南灣水庫水源地保護區污染源調查評價

任 彧，田潔玫，陳 杰，王海洋

(1.鄭州大學公共管理學院，河南鄭州 450001;2.鄭州大學水利與環境學院，河南鄭州 450001)

飲用水安全直接關系到人民群眾生命健康和社會和諧穩定大局，是全面建設小康社會的重要支撐條件[1]。自2006年水利部先后核準公布三批全國重要飲用水水源地名錄以來，關于水源地污染源的研究日益增多。代堂剛[2]根據云南省污染物排放系數，計算了漁洞水庫總氮(TN)、總磷(TP)及氨氮排放總量；徐文[3]通過調查沙河水庫的主要污染源探討了水源地污染防治措施；陳偉[4]采用等標污染負荷法確定了張家口市點源污染的主要污染源、污染行業及污染區域；廖振良等[5]分別采用異標、等標污染負荷法，對黃浦江上游保護區、中上游地區進入水體的點污染源進行評價。目前關于南灣水庫水源地的研究多從水質及富營養化狀況[6-10]等方面展開，較少涉及影響水質的污染源調查評價。尤賓[11]將南灣水庫上游3個鄉鎮作為研究對象，利用等標污染負荷法對其入河排污口進行評價，指出主要污染源為生活污染，主要污染物為CODCr與氨氮，并在此基礎上提出了水質目標控制與排污總量控制及水源地保護對策。筆者對南灣水庫飲用水水源保護區河南省境內7個鄉鎮進行污染調查研究，采用等標污染負荷法評價各類污染源，識別主要污染源及污染物，并在此基礎上提出相應的防控對策，以期為南灣水庫飲用水水源地建設、水污染治理及水環境保護提供科學依據。

1 研究區概況

南灣水庫位于信陽市西南8 km的浉河干流上，橫跨河南、湖北兩省，涉及9個鄉鎮81個行政村或居委會，流域面積1.24×105hm2，主要水系有浉河支流、沙河支流、譚家河支流與五道河支流等。南灣水庫飲用水水源地河南省境內保護區涉及7個鄉鎮，總面積9.59×104hm2，水源地供水人口48.2萬人，年供水能力4×1010L。其地理位置及保護區范圍見圖1。

2 研究區污染物調查

2.1點源污染調查南灣水庫水源地保護區的點源污染主要包括工業廢水和生活污水污染，通常有固定的排污口集中排放。經調查，保護區點源排污包括工業排污、鄉鎮污水集中排污與規模化養豬廠集中排污。

2.1.1工業污染物排放量。研究區規模以上排污企業為2家位于董家河鎮的豬鬃加工企業，其排污廢水包括生產廢水與生活污水。主要污染物排放量見表1。

2.1.2生活污染物排放量。研究區生活污水集中排放集鎮有3個。主要污染物排放量見表2。

2.1.3規模化養豬點污染負荷量。研究區正常生產的規模化養豬場有341家，其中距離河道200 m以內有158家，主要分布在譚家河鄉和李家寨鎮。主要污染物排放量見表3。

2.2非點源污染調查非點源污染成分復雜、類型多樣，主要包括土壤侵蝕和流失、農村生活污水、化肥農藥污染、畜禽糞便、水體人工養殖、大氣干濕沉降、底泥二次污染、旅游污染等[12-13]。由于研究區內無人工養殖，且底泥二次污染無相關資料，因此僅調查計算其余6種主要非點源污染物負荷量。

2.2.1水土流失導致的污染物負荷量。根據研究區表層土壤的氮、磷含量，流失土壤富集比取1.2，氮污染物進入水體率為10%，磷污染物進入水體率為5%，得到保護區由于水土流失而進入水庫水體的氮、磷污染量，結果見表4。

2.2.2農村生活污染導致的污染物負荷量。依據研究區的社會經濟狀況，COD、TN、TP的排污系數[14-15]分別取9.25、3.15、0.22 g/(d·人)，計算出研究區農村生活污染源污染物排放量，其中，生活污水污染物進入水體率取50%，居民糞尿污染物進入水體率取7.5%，從而得出污染物流入水體總量，結果見表5。

圖1 南灣水庫飲用水水源地保護區位置及范圍Fig.1 Location and range of Nanwan reservoir drinking water source reserve

表1 豬鬃加工企業主要污染物排放量

表2 生活污染主要污染物排放量

注：*河南省地方標準用水定額DB41T 385—2009

Note: Local standard water quota of Henan Province DB41T385-2009

表3 規模化養豬點主要污染物排放量

2.2.3降水污染導致的污染物負荷量。由降水帶入水體的污染負荷可由水面模型計算，計算公式見式(1)：

Mi=P·F·K·Ci

(1)

表4 水土流失導致的污染物流失量

表5 農村生活污染物流入水體量

式中，Mi為污染物i的負荷量；P為流域內年均降水量(mm)；F為水庫水面面積(km2)；K為換算系數(10-3)；Ci為降水中污染物i的濃度(g/m3)。

南灣水庫年平均降水量為1 138.2 mm，降水污染物平均含量：COD 0.675 mg/L，TN 0.253 mg/L，TP 0.004 mg/L。根據水面模型計算得知，由降雨引起的COD污染負荷值為62.22 t/a，氮污染負荷值23.32 t/a，磷污染負荷值0.37 t/a。

2.2.4化肥污染導致的污染物負荷量。根據研究區農業化肥施用情況，結合地形地貌與水系特征，將氮、磷流失量分別定為施肥量的6%、2%，由此計算得出各鄉鎮化肥污染物流入水體量，結果見表6。

表6 化肥污染物流入水體量

2.2.5散養畜禽污染導致的污染物負荷量。參照《全國飲用水水源地環境保護規劃》編制技術大綱以及文獻[16]中的畜禽排泄系數以及糞便中污染物的平均含量，計算得出研究區散養畜禽污染物排放量，根據相應畜禽污染物的進入水體率，可以得出畜禽污染物流失量，結果見表7。

2.2.6規模化養豬(非點)污染導致的污染物負荷量。由于近50%的規模化養豬場距離河道較遠，污染物不直接排入溝渠，屬于非點污染源，且污染物的進入水體率遠比散養畜禽糞便污染物的進入水體率高。根據文獻[17]及實際調查，將糞中污染物COD、TN、TP的進入水體率取值29.55%、10.86%、1.70%，尿液中污染物的進入水體率取37.50%。研究區規模化養豬污染物流失量見表8。

2.2.7旅游污染造成的污染物負荷量。南灣水庫的旅游包括2部分，一是大壩—旅游碼頭—庫內旅游景點觀光，據統計，多年4個季度平均旅游人次分別為3.70萬、20.25萬、21.25萬、4.80萬人，總計50萬人；二是到沿庫生態園、農家樂旅游休閑，實地調查統計這些地方接待的人次基本相當于南灣旅游公司接待的游客，故南灣水庫年內平均接待100萬人次。由于旅游活動帶來的污染主要是游客產生的生活污水，且沿庫旅店、餐館大多臨水而建，污水基本直接排放至水庫，根據生活污染排污系數，按游客平均滯留1 d，旅游污染物的入庫量為COD 70.25 t/a，TN 9.99 t/a，TP 1.84 t/a。

表7 散養畜禽污染物流失量

表8 規模化養豬污染物流失量

3 污染源綜合評價

3.1評價方法采用等標污染負荷比法評價CODCr、TN、TP 3個指標。等標污染負荷是把污染物i的排放量稀釋到相應排放標準時所需的介質量，是各污染源和各污染物的相對污染程度的度量[18]，計算方法見式(2)：

Pi=Ci/C0

(2)

式中，Pi為污染物i的等標排放量(×106m3/a);Ci為污染物i的流失量(t/a);C0為污染物按Ⅲ類地表水標準(GB 3838—2002)系列的閾濃度。CODCr濃度為20 mg/L，TN濃度為1 mg/L，TP濃度為0.2 mg/L。

第j個污染源有n個污染物，其源內的等標排放量為

(3)

某區域有m個污染源，則該地區多年污染排放量為

(4)

該區域第j個污染源的等標污染負荷比為

(5)

該區域污染物i的等標污染負荷比為

(6)

式中，Kj中最大值表示該區域內主要污染源；Ki中最大值表示該地區內的主要污染物。

3.2點源污染評價根據等標污染負荷比法計算出各類點源污染物入庫量、等標污染負荷及負荷比，結果見表9。

由表9可知，研究區點源污染物主要為TN，等標污染負荷比為60.55%，TP次之，等標污染負荷比為27.16%。從污染來源角度分析，研究區點源污染物主要來自于距離河道溝渠200 m以內的158家養豬場，其等標污染負荷比為87.41%，故防控重點為養豬場的污染治理。

表9 各類點源污染物的等標污染負荷

3.3非點源污染評價各類非點源污染物的入庫量、等標污染負荷及負荷比見表10。由表10可知，COD是研究區入庫量最高的非點源污染物，但其等標污染負荷比最小，因此是主要非點源污染物；而TN污染物流失入庫總量高，其等標污染負荷比達69.10%，說明TN是構成南灣水庫水體污染的主要非點源污染物，主要來源為畜禽養殖、化肥污染及水土流失；非點源TP污染物的流失入庫量最少，但其等標污染負荷達24.90%，表明TP是構成南灣水庫水體污染的主要潛在威脅。

表10 各類非點源污染物的等標污染負荷

阮曉紅[12]研究表明，COD的等標污染負荷最大，為NH3-N的6倍左右，這主要是由于COD本身排放量基數大，且其采用的標準為《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)中的一級標準，COD限值僅為NH3-N限值的4倍，而地表水Ⅲ類標準中，COD限值為TN的20倍；尤賓[11]在等標負荷計算中就相對放大了COD的污染程度。綜上，COD在并非是主要的點源污染物，在進行污染物的監控與防治中反而應加大TN和TP的治理力度。

從污染來源角度，畜禽養殖、化肥污染及水土流失污染物的等標污染負荷比分別為40.06%、24.78%、17.55%，累積達82.40%(表10)，故可確定研究區的主要污染源為畜禽養殖、化肥流失及水土流失，其中畜禽養殖為最大污染源。2001—2017年信陽市浉河區尤其是譚家河鄉、浉河港鄉、董家河鎮及李家寨鎮的散養畜禽戶有所增加，規模化養殖廠迅猛發展，這是造成研究區主要污染源評價結果與文獻[12]不一致的主要原因。

對比表9與表10可知，研究區點源污染和非點源污染的污染物流失入庫量分別為824.24、2 017.71 t/a，分別占總入庫量的29.00%、71.00%；等標污染負荷及負荷比分別為264.35×106、1 058.81×106t/a和19.98%、80.02%，這表明非點污染源是南灣水庫飲用水水源地保護區的主要污染源。

3.4污染物空間分布特征由于降水污染源無法按行政區劃統計，工業污染源僅分布于局部地區，且這2部分污染物的等標污染負荷比合計4.08%，污染影響較小，故按行政區劃統計剩余各類污染源的污染物入庫量、等標污染負荷及負荷比，結果見表11、12。

由表11可知，各鄉鎮污染物的流失入庫量及等標污染負荷比從大到小依次為譚家河鄉、李家寨鎮、浉河港鎮、董家河鎮、柳林鄉、十三里橋鄉、南灣辦事處，這主要是由于散養畜禽、規模化養殖大多分布在譚家河鄉、董家河鎮、浉河港鎮及李家寨鎮，且十三里橋、柳林鄉及南灣辦事處的土地面積僅占7個鄉鎮總面積的19.5%，總人口占35.2%，對應的水土流失污染、農村生活污染較輕，加之基本無點污染源分布，故其等標污染負荷較小。

4 討論

(1)畜禽養殖是南灣水庫水源地保護區內的主要支柱產業，但配套的污染處理設施較少，針對畜禽養殖污染，信陽市浉河區政府于2010年通過了《關于劃定畜禽養殖禁養區的通知》(浉政〔2010〕58號)，劃定了入庫河流及環庫周邊的畜禽禁養區，同時還應制定保護區畜牧業發展規劃，研發生態治污技術，提高畜禽養殖污水處理率，引領畜禽養殖場拆遷戶發展茶產業。

表11 主要污染物的空間分布情況

表12 7個鄉鎮點源、非點源污染物等標污染負荷

(2)對于水土流失導致的污染，應建立特色生態保護區，對水源地保護區周邊濕地、環庫岸生態和植被進行修復和保護，同時合理規劃土地利用類型，提高森林覆蓋率，營造水源地良性生態系統，完善生態補償機制。

(3)針對化肥污染，應大力推廣“測土施肥”，根據土壤特性，調整肥料結構，采取“適氮、適磷、增鉀”的施肥技術，并與有機肥搭配使用。

(4)農村生活污染雖然不是保護區主要污染源，但仍不可忽視，各鄉鎮應不斷完善污水收集和處理系統，統籌安排建設鄉鎮污水集中處理設施及配套管網，提高區域內鄉鎮污水的收集率和處理率。

5 結論

(1)南灣水庫水源地保護區的污染源以非點源為主，其污染物排放量為點源污染物排放量的近2.5倍。非點源污染中以畜禽養殖、化肥污染和水土流失污染物排放入庫量最多，等標污染負荷最大；點源污染中以規模化養豬點污染物排放入庫量最多，等標污染負荷最大。

(2)保護區內COD污染物入庫量分別是TN、TP的2、28倍，其等標污染負荷僅為TN、TP的1/9、1/4，TN為保護區內的主要污染物，TP的相對污染程度最大。各類污染均主要分布在譚家河鄉、李家寨鎮、浉河港鎮及董家河鎮4個鄉鎮。

(3)針對污染源的特征及分布情況，建議保護區尤其在南灣水庫上游譚家河鄉、浉河港鎮及董家河鎮3個鄉鎮劃定畜禽禁養區，提高污水處理率，推廣測土施肥，建立特色生態保護區，完善鄉鎮污水收集與處理系統。

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