Ⅳ段污染負荷增長迅速，這與該區域內場鎮規模較大和工業企業數量多有關。其次為Ⅳ到Ⅴ區段，該段集中居民區數量較少，主要污染源為工業企業，而Ⅴ到Ⅵ區段污染物得到降解。因此在東支中治理的重點為采樣點Ⅱ至采樣點Ⅴ區段。

圖3 各采樣斷面間等標污染負荷增減量

西支由于下游城鎮規模比上游大，工業企業數量增加，排污總量增大，造成從上游到下游污染負荷不斷增加。東西兩支匯合后污染負荷比匯合前兩斷面總量增加明顯，這表明土主鎮和陳家橋鎮對東、西兩支的污染貢獻大。通過斷面間的污染負荷總量可以得出該流域中污染物主要排入區段為虎溪鎮到土主四塘橋段、土主鎮到四塘橋段，其次為白市驛鎮到含谷鎮段，由于區域內的工業和企業布置呈現以場鎮為中心的情況，因此主要需要治理區域為土主鎮、陳家橋鎮，其次為白市驛鎮、含谷鎮為中心的場鎮生活污水和場鎮周邊工業污水。

對各個斷面間的污染負荷分析可以得到斷面間的污染負荷變化，但是對于各個污染指標的排入河段卻區分不夠明顯。對各污染指標通量進行分析，能夠更好的了解各個斷面間各污染指標的排入情況，對區段污染物總量控制更有針對性。各斷面間不同污染指標之間通量的差可判定污染物在河道自身凈化之后的增減量，可為各河段不同污染指標專項治理提供依據。各斷面間污染物通量差計算結果如表3所示，其中正數表示增加，負數表示降低。

表3 各河段污染物排入量 g·s－1

從上表可以看出東支中CODcr主要增加斷面為天賜溫泉到含谷鎮斷面以及含谷到童善橋斷面，NH4＋－N主要增加斷面為天賜溫泉到含谷鎮區段，其次為白市驛場鎮到天賜溫泉段，童善橋到土主鎮段，TN主要增加斷面為白市驛場鎮到含谷鎮區段，TP主要增加斷面為白市驛場鎮到天賜溫泉段。西支中CODcr，NH4＋－N，TN，TP從上游往下游一直處于增加狀態，這是由于下游河道沿岸城鎮規模比上游沿岸城鎮規模大，污染物排入量隨之增多造成。

3 結 論

（1）采用等標污染負荷進行評價發現梁灘河上游污染物次序依次為總氮＞氨氮＞總磷＞CODcr；其中選取來評價的重金屬所占污染負荷較小，低于5%。

（2）通過斷面間的污染負荷總量得出該流域中主要需要治理區域為土主鎮、陳家橋鎮，然后為白市驛鎮、含谷鎮為中心的場鎮生活污水和場鎮周邊工業污水。

（3）梁灘河各項污染指標進入河道的主要區段各異，東支中氨氮主要在白市驛到含谷、童善橋到土主段；總氮主要在白市驛到含谷段進入；總磷主要在白市驛到含谷段進入；CODcr主要在天賜溫泉到童善橋段進入。西支各考察污染項均呈現出自上游向下游增加的趨勢。

［1］ 羅固源，付永川，許曉毅，等.三峽庫區次級河流污染整治的對策分析.癌變.畸變.突變［J］.2007，19（3）：209－211.

［2］ 張晟，李崇明，鄭丙輝，等.三峽庫區次級河流營養狀態及營養鹽輸出影響.環境科學，2007，28（3），500－505.

［3］ Donald A.Goolsby，William A.Battaglin，Brent T.Aulenbach，Richard P.Hooper.Nitrogen flux and sources in the Mississippi River Basin［J］.The Science of the Total Environment 248（2000）75－86.

［4］ O.S.Pokrovsky，J.Viers a，L.S.Shirokova，V.P.Shevchenko，A.S.Filipov，B.Dupré.Dissolved，suspended，and colloidal fluxes of organic carbon，major and trace elements in the Severnaya Dvina River and its tributary［J］.Chemical Geology 273（2010）136－149

［5］ Maotian Li，Kaiqin Xu，Masataka Watanabe，Zhongyuan Chen.Long－term variations in dissolved silicate，nitrogen，and phosphorus flux from the Yangtze River into the East China Sea and impacts on estuarine ecosystem［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science 71（2007）3－12.

［6］ 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法（第四版）.［M］.北京：中國環境科學出版社，2002.

［7］ 國家環?？偩?GB3838－2002地表水環境質量標準［S］.北京：中國環境科學出版社，2002.

［8］ 蔡建安，張文藝.環境質量評價與系統分析［M］.合肥：合肥工業大學出版社，2003.