長江南京段污染源對飲用水源地的影響及對策

沈　樂,杜　勇

(江蘇省水文水資源勘測局南京分局,江蘇 南京　210008)

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長江南京段污染源對飲用水源地的影響及對策

沈樂,杜勇

(江蘇省水文水資源勘測局南京分局,江蘇 南京210008)

摘要：調查長江南京段入江排污口分布及污染物排放量,評價飲用水源地水環境質量,利用二維穩態模型分析各排污口對飲用水源地、沿江各水廠取水水質及其保護區水質的影響。結果表明:6個飲用水水源地水功能區水質類別以Ⅲ～Ⅳ類為主;現狀排污口排污造成4個飲用水源地上游、下游交界斷面COD和氨氮指標超標,且以氨氮超標為主;長江南京段10個水廠取水口水質受排污口排污影響。提出優化整合排污口、完善入河排污口審批制度、建立入河排污口登記制度、貫徹最嚴格的水資源管理制度等措施,確保長江南京段飲用水源地水安全。

關鍵詞：水污染;水安全;二維穩態模型;長江南京段

近年來,隨著南京市城市建設規模的擴大、經濟的高速發展及人口的快速增長,工業廢水和生活污水排放量大幅度增加,而水環境保護措施落實不到位,特別是污水處理設施滯后于污水排放量的增長,許多未經處理的污水直接或間接排入長江,造成水污染日趨嚴重,環境質量下降,制約了經濟社會的持續、協調、穩定發展。確保長江南京段水環境質量,做好水源地范圍內入河排污口的整合,對全市人民的飲用水安全具有重要意義。工業及生活污、廢水不達標排放,水資源開發利用布局不盡合理,開發利用及保護不協調,水域保護目標未嚴格執行,入河排污口管理不規范(位置、排污量及日常監督)等都給飲用水安全帶來隱患。

長江南京段沿江分布著南京市主要水廠的取水口和各類企業取排水口,分布位置犬牙交錯[1],且存在威脅水源地水質安全的污染源[2-4]。有必要掌握沿江取、排水口的取排現狀和分析排污口排污所產生的影響,以便開展長江南京段現有取、排水口整合工作。

根據長江南京段沿江排污口分布及污染物排放量調查結果,結合長江南京段水功能區現狀,利用二維穩態模型分析排污口對飲用水源地、沿江各水廠取水水質及其保護區水質的影響,剖析長江南京段入江排污口現存問題,并提出控污措施。

1長江南京段水系及飲用水源地概況

長江南京段自安徽省東部入南京境內,橫貫南京市的河段長約97 km,下接鎮揚河段。北岸上起浦口區駟馬山河口,經浦口、六合,迄六合大河口,長約93 km;南岸上起江寧區和尚港,經江寧、雨花臺、建鄴、鼓樓、下關、棲霞6個區,迄棲霞大道河口,長約98 km。北岸有駟馬山河、石磧河、高旺河、城南河、七里橋河、朱家山河、馬汊河、滁河等;南岸有銅井河、牧龍河、江寧河、板橋河、秦淮新河、秦淮河、金川河、西十里長溝、東十里長溝、九鄉河、七鄉河等。

長江南京段是南京市的主要取水水源,分布著該市六大主要飲用水水源地、11個水廠取水口。6個飲用水水源地,包括長江南京浦口飲用水水源、漁業用水區(左岸),長江南京大廠揚子飲用水水源區(左岸),長江南京夾江飲用水水源、漁業用水區(右岸),長江南京上元門—燕子磯飲用水水源、漁業用水區(右岸),長江南京龍潭飲用水水源、工業用水區(右岸)，八卦洲(左汊)上壩飲用水水源地。其中長江南京上元門—燕子磯飲用水水源、漁業用水區分布有大橋水廠、上元門水廠、城北水廠取水口;長江南京龍潭飲用水水源、工業用水區暫無水廠取水口,但規劃為龍潭水廠取水口;長江南京浦口飲用水水源、漁業用水區(左岸)分布有江浦水廠、浦口水廠取水口;長江南京大廠揚子飲用水水源區(左岸)分布有揚子水廠取水口;八卦洲左汊上壩水源地分布有遠古水業取水口。城南水廠、北河口水廠、遠古水業、上元門水廠、浦口水廠、城北水廠取水口,承擔著該市及郊區集中式供水總量的80%[5-6],是該市非常重要的飲用水源，見圖1。

圖1　長江南京段水廠取水口分布示意圖

水功能區名稱水功能區水質類別所占比例/%Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類Ⅳ類Ⅴ類>Ⅴ類長江南京浦口飲用水水源、漁業用水區(左岸)2.814.248.129.22.80.0長江南京大廠揚子飲用水水源區(左岸)0.02.59.836.629.322.0長江南京夾江飲用水水源、漁業用水區(右岸)0.017.057.518.96.60長江南京上元門—燕子磯飲用水水源、漁業用水區(右岸)0.05.748.134.911.30長江南京龍潭飲用水水源、工業用水區(右岸)0.023.356.718.31.70八卦洲(左汊)上壩飲用水源地0.917.048.131.12.80

2飲用水水源地水環境質量

根據國家質量監督總局與國家環境保護總局聯合發布的GB 3838—2002《地表水環境質量標準》[7]和《江蘇省地表水(環境)功能區劃》[8](長江南京段水功能區2010年水質目標為Ⅱ類),對長江南京段飲用水水源地2005年1月至2009年12月的水功能區逐年水質數據進行評價,分析得出長江主要飲用水水源地逐年水質類別情況,見表1。由表1可知:6個飲用水水源地水功能區水質以Ⅲ～Ⅳ類為主,達到Ⅱ類水質目標測次在2.5%～23.3%之間;長江南京浦口飲用水水源、漁業用水區(左岸)、長江南京夾江飲用水水源、漁業用水區(右岸)、長江南京上元門—燕子磯飲用水水源、漁業用水區(右岸)、長江南京龍潭飲用水水源、工業用水區(右岸)、八卦洲(左汊)上壩飲用水源地2005年1月至2009年12月總體水質評價類別以Ⅲ類、Ⅳ類為主,長江南京大廠揚子飲用水水源區(左岸)以Ⅳ類、Ⅴ類、劣于Ⅴ類為主。

3排污口對飲用水水源供水影響分析

沿線污染物的大量排放造成了長江南京段水功能區水環境質量的惡化[9]。長江南京段沿江分布著南京市各類工業企業、雨污泵站排污口和沿江污水處理廠排水口,它們是長江南京段水體的重要污染源。受污染的通江河道入江后也會增加長江南京段的污染負荷[2]。根據資料統計,南京市共有1600多家排污企業和單位,其中很多排污企業和單位不直接向長江排污,而是先通過城市內河再進入長江[4]。

根據調查結果,長江南京段飲用水水源地排污口共115個,主要由4類組成:①工業源;②經沿江雨污泵站收集的雨水、農村生活污染源及農業污染源;③經城鎮管網進入污水處理廠的生活污染源或生活污染源與工業污染源的混合污染源;④沿江一級支流。

根據長江南京段各排污口位置分布及污染物排放量調查結果,采用長江二維穩態模型公式,預測各污染源(泵站、污水處理廠排口、工業企業排污口、長江一級支流)排污對飲用水水源區及重點保護目標(功能區內的水廠取水口)的影響。

長江二維穩態模型:

式中:K為污染物降解系數，1/d；x為縱向距離，m；y為橫向距離；u為流速，m/s；c0為背景濃度，mg/L；cp為污染物排放濃度，mg/L；Qp為污染物的排放量，m3/s；H為水深，m；Ey為橫向擴散系數，m2/s；B為河寬，m；C(x，y)為污染源縱向距離x、橫向距離y處水體污染物濃度。

根據大通站多年實測最小月平均流量系列,經頻率分析計算得90%保證率最小月平均流量為7 580 m3/s,應用一維水量模型進行設計水文條件的計算,一維模型的上邊界為大通站,下邊界為青龍港和瀏河,一維模型的計算結果作為二維模型的設計水文條件。

利用長江大通站2009年1月2—5日(大潮)和2月4—7日(小潮) 每天2:00、8:00、14:00和20:00四次的實測高低潮位資料進行模型率定。各江段的糙率如下:馬鞍山—南京為0.025 4,南京—鎮江為0.020 4。

為了考察二維水質耦合模型的可靠性、單元概化處理的合適性、模型參數選擇的適當性，并考慮滿足水質的要求,應用枯水期水文資料、流速監測資料及衛星圖片對二維水流水質耦合模型進行了率定驗證。由水利部南京水文水資源研究所應用分辨率為10 m的法國SPOT衛星1998年1月11日南京江段圖像資料,對江面水質進行多波段最大似然法分類確定的污染帶分析。衛星圖片分析結果與二維數模模擬成果比較接近。采用實測資料率定得長江南京段高錳酸鹽指數和氨氮綜合降解系數見表2。

表2　長江二維水質模型參數值

表3　污染源對各飲用水源區的影響

3.1對飲用水水源區的影響

根據長江南京段排污口調查結果,飲用水水源區受排污口排污影響,勢必影響飲用水水源區的供水安全。區域概化排污口的污染物排放后會在水體中形成污染帶,同時污染物質在輸運過程中會發生降解與衰減。根據長江二維穩態模型公式，分析計算江段各概化排污口超標排放的污染物擴散到相鄰功能區交界斷面時的COD和氨氮水質濃度值以及相應超標率。表3給出了現狀情況下以各個功能區為單位,分析計算江段各概化排污口超標排放的污染物擴散到相鄰功能區交界斷面時的COD和氨氮水質濃度值以及相應超標率。

由表3可知,長江南京上元門—燕子磯飲用水水源、漁業用水區和八卦洲左汊上壩水源地水質未超標。現狀排污口排污造成長江南京浦口飲用水水源、漁業用水區(左岸)等4個飲用水水源地無法達到Ⅱ類水質目標,飲用水水源地供水安全受到威脅。

分析發現,長江南京浦口飲用水水源、漁業用水區(左岸)等4個飲用水水源地上游、下游交界斷面COD和氨氮指標超標,且以氨氮超標為主;其中長江南京浦口飲用水水源、漁業用水區(左岸)上下游交界斷面COD和氨氮指標均超標,長江南京大廠揚子飲用水水源區(左岸)和長江南京龍潭飲用水水源、工業用水區下游交界斷面氨氮指標超標,長江南京夾江飲用水水源、漁業用水區(右岸)上下游交界斷面氨氮指標均超標。

3.2對水廠取水口及其保護區的影響

長江南京段共分布11個水廠取水口。經調查,在取水口上下游分布著不同排放強度的排污口。根據《江蘇省水環境功能區劃》,水廠取水口所在飲用水源地2010年和2020年水質目標均為Ⅱ類,結合GB 3838—2002《地表水環境質量標準》,計算各概化排污口到達取水口的污染物超標率。通過排污口污染物濃度、排放量和距離，計算分析現狀情況下對各水廠取水口產生影響的排污口在水廠取水口斷面的污染物濃度影響程度以及污染負荷,見表4。

由表4可以看出,現狀情況下排汛口污染物對遠古水廠取水口不產生影響;對江浦水廠取水口產生影響的排污口有6個,其COD的貢獻為24.35 t/a,氨氮的貢獻為12.88 t/a;對浦口水廠取水口產生影響的排污口有1個,其COD的貢獻為21.07 t/a,氨氮的貢獻為4.29 t/a;對揚子水廠取水口產生影響的排污口有5個,其COD的貢獻為0,氨氮的貢獻為17.16 t/a;對江寧水廠取水口產生影響的排污口有3個,其COD的貢獻為35.56 t/a,氨氮的貢獻為3.24 t/a;對城南水廠取水口產生影響的排污口有3個,其COD的貢獻為14.33 t/a,氨氮的貢獻為0.55 t/a;對北河口水廠取水口產生影響的排污口有4個,其COD的貢獻為10.02 t/a,氨氮的貢獻為26.55 t/a;對大橋水廠取水口產生影響的排污口有1個,其COD的貢獻為243.22 t/a,氨氮的貢獻為67.94 t/a;對上元門水廠取水口產生影響的排污口有1個,其COD的貢獻為101.18 t/a,氨氮的貢獻為38.72 t/a;對城北水廠取水口產生影響的排污口有1個,其COD的貢獻為0,氨氮的貢獻為0.61 t/a;對龍潭水廠取水口產生影響的排污口有3個,其COD的貢獻為101.37 t/a,氨氮的貢獻為16.12 t/a。綜上所述,各排污口的排污使水廠取水口水質受到污染,取水安全受到威脅,提高了水處理成本。

表4　現狀情況下污染物對各水廠取水口水質影響計算結果

4控污對策及建議

a. 合理規劃,優化整合排污口。長江南京段入河排污口的規劃應按照水功能區確定的水質保護目標,對入河排污口進行合理整合。將頭關泵站、壽代泵站合并成一個泵站,遷移到秦淮新河河口;拆除解放閘泵站,該地區排水納入黑橋泵站;紅旗泵站、黑橋泵站、中保泵站污水截流后入管網,進入江心洲污水處理廠處理達標后集中排放;城南污水處理廠建議提高污水處理效率,進一步提高出水水質;金川河實施截污、雨污分流、生態引水工程,降低污染物排放;聯合泵站排水轉向排放,排水延伸至下游區域2.0 km后進行排放;提高中石化金陵分公司煉油廠、化肥廠、發電廠生產工藝水平,減少污水排放,排放后的污水進入污水管網至污水處理廠處理后達標排放;加強對九鄉河的綜合整治規劃,開展雨污分流,提高九鄉河排水水質;提高努而成化工廠生產工藝,降低污染物排放量,污廢水集中進入浦口地區污水管網處理;對新民排澇站、圩管排澇站、外灘排澇站以及壩子窯泵站實施雨污分流,村鎮生活污水進入管網,雨水通過泵站排放;實施七里河排污企業綜合整治,限制河道排污總量,關停并轉各類重污染企業,降低河道污染物濃度。

b. 建立入河排污口登記制度,實施信息化管理。加強入河排污口監督管理，從普查登記入手,以水功能區為單元開展普查登記,建立入河排污口管理檔案。入河排污口管理應通過調查、登記建檔,對不符合要求的,結合實際情況分期分批進行規范整改,使之符合長江南京段水資源保護管理規范。水行政主管部門利用現代化管理手段對排污口實施監督管理,建立入河排污口信息管理系統,全面掌握入河排污口分布及排污現狀,為準確核定水域納污能力,提出限制排污總量意見,為水資源管理打下良好基礎。

c. 完善入河排污口審批制度。新建、改建、擴建入河排污口的審批,是《中華人民共和國水法》設立的行政許可事項。入河排污口的設置與變更必須符合綜合規劃及水資源保護規劃、水功能區劃,使污廢水排放符合國家標準或地方標準;符合水功能區水質管理目標及污染物總量控制管理目標。對重要水功能區水質或水生態安全產生重大影響的入河排污口申請單位,需編制入河排污口設置論證報告并專題審查,嚴格排污權管理。

d. 貫徹最嚴格的水資源管理制度。由于南京市各大主要水廠都以長江作為取水水源,為了確保城市供水,水行政主管部門應結合最嚴格的水資源管理制度,明確水資源開發利用紅線,嚴格實行用水總量控制;明確水功能區限制納污紅線,嚴格控制入河排污總量;明確用水效率控制紅線,堅決遏制用水浪費。在保障相關企業正常取水量的同時,還要做好入江排污總量控制和用水效率控制,確保長江南京段水源質量安全,向社會提供優質化的水源。

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Influences of pollution sources in Nanjing reach of Yangtze River on drinking water sources and countermeasures/

SHEN Le, DU Yong

(Nanjing Branch of Hydrology and Water Resources Investigation Bureau of Jiangsu Province, Nanjing 210008, China)

Abstract:The drainage outlets and pollutant emissions in Nanjing reach of Yangtze River are investigated, and the water quality of drinking water sources is evaluated. The influences of the drainage outlets on drinking water sources, water quality of intakes along the river and water quality in the protected areas are analyzed by means of the two-dimensional steady state model. The results show that the water quality of six drinking water sources in the functional areas is between Ⅲ to Ⅳ. The COD and NH3-N of upstream-downstream junction section of four drinking water sources both exceed the standard, especially the latter. The water quality of ten water intakes is affected. The optimization and integration of drainage outlets, improvement of the approval system for the drainage outlets, establishment of the registration system of the drainage outlets and implementation of the most stringent water resources management system are proposed to ensure the water safety of drinking water sources in Nanjing reach of Yangtze River.

Key words:water pollution; water security; two-dimensional steady state model; Nanjing reach of Yangtze River

(收稿日期：2015-06-23編輯：方宇彤)

中圖分類號：X52;X26

文獻標識碼：A

文章編號：1003-9511(2016)02-0056-04

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2016.02.013

作者簡介：沈樂(1983—),女,江蘇宿遷人,工程師,碩士,主要從事水環境與水資源研究。E-mail:shsh_628@163.com