東陽江流域氨氮污染特征分析及水環境容量研究

蒙　媛，施　項，張苗云，周懷中

(1.金華職業技術學院，浙江 金華 321000；2.金華市環境監測中心站，浙江 金華 321000)

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東陽江流域氨氮污染特征分析及水環境容量研究

蒙媛1，施項2，張苗云2，周懷中2

(1.金華職業技術學院，浙江 金華 321000；2.金華市環境監測中心站，浙江 金華 321000)

對東陽江流域的干流及主要支流進行了高密度監測，分析了東陽江流域氨氮污染的特征，并進行東陽江干流氨氮水環境容量的計算。結果表明：東陽江流域的氨氮污染來源有顯著的地域特色，干流枯水期的氨氮濃度要大大高于豐、平水期的濃度，基于WASP7.3模型計算的東陽江氨氮全年平均(50%保證率)和枯水期(90%保證率)的環境容量分別為732.7t/a、1447.7t/a。

氨氮污染；環境容量；WASP；東陽江；浙江

東陽江是浙江省第一大河——錢塘江上游最大的支流，發源于金華的磐安縣，流經金華的磐安縣、東陽市、義烏市、金東區、婺城區、蘭溪市6個縣市，最終匯入蘭江。干流全長194.5km，流域面積6781.6km2，被譽為金華的母親河。隨著流域內經濟的發展，東陽江流域污染日趨嚴重，從2012年金華市環境監測中心站每月1次的監測數據中發現，其最主要的特征污染指標是氨氮。東陽江流域經濟是浙江私營企業經濟的典型代表，流域內有以義烏小商品市場和東陽化工民企為代表的眾多私營企業，其氨氮污染具有鮮明的地域特色。本文以東陽江流域為研究對象，分別對支流和干流進行水質監測，分析其氨氮污染特征，并結合金華市環境監測站的歷史數據測算東陽江干流的水環境容量。

1　東陽江流域的氨氮污染監測與特征分析

1.1監測方法

扣除水質未受污染的發源地磐安縣，監測的范圍從上游的東陽市到下游的金東區，在干流共設置22個斷面，主要支流南江設1個斷面，29條入江小支流和12個入江排污口各設1個斷面，采樣點依次覆蓋東陽市、義烏市、金東區。干流的采樣斷面布設見圖1。監測項目為pH、氨氮、總磷。采樣時間為2013年6—12月，頻次為每周1次。評價標準為《GB3838-2002地表水環境質量標準》。

1.2監測結果分析

1.2.1東陽江流域氨氮污染的沿程變化特征

按東陽江的Ⅲ類水功能區要求評價，干流達標河段長度僅為總河段的33.6%，支流均超過Ⅲ類水要求，支流的污染明顯比干流嚴重。從監測結果分析，研究范圍內干流河段的污染比較集中；沿流向分析，東陽市的下游段、義烏段、金東區的上游段為重污染區。干流氨氮濃度分布如圖2所示。

從圖2中可以看出干流的氨氮濃度沿程分布是先升后降，在義烏的徐村至江灣公路橋達到最高，此處正好處于義烏城郊，之后一路下降。從總體來看，義烏市河段的污染最為嚴重，且中上游地區(廿三里街道、江東街道和義烏城區)的污染要重于下游地區。

通過支流的監測數據和污染源具體調查結果可得出：研究范圍內東陽江流域的氨氮污染具有鮮明的地域特征，可沿流向按東陽市、義烏市、金東區各自的污染類型和污染源特色分別總結。

東陽市的氨氮污染源以大型的企業為主，沿江的各鄉鎮均建有大型化工、制藥或印染企業，工業點源占了很大的比重。其特點是各支流氨氮的濃度很高，但源強較小，污染河段短而集中，如監測的支流中東陽的東溪和西溪氨氮的濃度是最高的。農業面源和居民生活污染源以本地居民為主，外來人口量不大，故對東陽江干流的水質沖擊不大。

以國際小商品市場聞名的義烏市則工業源和生活源均占有較大的比重。義烏境內小規模的私營企業眾多，例如甘三里街道，建有幾個工業園區，工業廢水的排放占了很大一部分，此范圍內的支流后溪、沙溪均是氨氮濃度超標10倍以上。再者，義烏市的外來人口眾多，人口流動大、基數大，居民生活污染源強也非常大，且根據義烏當地的情況，各個鄉鎮都存在大量的小作坊，各種工藝廢水未經處理，也可能混入生活污水一并排放，導致匯入義烏市內河段的各條支流氨氮濃度都異常地高。

金東區河段則可以分成上、下游兩段進行描述：上游的孝順鎮、傅村鎮與義烏接壤，其污染特色類似于義烏，以工業源和生活源為主；下游的澧浦鎮、塘雅鎮是金華市典型的農業鄉鎮，種植業和畜禽養殖業發達，氨氮污染以農業面源為主，很多中小養殖場根本沒有配備污染防治設施，大量有機糞便排泄物未經處理流入支流進入東陽江；此外稻田往往進行超量施肥，據統計其吸收率不到 10%，其余的氮肥均通過徑流進入了東陽江流域。

1.2.2東陽江流域氨氮污染的時間變化特征

對東陽江干流的監測數據按豐、平、枯3個水期進行算術平均值統計分析，6—9月為豐水期，10月為平水期，11—12月為枯水期，如圖3所示。

從圖3中可以看出，東陽江干流枯水期的氨氮濃度要大大高于豐、平水期的濃度，說明東陽江干流的環境容量有限，豐水期水量大，存在明顯的稀釋現象。從水文方面分析，是由于東陽江為山源性河流，海拔落差較平原地區大，所以流量小、流速大，尤其在豐水期、枯水期水量的差異非常明顯，豐水期時水量較大但流失速度很快，而在枯水期時則缺乏水源的補充，導致自身凈化能力不足，污染程度顯著提升。

從圖3中也可看出以義東橋、徐村至江灣公路橋為代表的中上游變化幅度要比以低田橋、嚴店橋為代表的下游大。這也可以證明中、上游的義烏市、東陽市環境容量已達到飽和，一旦水量減少，氨氮濃度將明顯升高，尤其是東陽市以制藥、印染、化工為主的工業點源，其排放的氨氮濃度高且不易降解，在枯水期的時候對流域的貢獻率是非常大的；而下游的金東區以農業面源為主，濃度較低，且有機氮源易降解，相對中上游來講水期的變化幅度就沒有那么明顯。

2　東陽江干流氨氮的水環境容量研究

2.1水質模型及計算方法

選擇一維模型，應用美國國家環保局(USEPA)開發的WASP7.3軟件采用試錯法進行水環境容量的計算，即在一定保證率流量和污染源條件下，首先預測河流中的氨氮濃度，再將預測值與水質目標比較，在其他條件不變的情況下通過削減污染源的排放量，使之達到目標要求，從而確定允許的污染負荷，即為水環境容量[1]。

水質分析模擬程序WASP是一個動態的模型模擬體系，由2個模塊組成：有毒化學物模型TOXI ( The Toxic Chemical Model)和富營養化模型EUTRO ( Eutrophication Model)。分別模擬2類典型的水質問題：①傳統污染物的遷移轉化規律(DO、BOD和富營養化)；②有毒物質遷移轉化規律(有機化學物、金屬、沉積物等)[2]。本次研究的主要污染物為氨氮，選用EUTRO模塊。

2.2WASP模型計算參數的確定

考慮東陽江干流的水文條件及現有的地表水監測站位，將干流共劃分為9段，以簡化模擬計算。其中迎賓大橋和二環東路橋無地表水監測站位，用相鄰的許村和東關橋斷面代替，具體見表1。水質參數的選擇參考胡晞《基于WASP模型的湘江湘潭段水質目標管理研究》[3]，具體見表2。

表1　東陽江段分段信息表

表2　參數結果匯總表[3]

東陽江干流的流量根據2010—2013年每季度流量實測的平均值，枯水期為30.7m3/s，平水期為40.0m3/s，豐水期為65.9m3/s。 污染負荷參考金華市第一次污染源普查報告以及梁溯安《東陽江(流域)水污染物總量控制研究》[4]確定，具體見表3。

表3　東陽江各分段氨氮污染負荷

2.3WASP模型計算結果及分析

選取5月份、7月份、9月份分別代表平水期、豐水期、枯水期，將2012年的氨氮模擬值與地表水站位的實測值進行對比，具體見圖4～圖6。

由圖可知，7月、11月的氨氮模擬濃度與實測值擬合良好，5月份的地表水實測值與模擬值存在較大誤差。分析誤差產生的原因有：①手工監測時為瞬時值，模擬值為月均值，瞬時值不能準確代表月均濃度；②實際采樣時，污染源的匯入波動較大，而模擬計算時，流量變化采用月均輸入，污染物采用年均量計算獲得日均污染量，和實際流量變化及污染物匯入有差別。還發現除義東橋斷面外，模擬濃度普遍比實測濃度小，或與收集到的污染源數據小于實際污染源有關，而東陽段許村—義東橋的污染源數據可能偏大。

以Ⅲ類水質為目標，采用試錯法，削減排入水體的污染負荷，對水環境容量進行模擬計算。結果表明，基于 WASP7.3 模型計算的東陽江年氨氮全年平均(50%保證率)和枯水期(90%保證率)的環境容量分別為732.7t/a、1447.7t/a，具體見表4。

表4　水環境容量模擬計算結果表

3　污染控制對策探討

(1)建立完善的綜合流域整治機制。例如新加坡的新加坡河通過10a的努力，建立了較為完善的水道機構，每個機構各管一段，水道各負其責[5]。

(2)實施流域水環境容量與污染物排放總量相結合的控制策略。例如張健君等在深圳河水污染控制對策中提出的全流域的整治決策系統[6]。

(3)全面推進截污工程。東陽江流域污染嚴重的支流和排污口眾多，通過排污口、小支流的排查和截留可以顯著降低污染負荷。

4　結論

(1)通過對東陽江干流和支流的監測，發現研究范圍內氨氮的污染具有鮮明的地域特征，東陽市的氨氮污染源以大型的企業為主，污染河段短而集中，各支流氨氮的濃度高、源強小；義烏市工業源和生活源均占有較大的比重，且可能存在工藝廢水和生活污水的混合排放；金東區上游類似于義烏市，下游的污染源則以農業面源為主。

(2)東陽江干流枯水期的氨氮濃度要大大高于豐、平水期的濃度，且中上游變化幅度要比下游大。

(3)以Ⅲ類水質為目標，基于WASP7.3模型計算的東陽江年氨氮全年平均(50%保證率)和枯水期(90%保證率)的環境容量分別為732.7t/a、1447.7t/a。

[1]張永祥，蔣源，施同平. 基于WASP7.2河流水質模型的應用研究[J].北京水務,2010(1):32-34.

[2]何孟常，楊居榮.水質模型、生態模型及計算機模型軟件[J].環境科學進展,1999(3):62-68.

[3]胡晞.基于WASP模型的湘江湘潭段水質目標管理研究[D]. 湘潭:湘潭大學化工學院,2013.

[4]梁溯安. 東陽江(流域)水污染物總量控制研究[D].杭州：浙江大學環境與資源學院,2012.

[5]黃迪. 國外著名河流治理模式[J].中國水運,2008(8)：27.

[6]張健君，何厚波，胡嘉東，等. 深圳河水污染控制對策探討[J]. 環境科學研究,2005,18 (5):41-43.

Studies on Ammonia Nitrogen Pollution Characteristics and Water Environment Capacity in the Dongyang River Watershed

MENG Yuan1，SHI Xiang2，ZHANG Miao-yun2，ZHOU Huai-zhong2

(1. Jinhua Environmental Monitoring Station, Jinhua Zhejiang 321000 ,China)

The Ammonia nitrogen(NH3-N)was high-intensity monitored in the main stream and the tributaries of Dongyang River. According to the results，the characteristics of NH3-N concentrations were analyzed in different seasons and sections of Dongyang River. The results showed that the sources of ammonia nitrogen were different in districts. The concentration of NH3-N in low flow season was higher than that of normal flow season and high flow season. The Water Environment Capacity (WEC) of NH3-N was simulated by WASP7.3software.The value of WEC was about 732.7t/a at 50% probability of flow and 1447.7t/a at 90% probability of flow.

ammonia nitrogen pollution; water environment capacity; WASP model; Dongyang River; Zhejiang

2016-03-22

金華市科技計劃項目(2013-03-028)。

蒙媛(1981-)，女，哈尼族，云南普洱人，碩士，講師。

X52

A

1673-9655(2016)05-0027-05