揚州城市河流污染物總量估算及對策研究

（1..江蘇省水利重點工程揚州市指揮部，揚州，225009；2 揚州市勘測設計研究院有限公司，揚州，225009；3.湖北省水利水電科學研究院，武漢，430070；4. 慶元縣農業(yè)綜合開發(fā)辦公室，浙江慶元 323700）

摘要：城市河流是城市景觀和生態(tài)的重要載體，城市河流污染物總量估算是河流污染物控制的重要基礎指標。本文以揚州市為例，通過少量參數(shù)對城市河流污染物總量進行了估算，并提出了河流污染物控制措施。研究結果表明：基于少量參數(shù)對城市河流污染物總量進行估算合理可行；城市生活污水和面源污染是揚州市城市河流水體污染物主要來源。

關鍵詞：城市河流；揚州；污染物重量；估算

城市河流是城市景觀和生態(tài)環(huán)境的重要載體，研究者對其做出具體定義：指發(fā)源于城區(qū)或流經(jīng)城市區(qū)域的河流或河流段，也包括一些歷史上雖屬人工開挖、但經(jīng)多年演化已具有自然河流特點的運河、渠系[1]。城河流受人類活動干擾，是人類活動與自然過程共同作用最為強烈的地帶之一[2]。恢復和維持健康的城市河流生態(tài)和景觀系統(tǒng)已成為重要的生態(tài)管理目標[3]。準確分析估算城市河流污染物來源及總量是城市河流生態(tài)管理的重要基礎工作，也是制定城市河流污染物控制指標確定的基礎內容之一。

眾多學者對此進行了大量研究，已有的河流水環(huán)境容量估算中，通常首先設定河流的目標水質和一定保證率下的設計流量，再建立一維或二維的水環(huán)境容量模型，并在模型參數(shù)的率定基礎上進行估算[4-5]。已有的研究側重于理論模型研究，所需參數(shù)較多，在日常的河道管理及規(guī)劃、環(huán)境指標分解等工作的應用中還存在一定的難度。因此，本文以揚州市為例，基于易獲取的資料，進行了城市河流污染物總量估算，并提出了河流污染物控制措施。

1、概況

揚州屬亞熱帶濕潤氣候區(qū)，夏季多東南風，冬季多偏北風；四季分明，年平均氣溫14.8℃；雨量充沛，多年平均降雨量1027.8 mm，年最大降雨量1520.7 mm（1991），且時空分布不均，最大3日降雨量281.8 mm，暴雨性質主要為梅雨和臺風雨。年平均水面蒸發(fā)量為906.3 mm，年水面蒸發(fā)量最大值為1086.4 mm（1994），最小值為775 mm（2003），水面蒸發(fā)的年內分配很不均勻，汛期（5～9月）的蒸發(fā)量占全年的59.5%。

本文研究區(qū)域為古運河以西，南到古運河，揚子江路以東，江平東路以南約22.44 km2的范圍，區(qū)域總人口20多萬人，其中常住人口16多萬人，流動人口約4萬人。

2、污染物計算方法分析

根據(jù)已有的研究成果，將研究區(qū)內污染物分為生活污染源、面源污染、內源頭污染三類，分別進行分析。

2.1生活污染源入河量

生活污染源入河量可采用兩種估算方法，方法1是按生活、公共分別估算，方法2是按污水處理量估算。

（1）按生活、公共分別估算

1）居民生活污源入河量

居民生活污水入河量采用污水總量和污染物濃度相乘，污水總量采用居民生活用水量間接估算，污染物濃度結合長期監(jiān)測資料，選取具有代表性的污染物濃度作為典型值代入計算。

（1）

式中：M居——居民生活污染物入河量；——居民生活污水入河量；——居民生活污水污染物濃度。

（2）

式中：——居民用水定額；——研究區(qū)域人口；——排水系數(shù)；——居民生活污水入河率。

2）公共建筑污水入河量

城鎮(zhèn)公共用水主要集中在醫(yī)院、學校、住宿和餐飲業(yè)及沐浴業(yè)等單位與行業(yè)。根據(jù)城市統(tǒng)計部門公布的城市污水處理率和廢水排放量，計算城市公共建筑污水入河量。污染物濃度結合長期監(jiān)測資料，選取具有代表性的污染物濃度作為典型值代入計算。

（3）

式中：M公共——公共建筑污染物入河量；——公共建筑污水入河量；——公共建筑污水中污染物濃度。

（4）

式中：——城鎮(zhèn)公共用水量；——城市污水處理率

（2）按處理量推算入河污染物量

本方法以污水入河量和污染物濃度為基本數(shù)據(jù)進行計算。選取典型區(qū)域進行調查，統(tǒng)計區(qū)域內供水量和污水處理量，估算污水入河率，以此為擴大指標，結合本區(qū)供水量，計算本區(qū)污水入河量；以本區(qū)域污水處理廠的進口處污染物濃度為代表濃度。

（5）

式中：M生活——生活污染源入河量；——污水入河量；——污水中污染物濃度。

（6）

式中：——城市供水總量；——污水入河率。

由于該方法中污染物入河量僅為估算結果，可采用偏安全原則選取，通過兩種方法對比，取其大值進行計算。

2.2 面污染源入河量估算

參考相近城區(qū)徑流污染負荷率，結合本地區(qū)的國土部門的土地利用統(tǒng)計結果進行估算。土地利用類型分為居住用地、公共設施、倉儲用地、對外交通、市政設施和綠地，共計6類。計算公式如下：

（7）

式中：M面——面污染源入河量，kg/a；——不同土地利用類型的徑流污染負荷，kg/hm2·a； ——各土地利用類型面積，hm2；i——不同土地利用類型，i=1～6，依次對應居住用地、公共設施、倉儲用地、對外交通、市政設施和綠地。

2.3 內源污染物釋放量估算

內源污染主要指進入水體中的營養(yǎng)物質通過各種物理、化學和生物作用，逐漸沉降至湖泊底質表層，在一定條件下向水體釋放，形成水體污染負荷。城市河道內源污染計算主要考慮河道底泥污染物釋放。污染嚴重的城區(qū)河流，由于長期的積累，沉積物中氮磷負荷很高，換水后，底泥中的污染物會釋放進入水體，部分河流湖泊內源污染已成為河流湖泊的重要來源。內源污染物釋放量估算采用區(qū)域河流污染物釋放率和河流底面積為基礎參數(shù)。根據(jù)河道底泥監(jiān)測資料分析，確定本區(qū)域河流污染物釋放率；底面積根據(jù)河道的長度和寬度進行估算。

3、污染物入河量估算與討論

3.1 生活污染源入河量估算

（1）按居民、公共分別估算法

1）居民生活污水入河量

用水定額取210 L/（人·d），區(qū)域用水量1533 萬m3/a，排水系數(shù)取0.80，則排水量1226.4萬m3/a，污水收集率85%，則有184萬m3/a入河，根據(jù)相近地區(qū)取樣研究，取COD濃度300 mg/L，BOD5濃度180 mg/L，氨氮濃度30 mg/L，則污染物排放量COD為552.0 t/a，BOD5為331.2 t/a，氨氮為55.2 t/a。

2）公共建筑污水入河量

2010年揚州市城鎮(zhèn)公共用水主要集中在醫(yī)院、學校、住宿和餐飲業(yè)及沐浴業(yè)等單位與行業(yè)，其中公共沐浴排水占廢水排放量36.5%，學校、醫(yī)院、科研單位排水占33.2%，住宿和餐飲業(yè)排水占23.4%，其他公共排水占6.9%。城市污水處理率85%，有15%城市公共企業(yè)就近排放水體。研究區(qū)域污水總量約為173.6萬m3，排放量為26.04萬m3，根據(jù)相近地區(qū)取樣研究，取COD濃度240 mg/L，BOD5濃度160 mg/L，氨氮濃度15 mg/L，則污染物排放量COD為62.50 t/a，BOD5為41.66 t/a，氨氮為3.90 t/a。

3）居民、公共生活污染源入河量

表1 居民、公共生活污染源入河量

Table 1 The volume of public life pollution into river

污水量（萬m3/a）COD（t/a）BOD（t/a）氨氮（t/a）

居民生活184552.0331.255.2

城市公共26.0462.541.663.90

合計210.04614.5372.8659.1

生活污染源入河量合計為COD為614.50 t/a，BOD5為372.86 t/a，氨氮為59.10 t/a。平均每天入河量COD為1.68 t/d，BOD5為1.02 t/d，氨氮為0.162 t/d。

（2）按處理量推算入河污染物量

揚州城區(qū)最高日供水量59萬m3/d，2011年日收集處理污水量33萬m3/d，考慮漏損（約13%）7.6萬m3/d，供水覆蓋面積480 km2，區(qū)域計算面積22.44 km2，約有0.86萬m3/d生活污水直接或間接的入河，指標濃度參考湯汪污水處理廠進水水質（表2）。污染物入河量見表3。

表2 排放生活污水主要污染物濃度

Table 2 The main pollutant concentrations of Sewage discharged

COD（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）氨氮（mg/L）

30020015030

（3）生活污染源入河量估算

分別按照兩種方法進行估算，估算結果如表3。綜合考慮，取較大者作為生活污染源入河量估算結果，即COD為2.58 t/d，BOD為1.72 t/d，氨氮為0.26 t/d。

表3 區(qū)域生活污水污染物入河量

Table 3 Regional sewage pollutants discharged

COD（t/d）BOD5（t/d）氨氮（t/d）

按處理量推算2.581.720.26

按生活、公共分別計算1.681.020.16

3.2 面污染源入河量估算

通過查閱研究區(qū)域土地利用現(xiàn)狀（表4），參考相近城區(qū)徑流污染負荷率（表5），按照公式7計算本區(qū)域地表徑流污染物入河量，計算成果見表6。

表4 城區(qū)部分土地利用統(tǒng)計表

Table 4 Statistical table of land use in urban areas

用地類型居住用地公共設施倉儲用地對外交通市政設施綠地合計

面積（hm2）860520815118302244

表5 城區(qū)地表徑流污染估算系數(shù)表

Table 5 tables of Estimation coefficient of surface runoff pollution in urban area

污染負荷率居住用地公共設施倉儲用地對外交通市政設施綠地

BOD5（kg/hm2·a）186.523035058.840036.0

COD（kg/hm2·a）431.4650600198.8150080

總氮（kg/hm2·a）7.8483815752.6

氨氮（kg/hm2·a）4.15.6121.5401.3

表6 城區(qū)地表徑流污染物入河量表

Table 6 Surface runoff pollutants discharged into river in urban area

徑流污染負荷居住用地公共設施倉儲用地對外交通市政設施綠地合計

BOD5（t/a）160.39 119.60 2.80 0.88 4.40 29.88 317.95

COD（t/a）371.00 338.00 4.80 2.98 16.50 66.40 799.68

總氮（t/a）6.71 24.96 0.30 0.23 0.83 2.16 35.19

氨氮（t/a）3.53 2.91 0.10 0.02 0.44 1.08 8.08

徑流雨水入河污染物量COD為799.68 t/a， BOD5 為317.95為t/a，氨氮為8.08 t/a。

3.3 內源污染物釋放量估算

內源污染主要包括水產(chǎn)養(yǎng)殖污染和河道底泥污染物釋放等項目。首先計算水產(chǎn)養(yǎng)殖污染，據(jù)調查，本研究區(qū)域養(yǎng)殖面積幾乎沒有，因此，這部分污染源項可不計。內源污染計算主要考慮河道底泥污染物釋放。污染嚴重的城區(qū)河流，由于長期的積累，沉積物中氮磷負荷很高，換水后，底泥中的污染物會釋放進入水體，根據(jù)河道底泥監(jiān)測資料分析，確定本區(qū)域河流污染物釋放率。

表7 河道底泥污染物釋放量

Table 7 Emissions of pollution of river bottom sludge

序號河道名稱長度（km）河道斷面COD氨氮

平均底寬（m）底面積

（萬m2）釋放率

（mg/m2·d）釋放量

（kg/ d）釋放率

（mg/m2·d）釋放量

（kg/ d）

1濠田河3.7207.406.750.49950.33750.02498

2魏家沖1.76203.526.750.23760.33750.01188

3保障河1.3101.306.750.087750.33750.00439

4邗溝河1.971.336.650.0884450.39750.00529

5漕河2.4102.4010.650.25561.39750.03354

6玉帶河1.130.3310.650.0351451.39750.00461

7寶帶河1.3050.657.950.0516750.33750.00219

8北城河2.151.0510.650.1118250.39850.00418

9蒿草河4.131.2310.650.1309951.39750.01719

10二道河1.681.287.950.101761.39750.01789

11安墩河1.140.4410.650.046861.39750.00615

12小秦淮河1.940.766.750.05130.33750.00257

13西沙河4.152.056.750.1383750.33750.00692

14響水河1.650.806.750.0540.33750.00270

合計 24.54 1.89083 0.14448

3.4 污染物入河量匯總

各類污染源入河廢水量及污染物量匯總成果見表3-8。揚州市河流污染負荷較大，COD，BOD和氨氮的排放量較多，其中城市生活污水和面源污染是揚州城市河流水體污染物主要來源。由于揚州城市河流水體流動性較差，水環(huán)境的稀釋容量和自凈容量較小，水質目標不變時，水環(huán)境容量較小。因此本河段可通過削減污染物入河量、提高水體流動性以提高水體環(huán)境容量，改善區(qū)域河流水質。鑒于揚州城市河流水體流動性受城市涵閘系統(tǒng)的限制，水體流動性受到一定限制，因此，削減城市生活污水和面源污染才是提高揚州城市河流水體水質的根本措施和途徑。

表8 區(qū)域入河主要污染物匯總表

Table 8 The summary sheet of the main pollutants discharged

污染源種類CODBOD5氨氮

排放量（t/d）負荷比（%）排放量（t/d）負荷比（%）排放量（t/d）負荷比（%）

城區(qū)生活2.5854.11.7266.40.2692.15

面源2.1945.90.8733.60.0227.8

內源0.0019 ----0.0001440.05

合計4.77191002.591000.282144100

4、結論與討論

綜上，得出結論如下：

（1）本文基于易獲取的資料，進行了揚州市城市河流污染物總量估算，所需參數(shù)較少，且易于獲取，可滿足日常的城市河道管理、規(guī)劃和指標分解等工作的應用要求。

（2）城市生活污水和面源污染是城市河流水體污染物主要來源，內源污染源則相對較少。提高水體流動性和削減污染物入河量均可不同程度改善河流水質，但受限于揚州城市河流水體流動性現(xiàn)狀，削減城市生活污水和面源污染才是提高揚州城市河流水體水質的根本措施和途徑。

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