桂林市城區主要污染物入河量估算

黃曉敏，鄒俊波，邵軍榮，徐成劍

(長江勘測規劃設計研究院，湖北武漢 430010)

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桂林市城區主要污染物入河量估算

黃曉敏，鄒俊波，邵軍榮，徐成劍

(長江勘測規劃設計研究院，湖北武漢 430010)

[目的]估算桂林市城區主要污染物入河量。[方法]根據用水量對桂林市城區城鎮污染源包括生活源、工業源、規?；笄蒺B殖源和農業面源(COD和NH3-N)的入河量進行了估算。[結果]城鎮生活源和工業源是桂林市城區主要污染物入河量的主要來源；城鎮生活源和工業源貢獻比例分別為27.6%～31.4%和58.7%～59.7%；桂林市區和其他區縣貢獻比例分別為35.6%～37.1%和62.9%～64.4%；桂江流域貢獻比例最大，為66.8%～68.3%，其次是柳江下游，比例為25.7%～26.8%。[結論]經估算，桂林市城區污染源的COD和NH3-N入河量分別為24 952.57和3 276.31 t/a。

污染物入河量；生活源；工業源；規?；笄蒺B殖源；農業面源；估算；桂林市

污染源調查及污染物入河量分析是水資源保護及水污染防治的重要基礎。由于監測站網覆蓋率有限，對通常規模以下入河排污口的污染物入河量缺乏有效的監測和統計。目前，關于農業面源污染問題的研究也較少，對農業面源污染物入河量與貢獻率尚不清楚。筆者估算了桂林市城區各污染源污染物入河量，評價各污染源對水體污染的影響，旨在為桂林市城區水體污染治理提供科學依據。

1　材料與方法

1.1研究區概況桂林市位于廣西壯族自治區東北部，地處泛珠三角、西南、東盟三大經濟圈的結合部，是溝通國內西南與華南沿海經濟的橋梁，貫通國內與東盟的樞紐，也是廣西東北部地區及桂湘交界地區的政治、經濟、文化、科技中心。

桂林市地處低緯地帶，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫接近19.4 ℃。7、8月最熱，平均氣溫28.5 ℃左右，1、2月最冷，平均氣溫8.3 ℃左右，偶爾降到0 ℃以下，年平均無霜期309 d，年平均降雨量1 974 mm，年平均相對濕度為73%～79%。全年風向以偏北風為主，平均風速為2.2～2.7 m/s，年平均日照時數為1 670 h。桂林市屬紅壤土帶，以紅壤為主，酸堿度為4.5～6.5。

桂林市河流水系發達，全市共有大小河流100余條，流域面積在50 km2以上的河流有35條，其中五大河流的資江與湘江分屬長江流域的資江、湘江水系，桂江、洛清江、潯江屬于珠江流域的西江水系。筆者選取廣西壯族自治區桂林市城區及與城區緊密相關的漓江、洛清江、湘江等部分河段所涉及的興安縣、靈川縣、臨桂區和永?？h為研究區域，估算2013年各污染源污染物入河量，評價各污染源對水體污染的影響。

1.2污染物入河量調查根據污染源特點，將污染源分為點源和面源，其中點源包括城鎮生活源、工業源和規?；笄蒺B殖源，面源包括農村生活源、農業源和散養畜禽養殖源。城鎮生活源主要考慮城鎮居民和服務業。

根據研究區域受納污染物特點，結合國家“十二五”環境總量指標，選擇反映水體有機污染物指標COD和NH3-N作為分析指標[1-2]。

1.3污染物入河量估算方法

1.3.1城鎮生活源。城鎮生活源主要包括城鎮居民生活和服務業兩方面。城鎮生活源污染物入河量是以城鎮人口數量、居民生活及服務業用水量、耗水系數、污水處理率及回用率、污染物濃度及入河系數等參數為基礎估算得出[3]。

城鎮綜合污水產生量計算公式如下：

Q城=W城×(1-k城耗)

(1)

式中，Q城為城鎮生活污水產生量，萬m3/a；W城為城鎮生活用水量，萬m3/a；k城耗為城鎮生活污水耗水系數。

城鎮綜合污水主要污染物的污染負荷計算公式如下：

(2)

式中，i為某種污染物指標；W城生，i為城鎮綜合污水污染物入河量，t/a；W城生直，i為城鎮綜合污水污染物直排量，t/a；θ城生污，i為城鎮綜合污水污染物污水處理廠排放量，t/a；ζ污為城鎮綜合污水處理率；c城生直，i為城鎮綜合污水排放濃度(未進污水處理廠)，mg/L；p城生回為城鎮生活污水回用率；c城生污,i為污水處理廠排放濃度，mg/L；β點入，i為點源污染物入河系數。

1.3.2工業源。工業源包括一般工業和火電工業。由于桂林市城區無火電工業，該研究的工業源為一般工業源。工業源污染物入河量是以工業增加值、用水量、耗水系數、廢水處理率及回用率、污染物濃度及入河系數等參數為基礎估算得出。

工業廢水產生量計算公式如下：

Q工=W工×(1-k工耗)

(3)

式中，Q工為工業廢水產生量，萬m3/a；W工為工業用水量，萬m3/a；k工耗為工業廢水耗水系數。

工業廢水處理包括工企業處理和城鎮污水處理廠處理2種方式。工業廢水的處理率為工企業處理率和城鎮污水處理廠處理部分的總和。工業廢水各個污染物的污染負荷計算公式如下：

(4)

式中，W工，i為工業廢水污染物入河量，t/a；W工直，i為工業廢水污染物直排量，t/a；φ工污，i為工業園區廢水集中處理站污染物排放量，t/a；φ城工污，i為城市污水處理廠處理工業廢水的污染物排放量，t/a；ξ工為工業園區廢水集中處理站收集處理率；c工直，i為工業廢水排放濃度(未處理)，mg/L；c工污，i為工業園區廢水集中處理站處理后排放污染物濃度，mg/L；p回為廢污水回用率；ξ污收為城市污水處理廠工業廢水率；c城生污，i為污水處理廠排放濃度，mg/L；β點入，i為點源污染物入河系數。

1.3.3規?；笄蒺B殖源。規?；笄蒺B殖是指生豬存欄100頭以上，家禽存欄3 000只以上，奶牛、肉牛存欄50頭以上及肉羊年出欄100只以上的養殖場。規?；笄蒺B殖源污染物入河量是以規模化畜禽養殖數量、畜禽用水定額、耗水系數、污染物排放濃度及入河系數等參數為基礎估算得出。

規?；笄蒺B殖污水產生量計算公式如下：

Q規模畜禽=W規模畜禽×(1-k畜禽耗)

(5)

式中，Q規模畜禽為規模畜禽養殖污水產生量，萬m3/a；W規模畜禽為規模畜禽養殖用水量，萬m3/a；k畜禽耗為規模畜禽養殖污水耗水系數。

規?；笄蒺B殖各污染物的污染負荷計算公式如下：

W規模畜禽，i=Q規模畜禽×c規模畜禽，i×10-2×β點入，i

(6)

式中，i為某種污染物指標；W規模畜禽，i為規?；笄蒺B殖污水污染物入河量，t/a；Q規模畜禽為規?；笄蒺B殖污水污染物排放量，t/a；c規模畜禽，i為規?；笄蒺B殖污水污染物排放濃度，mg/L；β點入，i為點源污染物入河系數。

1.3.4農業面源。面源污染是相對于點源污染而言，主要指用于發展農業生產的化肥、農藥、農膜、畜禽糞便等以及農村居民生活排放的生活垃圾、生活污水、人糞尿等隨水流失所造成的污染。晴天蓄積、雨天排放、無固定發生源是農業面源污染的最基本特征。農村生活污染物入河量是以農村人口數量、用水定額、耗水系數、污水處理率、污染物濃度及入河系數等參數為基礎估算得出；散養畜禽污染物入河量是以散養畜禽數量、單位畜禽排污系數及入河系數等參數為基礎估算得出[4]；農田徑流污染物入河量是以耕地面積、單位耕地面積污染物排放系數及入河系數等參數為基礎進行估算。

農村生活污水污染負荷計算公式為

(7)

式中，Q農生為農村生活污水產生量，萬m3/a；W農生為農村生活用水量，萬m3/a；k農耗為農業生活污水耗水系數；W農生，i為農村生活污水污染物入河量，t/a；W農污，i為農村生活用水污染物排放量；β農生入，i為農村生活污水污染物入河系數；ξ農生為農村生活污水污染物削減率；c農生直,i為農村生活污水污染物排放濃度，mg/L。

散養畜禽污染負荷計算公式為

(8)

式中，W畜禽，i為散養畜禽污染物入河量，t/a；W畜禽污，i為散養畜禽污染物排放量，t/a；β面入，i為面源污染物入河系數；N畜禽為散養畜禽頭數(折合豬，折合標準：1頭奶牛折合成10頭豬，1頭肉牛折算成5頭豬，30只蛋雞折算成1頭豬，60只肉雞折算成1頭豬)，萬頭；α畜禽，i為單位散養畜禽污染物排污系數，kg/(頭·a)；ξ畜禽為散養畜禽污染物削減率。

農業面源污染負荷采用排污系數法進行估算，計算公式為

(9)

式中，W農業，i為農田污染物入河量，t/a；W農業污,i為農田污染物排放量，t/a；β面入，i為面源污染物入河系數；ξ農業為化肥使用量削減率；M為耕地面積，hm2；α農業，i為單位耕地面積污染物排放系數，kg/(hm2·a)。

1.4參數設定人口數量、國民經濟各行業主要發展指標采用2013年桂林市社會經濟統計年鑒數據；各行業用水、耗水水平參考2013年桂林市水資源公報數據；各行業污水處理率及排放濃度主要為核定2013年桂林環保局提供資料后取值；廢污水入河系數是根據管網漏失率取值，主要參考2013年桂林市水資源公報數據。

2013年，研究范圍內城鎮人口143.05萬人，城鎮居民和服務業用水量分別為11 231.53和6 986.05萬m3；城鎮居民和服務業耗水率均為25.0%；桂林城區和臨桂區污水處理率分別為91.5%和87.2%，興安縣、靈川縣和永?？h污水處理率為78.0%；城鎮綜合污水COD和NH3-N排放濃度(未進污水處理廠)分別為300和15mg/L；污水處理廠尾水排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級B標準，COD和NH3-N排放濃度分別為60和8mg/L；污水、COD和NH3-N的入河系數均為0.75。

2013年，研究范圍內一般工業增加值約428.94億元，一般工業用水量為23 146.82萬m3；一般工業耗水率為25.0%；桂林城區和臨桂區廢水處理率約85.0%，其中，城區和臨桂區污水處理廠接受工業廢水率分別為15.0%和10.0%；興安縣、靈川縣和永?？h廢水處理率約78.0%，污水處理廠暫未接受工業廢水；工業廢水COD和NH3-N平均排放濃度分別為238.9和16.7mg/L；工業廢水達標處理排放執行《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)一級標準，污水處理廠接受工業廢水達標處理排放執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)一級B標準；污水、COD和NH3-N的入河系數均取0.75。

2013年，研究范圍內規劃化畜禽養殖數量約63.27萬頭(折合豬，折合標準：1頭奶牛折合成10頭豬，1頭肉牛折算成5頭豬，30只蛋雞折算成1頭豬，60只肉雞折算成1頭豬)，規?；笄蒺B殖用水量1 339.28萬m3；參考《畜禽養殖業污染物排放標準》及規模化畜禽養殖場廢污水處理工藝，規模化畜禽養殖污水COD和NH3-N排放濃度分別為150和80mg/L；污水、COD和NH3-N的入河系數均取0.50。

2013年，研究范圍內農村人口92.94萬人，農村生活用水量4 138.21萬m3；農村生活耗水率為85.0%；桂林農村尚未建立污水處理設施，農村生活污水大多分散排放；農村生活污水COD和NH3-N排放濃度(未經處理)分別為150和10mg/L，入河系數取0.25。

2013年，研究范圍內散養畜禽折合豬頭數為15.82萬頭，散養豬COD和NH3-N的排污系數分別為50和10g/(頭·d)，入河系數為0.20。

2013年，研究范圍內灌溉面積87 385.34hm2，農田COD和NH3-N的排污系數分別為150.00和30.00kg/(hm2·a)，入河系數為0.10。

2　結果與分析

2.1城鎮生活源經估算，2013年研究范圍內城鎮生活綜合污水、COD和NH3-N的入河量分別為10 247.39萬m3/a、7 840.51和904.39 t/a(表1、2)。

按城市分區分析，市區生活綜合污水、COD和NH3-N的入河量分別為6 968.04萬m3/a、5 010.02和598.90 t/a，分別占研究范圍城鎮生活綜合污水、COD和NH3-N入河量的68.0%、63.9%和66.2%；其他區縣生活綜合污水、COD和NH3-N的入河量分別為3 279.35萬m3/a、2 830.49和305.49 t/a，分別占研究范圍城鎮生活綜合污水、COD和NH3-N入河量的32.0%、36.1%和33.8%(表1)。

表1　2013年桂林市城區各區縣生活污水及主要污染物入河量

按水資源四級區分析，桂江流域生活污水、COD和NH3-N的入河量分別為8 552.40萬m3/a、6 419.61和748.60 t/a，分別占研究范圍內生活污水、COD和NH3-N的83.5%、81.9%和82.8%，是研究范圍內生活污水及污染物入河量最大的流域，其次是柳江下游，生活污水、COD和NH3-N的入河量分別為1 282.16萬m3/a、1 047.35和116.48 t/a，分別占研究范圍生活污水、COD和NH3-N的12.5%、13.4%和12.9%；湘江和柳江中游生活污水及污染物入河量較小，這2個水資源四級區的生活污水、COD和NH3-N的入河量分別為412.83萬m3/a、373.55和39.32 t/a，分別占研究范圍生活污水、COD和NH3-N的4.0%、4.8%和4.3%(表2)。

表2　2013年桂林市城區各水資源四級區生活污水及主要污染物入河量

2.2工業源經估算，2013年研究范圍內工業廢水、COD和NH3-N入河量分別為13 020.09萬m3/a、14 907.06和1 923.09 t/a(表3、4)。

按城市分區分析，市區工業廢水、COD和NH3-N入河量分別為3 766.83萬m3/a、4 086.56和535.86 t/a，分別占研究范圍工業廢水、COD和NH3-N入河量的28.9%、27.4%和27.9%；其他區縣工業廢水、COD和NH3-N的入河量分別為9 253.26萬m3/a、10 820.50和1 387.23 t/a，分別占研究范圍工業廢水、COD和NH3-N的入河量的71.1%、72.6%和72.1%(表3)。

表3　2013年桂林市城區各區縣工業廢水及主要污染物入河量

按水資源四級區分析，桂江流域工業廢水、COD和NH3-N的入河量分別為8 459.58萬m3/a、9 689.05和1 247.18 t/a，分別占研究范圍工業廢水、COD和NH3-N的65.0%、65.0%和64.9%，是研究范圍內工業廢水及污染物入河量最大的流域，其次是柳江下游，柳江下游工業廢水、COD和NH3-N的入河量分別為3 941.45萬m3/a、4 470.50和581.50 t/a，分別占研究范圍工業廢水、COD和NH3-N的30.3%、30.0%和30.2%(表4)。

表4　2013年桂林市城區各水資源四級區工業廢水及主要污染物入河量

2.3規模化畜禽養殖源經估算，2013年研究范圍規?；笄蒺B殖污水、COD和NH3-N入河量分別為66.96萬m3/a、100.45和53.57t/a(表5、6)。

按城市分區分析，規?；笄蒺B殖污水、COD和NH3-N的入河量分別為7.22萬m3/a、10.83和5.78 t/a，均占研究范圍規?；笄蒺B殖污水、COD和NH3-N入河量的10.8%；其他區縣規?；笄蒺B殖污水、COD和NH3-N的入河量分別為59.74萬m3/a、89.61和47.79 t/a，均占研究范圍規?；笄蒺B殖污水、COD和NH3-N的入河量的89.2%(表5)。

表5　2013年桂林市城區各區縣規模化畜禽養殖污水及主要污染物入河量

按水資源四級區分析，桂江流域規模化畜禽養殖污水、COD和NH3-N的入河量分別為31.56萬m3/a、47.34和25.25 t/a，分別占研究范圍規?；笄蒺B殖污水、COD和NH3-N的47.1%，是研究范圍內規?；笄蒺B殖污水及污染物入河量最大的流域，其次是柳江下游，柳江下游規模化畜禽養殖污水、COD和NH3-N的入河量分別為22.36萬m3/a、33.54和17.89 t/a，分別占研究范圍規?；笄蒺B殖污水、COD和NH3-N的33.4%(表6)。

表6　2013年桂林市城區各水資源四級區規模化畜禽養殖污水及主要污染物入河量

2.4農村面源經計算，2013年研究范圍內農村面源COD和NH3-N入河量分別為2 104.55和395.26 t/a。農村生活、畜禽養殖和農田徑流COD入河量分別為192.38、601.40和1 310.78 t/a，分別占農村面源COD入河量的9.1%、28.6%和62.3%；農村生活、畜禽養殖和農田徑流的NH3-N入河量分別為12.83、120.28和262.16 t/a，分別占農村面源NH3-N入河量的3.2%、30.4%和66.3%(表7、8)。

按城市分區統計，市區農業面源COD和NH3-N入河量分別為148.1和27.1 t/a，分別占研究范圍農業面源COD和NH3-N入河量的7.0%和6.9%；其他區縣農業面源COD和NH3-N入河量分別為1 956.43和368.14 t/a，分別占研究范圍農業面源COD和NH3-N入河量的93.0%和93.1%(表7)。

表7　2013年桂林市城區各區縣農村面源主要污染物入河量

表8　2013年桂林市城區各水資源四級區農村面源主要污染物入河量

按水資源四級區統計，桂江流域農業面源COD和NH3-N入河量分別為892.80和166.70 t/a，分別占研究范圍農業面源COD和NH3-N入河量的42.4%和42.2%，比重最大；其次是柳江下游，農業面源COD和NH3-N的入河量分別為857.80和161.90 t/a，分別占研究范圍農業面源COD和NH3-N入河量的40.8%和41.0%(表8)。

2.5廢污水及主要污染物入河量經估算，2013年研究范圍城鎮生活源、工業源、規?；笄蒺B殖源和農村面源的廢污水、COD和NH3-N入河量分別為23 334.44萬t/a、24 952.57和3 276.31 t/a。

按污染源統計，研究范圍COD和NH3-N入河量以點源為主，點源COD和NH3-N入河量貢獻比例分別為87.9%和91.6%。城鎮生活源、工業源和規?；笄蒺B殖源廢污水入河量分別占點源廢污水入河量的43.9%、55.8%和0.3%；城鎮生活源、工業源、規?；笄蒺B殖源和農業面源NH3-N入河量對研究范圍NH3-N入河量的貢獻比例分別為31.4%、59.7%、0.4%和8.4%；城鎮生活源、工業源、規?；笄蒺B殖源和農業面源COD入河量對研究范圍COD入河量的貢獻比例分別為27.6%、58.7%、1.6%和12.1%(圖1)。

圖1　污染源入河量COD和NH3-N貢獻率Fig.1　The contribution rate of COD and NH3-N into river

按城市分區統計，市區廢污水、COD和NH3-N入河量分別為10 742.09萬t/a、9 255.55和1 167.66 t/a，分別占研究范圍內廢污水、COD和NH3-N入河量的46.0%、37.1%和35.6%；其他區縣廢污水、COD和NH3-N入河量分別為12 592.35萬t/a、15 697.02和2 108.66 t/a，分別占研究范圍廢污水、COD和NH3-N入河量的54.0%、62.9%和64.4%。

按水資源四級區統計，桂江流域廢污水、COD和NH3-N入河量分別為17 043.54萬t/a、17 048.79和2 187.77 t/a，分別占研究范圍廢污水、COD和NH3-N入河量的73.0%、68.3%和66.8%；其次是柳江下游，廢污水、COD和NH3-N入河量分別為5 245.97萬t/a、6 409.14和877.76 t/a，分別占研究范圍廢污水、COD和NH3-N入河量的22.5%、25.7%和26.8%。

3　結論

(1)該研究根據用水量估算了2013年桂林市城區城鎮生活源、工業源、規?；笄蒺B殖源和農業面源的COD和NH3-N入河量。經估算，桂林市城區污染源的COD和NH3-N入河量分別為24 952.57和3 276.31 t/a。

(2)按污染源統計，桂林市城區COD和NH3-N入河量以點源為主，其入河量貢獻比例分別為91.6%和87.9%。城鎮生活源和工業源是桂林市城區COD和NH3-N入河量的主要來源。城鎮生活源和工業源COD入河量貢獻比例分別為31.4%和59.7%；城鎮生活源和工業源NH3-N入河量貢獻比例分別為27.6%和58.7%。

(3)按城市分區統計，市區COD和NH3-N入河量貢獻比例分別為37.1%和35.6%；其他區縣COD和NH3-N入河量貢獻比例分別為62.9%和64.4%。

(4)按水資源四級區統計，桂江流域COD和NH3-N入河量貢獻比例分別為68.3%和66.8%；其次是柳江下游，柳江下游COD和NH3-N入河量貢獻比例分別為25.7%和26.8%。

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Estimation of Major Pollutants into River in Urban Area of Guilin City

HUANG Xiao-min, ZOU Jun-bo, SHAO Jun-rong et al

(Changjiang Institute of Survey, Planning, Design and Research, Wuhan, Hubei 430010)

[Objective] The aim was to estimate the quantity of major pollutants into river in urban area of Guilin City. [Method] According to water consumption, the quantity of COD and NH3-N from urban pollution sources including living source, industrial source, large-scale livestock and poultry breeding source and agricultural surface source into river in urban area of Guilin City were estimated. [Result] The results showed that: urban living and industrial sources are the main sources of the major pollutants into river in the research area; the contribution ratios of urban living and industrial sources are 27.6%-31.4% and 58.7%-59.7%, respectively; the contribution ratios of inner-city and its suburbs are 35.6%-37.1% and 62.9%-64.4%, respectively; the largest contribution ratio is from Guijiang river basin with 66.8%-68.3%; and the second contribution ratio is from the lower reaches of Liujiang river basin with 25.7%-26.8%. [Conclusion] The quantity of COD and NH3-N into river from urban area of Guilin City is estimated as 24 952.57 and 3 276.31 t/a, respectively.

The quantity of pollutants into river; Living source; Industrial source; Large-scale livestock and poultry breeding source; Agricultural surface source; Estimation; Guilin City

黃曉敏(1987- )，女，山東安丘人，工程師，博士，從事水資源研究。

2016-06-03

S 181.3

A

0517-6611(2016)24-038-06