武當山劍河流域水污染源解析

李 昆，王 玲，焦 栗，李兆華

（湖北大學資源環境學院，湖北 武漢 430062）

水體污染源按產生的方式可分為點源和面源兩種。點源污染是指污水排放點通過排污管網直接進入水體［1］。面源污染也稱非點源污染，是指溶解的和固體污染物從非特定地點，在降水或融雪的沖刷作用下，通過徑流過程匯入受納水體 （包括河流、湖泊、水庫和海灣等）并引起有機污染、水體富營養化或有毒有害等其他形式的污染［2］。調查污染源是水環境治理的基礎工作，對河流水環境的治理十分重要。

1 研究區域概況

武當山劍河位于湖北省十堰市境內，分布于武當山旅游經濟特區，其發源于武當山東麓的倒開門，東北向流經紫霄宮、太子坡、財神廟、王家院、老君堂、武當山鎮，至香爐院匯入丹江口水庫。劍河為芝河流域右岸一級支流，流域面積47.2km2，主河道長度為26.5km，河床平均比降12%，河口海拔高程150m，河源分水嶺海拔高程1180m。屬山溪性河流，劍河河道狹窄，陡坡水流湍急，河道中布有5個橡皮壩。從龍潭口進入城區，城區段河道長3.50km，穿過工廠、居民稠密區、公路、學校和機關單位至城區出口 （喬家院橋處），最后順流而下匯入丹江口水庫。

2 研究方法

2.1 數據來源

按照劍河流域的自然地理和社會經濟特征以流域內的鎮、村為單元，分類收集各項工業活動、農事與人居活動涉及到的原始數據；劍河流域內各污染源排放量數據來源于武當山旅游經濟特區污染普查生活源檔案、武當山旅游經濟特區污染普查工業污染源檔案、武當山旅游經濟特區農業統計年報、武當山旅游經濟特區環境質量年報及其他相關報表，以及運用ArcGIS軟件對地形參數進行提取分析并繪制劍河流域位置圖 （圖1）。

圖1 劍河流域位置圖

2.2 污染源負荷的核算

2.2.1 點源污染

2.2.1.1 工業污染源 通過對劍河流域的實際調查，并且結合武當山特區污染源普查工業源普查表的記錄，武當山特區劍河流域有5家規模以上的工業企業是以劍河為受納水體，其工業廢水排放總量72.72萬t，主要污染物COD （化學需氧量）排放量29.7t，NH3－N （氨氮）排放總量8.74t，TN（總氮）排放量為9.31t。

2.2.1.2 城鎮生活污染源 武當山旅游經濟特區的總人口5.5萬人，分布于劍河流域的城鎮人口2萬人，參考 《第一次全國污染源普查城鎮生活源產排污系數手冊》，人均生活污水產生量按170L/（人·d）計算，污染物負荷按COD 81g/（人·d），NH3－N 8.8g/ （人·d），TN 12.6g/ （人·d），TP （總磷）0.91g/ （人·d）計算。

2.2.1.3 旅游業污染 通過對武當山旅游特點的實地調查，游客的居住、逗留均在武當山鎮，因此游客生活污水產生量以及污染物產生系數按照城鎮人口標準計算。

2.2.2 面源污染

2.2.2.1 地表徑流 根據 《全國水環境容量核算》中標準城市的定義，可將劍河流域城市地表徑流按照非城市地表徑流選擇單位負荷法計算，參照國家環保總局編寫的 《湖泊污染控制技術指南》、《河流污染治理技術與實踐》和太湖流域上游城鎮地表徑流的計算方法，劍河流域內生活區的地表徑流污染物濃度參數為TP 0.1mg/L，TN 1.8mg/L，COD 7.7mg/L，NH3－N 6.24kg/ （hm2·a）。

2.2.2.2 農村生活污染源 劍河流域內農村總人口為1.85萬人，參照全國污染源普查辦發布的源強系數說明，農村人均生活污水量取80L/（人·d），污染物產生量 COD 16.4g/ （人·d），TN 5.0g/ （人·d），TP 0.44g/ （人·d），NH3－N 4.0g/ （人·d）。

2.2.2.3 畜禽養殖污染 按 《全國地表水環境容量核定》相關的計算方法，將牛、馬、羊和雞換算成豬，換算關系為：60只肉雞折合為1頭豬，30只蛋雞折合為1頭豬，3只羊換算為1頭豬，1頭牛折合成5頭豬。豬產生的污染物源強系數為COD 50g/ （頭 ·d），NH3－N 10g/ （頭·d），TN 21.6g/ （頭·d），TP 6.8g/ （頭·d）。

2.2.2.4 農業面源污染 參照黃漪平對太湖周圍土壤的研究成果和 《河流污染治理技術與實踐》以及郭永彬的 《基于GIS的流域水環境非點源污染評價理論與方法：以漢江中下游為例》中的標準，劍河流域內的土地利用按照不同的利用類型的流失系數進行計算。同時按照 《全國水環境容量核算技術指南》中的要求對坡度、土壤類型、化肥施用量、降水量進行修正。

2.2.2.5 水產養殖污染 根據 《河流污染治理技術與實踐》和日本竹內俊朗關于水產養殖污染排放量的計算方法，魚類養殖污染物排放量用N、P的環境負荷量表示，餌料N、P含量分別取2.5%和0.4%，魚體內N、P含量分別為2.86%和0.63%，餌料系數取7［3］，得出每噸魚的污染物產生量為COD309.2kg、TN146.4kg、TP21.7kg，其中NH3－N為13.5kg/（hm2·a）［4］。

2.2.2.6 大氣降塵 水面降塵的污染負荷也是劍河的污染源之一，其計算公式為：

W＝P×A×103

式中，W為水面年降水污染負荷 （t/a）；P為負荷量 ［kg/ （km2·a）］；A 為水面面積 （km2）。根據北京大學出版的 《流域環境規劃典型案例》，若流域是以農業用地為主的鄉村地區，大氣降塵的強度 TN 為10.5～38.0kg/ （km2·a），TP為0.12～0.97kg/ （km2·a）［5］。

3 結果與討論

分析結果顯示，劍河流域內COD、TN、TP、NH3－N的每年排放量分別為1114.84、219.43、21.84、145.33t；點源污染中工業廢水的主要污染物COD排放量29.7t，NH3－N排放量8.74t，TN排放量為9.31t，因工業廢水的來源特殊其TP排放量極少；城鎮生活污水中COD、TN、TP、NH3－N排放量分別為591.3、91.98、6.64、64.24t；旅游業污染中COD、TN、TP、NH3－N排放量為255.15、39.69、2.87、27.72t。面源污染中地表徑流COD、TN、TP、NH3－N排放量46.38、10.84、0.6、4.24t；農村生活污水COD、TN、TP、NH3－N排放量110.74、33.76、2.97、27.01t；畜禽養殖COD、TN、TP、NH3－N排放量57.32、24.76、7.80、11.46t；農業面源污染COD、TN、TP、NH3－N排放量分別為13.42、3.92、0.2、1.88t；水產養殖COD、TN、TP、NH3－N排放量為10.88、5.15、0.76、0.04t；大氣降塵中TN、TP排放量分別為21.15、0.54kg，通過大氣降水產生的COD和NH3－N的量相對極少在此可以忽略（表1）。

表1 劍河流域各類污染源污染物排放情況

3.1 不同污染源中總氮的排放量

城鎮生活污水總氮排放量遠遠高于其他各行業，達到91.98t/a，占流域中各污染源總排放量的41.92%；其次是旅游帶來的生活污水，總氮的排放量達到39.69t/a，占各行業總氮排放量的18.09%；接下來依次是，農村生活污水總氮排放量占總排放量的15.39%；畜禽養殖占11.28%；地表徑流占4.94%；工業廢水占4.24%；水產養殖占2.35%；農業面源污染占總排放量的1.79%；大氣降水的總氮排放量僅有0.02t/a（圖2）。

3.2 不同污染源中總磷的排放量

畜禽養殖污水的總磷排放量最大，達到7.8t/a，占流域中各污染源總磷排放量的35.71%；其次是城鎮生活污水，總磷的排放量達到6.64t/a，占各行業總磷排放量的30.40%；接下來依次是，農村生活污水占13.60%；旅游帶來的污水占13.14%；水產養殖占3.48%；地表徑流占2.75%；農業面源污染占0.92%（圖3）。

圖2 劍河流域各類污染源TN排放量

圖3 劍河流域各類污染源TP排放量

3.3 不同污染源中化學需氧量的排放量

城鎮生活污水的化學需氧量排放量在各行業中占有比例最大，達到591.3t/a，占流域中各污染源總排放量的53.04%；其次是旅游活動帶來的生活污水，化學需氧量的排放量達到255.1t/a，占各行業化學需氧量排放量的22.88%；接下來依次是，農村生活污水占9.93%；畜禽養殖占5.14%；地表徑流占4.16%；工業廢水占2.67%；農業面源污染占1.20%；水產養殖占0.98% （圖4）。

3.4 不同污染源中氨氮的排放量

城鎮生活污水的氨氮排放量在各行業中最多，達到64.24t/a，占流域中各污染源總排放量的44.20%；其次是旅游帶來的生活污水，氨氮的排放量達到27.72t/a，占各行業氨氮排放量的19.07%；接下來依次是，農村生活污水占總18.59%；畜禽養殖占7.89%；工業廢水占6.01%；地表徑流占2.92%；農業面源污染占1.29%；水產養殖占0.03% （圖5）。

圖4 劍河流域各類污染源COD排放量

圖5 劍河流域各類污染源NH3－N排放量

4 結論

劍河流域內的污水處理廠的截污管網從劍河的龍潭口處開始鋪設，左岸污水全部接入管網，其余部分全部進入污水處理廠，劍河右岸雖然鋪設污水管道但是污水沒有進入污水處理廠，而是在喬家院橋處直接由污水管道排入劍河，是水質惡化的重要影響因素。位于劍河下游的污水處理廠目前實際處理量為7000t/d，主要處理的廢水為工業廢水、城鎮生活污水、旅游活動產生的污水和農村生活污水，經處理后每年仍有48.89萬t的廢水未處理而直接排入劍河，其中COD、TN、TP、NH3－N的含量分別為158.50、28.07、2.00、20.51t。污水處理廠處理后出水達到城鎮污水處理廠污染物排放標準 （GB18918－2002）的一級B標準，其污染物濃度為 COD 60mg/L、TN 20mg/L、TP 1 mg/L、NH3－N 15mg/L，則由污水處理廠排入劍河中的COD、TN、TP、NH3－N含量依次為153、51、2.55、38.25t，廢水中COD、TN、TP、NH3－N 的實際入河量為 311.5、79.07、4.55、58.76t。劍河流域各污染源每年排放COD、TN、TP、NH3－N的實際入河量依次為439.5、123.76、13.91、76.38t，其中廢水中 TN、NH3－N和COD的入河量在各污染源總入河量中負荷比最高，分別達到總量的63.89%、76.93%和70.88%；畜禽養殖的TP入河量在各污染源總入河量中負荷比最大，占總量的56.07%。

［1］李兆華，李瑞勤.清江水污染防治研究 ［M］.北京：科學出版社，2010.

［2］LEE S I.Nonpoint source pollution ［J］.Fisheries，1979（2）：50－52.

［3］程波.農業環境影響評價技術手冊 ［M］.北京：化學工業出版社，2007.

［4］徐祖信.河流污染治理技術與實踐 ［M］.北京：中國水利水電出版社，2003.

［5］李兆華，張亞東.大冶水污染防治研究 ［M］.北京：科學出版社，2010.