蘇州市某河網(wǎng)區(qū)水污染負(fù)荷研究分析

周曼 王晉虎 蓋園春 古向前 遲茜

摘要：通過(guò)對(duì)蘇州市某河網(wǎng)區(qū)上游來(lái)水、生活污水、降雨徑流及河道底泥的污染現(xiàn)狀調(diào)查和分析，研究各污染源對(duì)水體污染的影響。結(jié)果表明：上游來(lái)水與降雨徑流產(chǎn)生的污染負(fù)荷高，污染貢獻(xiàn)突出;降雨徑流對(duì)COD污染超標(biāo)貢獻(xiàn)約占70%;上游來(lái)水對(duì)氨氮的污染超標(biāo)貢獻(xiàn)最大，約占98%;河道排口污染的水量雖小（約占總水量1.4%），卻是TN和TP污染的唯一來(lái)源，對(duì)COD的污染超標(biāo)部分貢獻(xiàn)占比可達(dá)30%;河道底泥淤積、內(nèi)源污染嚴(yán)重，影響河道水質(zhì)。研究結(jié)果可為蘇州河網(wǎng)區(qū)河道水質(zhì)提升工作提供參考。

關(guān)鍵詞：河網(wǎng)區(qū);污染源分析;污水排口;降雨徑流;蘇州

中圖分類號(hào)：X522 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）12-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.088

Research and analysis of water pollution load in a river network area in Suzhou City

Zhou Man，Wang Jinhu，Gai Yuanchun，Gu Xiangqian，Chi Qian

（Tsinghua Suzhou Environmental Innovation Research Institute，Suzhou Jiangsu 215000，China）

Abstract：This research discusses different influences among several water pollution sources to river water quality， by investigating and analyzing the pollution status of upstream water， domestic sewage， rainfall runoff and river sediment in a river network area of Suzhou City.Results show that the pollution load generated by upstream water and rainfall runoff is high，and the pollution contribution is outstanding; the contribution rate of rainfall runoff to COD pollution is about 70%;the upstream water has the largest contribution to the pollution of ammonia nitrogen， accounting for about 98%.Although the amount of domestic sewage from pipe outlet is small （ about 1.4% of the total amount of water ） ， it is the only source of TN and TP， which accounts for about 30% of the over-standard part of COD pollution; besides， internal pollution from sediment deposition also affects water quality. The above results provide references for river water quality improvement in river network area of Suzhou.

Key words：River network area;Pollution source analysis;Discharging ports;Rainfall runoff;Suzhou

1 研究背景

蘇州位于江蘇省東南部，河網(wǎng)交織，是國(guó)家歷史文化名城和風(fēng)景旅游城市。城市河網(wǎng)作為居民生活污水、工業(yè)廢水和地表徑流排放的主要載體，極易受到污染[1-3]。研究區(qū)域水質(zhì)問(wèn)題突出，特別是COD、NH3-N、TP指標(biāo)不能穩(wěn)定達(dá)到水質(zhì)現(xiàn)行要求。目前，關(guān)于地表水的研究大都集中在大江大河、湖泊，而對(duì)于人口集中、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市水體污染源的系統(tǒng)分析較少。河網(wǎng)水體污染來(lái)源復(fù)雜，往往受到城市建設(shè)規(guī)劃、土地利用類型、生產(chǎn)生活方式等多種因素的綜合影響[4-7]。近年來(lái)，蘇州市積極推進(jìn)河流污染治理工程，水環(huán)境形勢(shì)發(fā)生較大改觀，但仍存在水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象反復(fù)、久治不愈的問(wèn)題。因此，為進(jìn)一步提升區(qū)域水污染治理效果，做到有的放矢、精準(zhǔn)施測(cè)，科學(xué)、系統(tǒng)的污染源分析十分必要。筆者以蘇州市某河網(wǎng)區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)對(duì)水環(huán)境污染源的系統(tǒng)識(shí)別，定量評(píng)估污染來(lái)源的排污特征與負(fù)荷計(jì)算，研究分析區(qū)域各污染源對(duì)水體污染的影響，旨在為地方開(kāi)展水環(huán)境治理工作與管理提供更有效的科學(xué)依據(jù)。

2 研究方法

2.1 確認(rèn)污染源對(duì)象

水環(huán)境污染源對(duì)象考慮的是受納水體接收雨水和污水的途徑。通過(guò)對(duì)區(qū)域河道水體及污染源的調(diào)研，明確研究區(qū)域水體的主要污染源類型是上游來(lái)水污染、城鎮(zhèn)生活污水直排污染、城鎮(zhèn)降雨徑流污染及底泥釋放污染。

2.2 污染數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)源主要包括兩方面：一是通過(guò)對(duì)相關(guān)部門的走訪與調(diào)研，收集污染源普查資料、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、排口排查等資料信息進(jìn)行匯總;二是通過(guò)對(duì)周期性補(bǔ)充監(jiān)測(cè)，獲取污染負(fù)荷計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.3 污染源負(fù)荷計(jì)算方法

2.3.1 上游來(lái)水污染負(fù)荷計(jì)算方法

式中，W客水為上游來(lái)水污染負(fù)荷量，t/a;Ci為區(qū)域入境河道i的水質(zhì)濃度，mg/L;Qi為區(qū)域入境河道i的水量，m3/s。

2.3.2 城鄉(xiāng)生活污水直排污染負(fù)荷計(jì)算方法

式中，W城鎮(zhèn)生活為城鎮(zhèn)生活污水直排污染負(fù)荷量，t/a;N城為城鎮(zhèn)居民常住人口，萬(wàn)人;F城為城鎮(zhèn)居民生活污染物排放系數(shù)，克/人·天;R城為研究區(qū)域城鎮(zhèn)生活的污水接管率/污水收集率，%;α1為城鎮(zhèn)生活污染物入河系數(shù)（取值范圍為0.75～0.95）。

2.3.3 城鎮(zhèn)降雨徑流污染負(fù)荷計(jì)算方法

式中，W降雨為城鎮(zhèn)降雨徑流污染負(fù)荷量，t/a;EMCik為匯水區(qū)k范圍內(nèi)下墊面類型i的場(chǎng)次降雨徑流平均濃度，mg/L;Q為年降雨量，mm;Si為匯水區(qū)k范圍內(nèi)下墊面類型i的面積，m2;α8ik為匯水區(qū)k范圍內(nèi)下墊面類型i的降雨徑流系數(shù);k為研究區(qū)范圍內(nèi)匯水區(qū)個(gè)數(shù);i為典型下墊面類型個(gè)數(shù)。

2.3.4 底泥釋放污染負(fù)荷計(jì)算方法

式中，W底泥為按表面積法計(jì)算得到的釋放量，kg/a;S為河道底泥表面積，m2;R為底泥釋放速率，mg/m2·d，根據(jù)清淤情況由試驗(yàn)得到釋放速率;t為釋放時(shí)間，d。

3 結(jié)果與討論

3.1 河道各類污染負(fù)荷的計(jì)算

3.1.1 上游來(lái)水負(fù)荷分析

研究區(qū)域主要上游來(lái)水?dāng)嗝婀?個(gè)，通過(guò)補(bǔ)充資料收集與補(bǔ)充監(jiān)測(cè)等方式得到各個(gè)斷面的平均流量和水質(zhì)數(shù)據(jù)。若不考慮全年內(nèi)各個(gè)斷面的水質(zhì)水量變化，可估算全年由各個(gè)斷面輸入到區(qū)域河道的總水量和污染負(fù)荷量，結(jié)果見(jiàn)表1。

3.1.2 城鄉(xiāng)生活污水直排污染負(fù)荷分析

根據(jù)河道水量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合河道排口排查情況、河道兩側(cè)用地類型及管網(wǎng)建設(shè)等調(diào)研情況，統(tǒng)計(jì)得到區(qū)域污水排入量為13 400m3/d。由此可得，研究區(qū)域排口污染的負(fù)荷量為COD1 490kg/d，NH3-N 332 kg/d，TP 75 kg/d，TN 401 kg/d。

3.1.3 城鎮(zhèn)降雨徑流污染

結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)資料，區(qū)域徑流系數(shù)、徑流污染濃度的參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表2。

根據(jù)降雨徑流水量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)，計(jì)算得到區(qū)域的徑流污染負(fù)荷，結(jié)果見(jiàn)表3。

3.1.4 底泥釋放污染

根據(jù)區(qū)域河道的整體分布、形態(tài)與地貌特征，河流水位、流量等水文數(shù)據(jù)，以及河道清淤工程實(shí)施情況，本研究確定了3個(gè)底泥采樣點(diǎn)，分別為大士庵河（5年以上未清淤）、北褲子浜（已清淤3年）及南北中心河（已清淤1年）。通過(guò)連續(xù)5天的底泥釋放實(shí)驗(yàn)，計(jì)算得到底泥中不同營(yíng)養(yǎng)鹽的平均釋放速率如下：NH3-N為388 mg/m2·d，TP為2.67 mg/m2·d，TN為223 kg/m2·d。結(jié)合河道水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，河道形狀測(cè)量數(shù)據(jù)等，計(jì)算得到研究區(qū)域底泥釋放污染物入河量，NH3-N為62.41 t/a，TP為0.43 t/a，TN為35.87 t/a。

綜上，研究區(qū)域各類污染源總污染負(fù)荷量為COD 6 387t/a，NH3-N 1 225 t/a，TP 65 t/a，TN 2 169 t/a。

3.2 區(qū)域河道各類污染源分析

3.2.1 河道全年污染源污染負(fù)荷分析

各類污染源全年的污染負(fù)荷與占比見(jiàn)圖1。結(jié)果表明：上游來(lái)水給區(qū)域帶來(lái)的污染負(fù)荷最大，其次為降雨徑流和排口污水排放帶來(lái)的污染。在區(qū)域水質(zhì)提升工作中應(yīng)重點(diǎn)針對(duì)上游來(lái)水與地表降雨徑流采取治理措施，才能有效提升水環(huán)境質(zhì)量。從水質(zhì)達(dá)標(biāo)（地表V類水）的角度進(jìn)行考慮，還可統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)污染負(fù)荷中超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的部分，并將此“超標(biāo)量”做進(jìn)一步比較，可更清晰地看出不同污染源對(duì)超標(biāo)污染物的貢獻(xiàn)情況。由此計(jì)算得到不同來(lái)源污染物“超標(biāo)量”的占比情況見(jiàn)圖2。由于地表水TN濃度一般無(wú)河道考核標(biāo)準(zhǔn)，此處暫將10 mg/L視為TN的目標(biāo)濃度。

由上可得，河道排口污染的水量雖小（約占總水量1.4%），但其污染負(fù)荷不容忽視，特別是對(duì)TN、TP，排口污染為唯一水質(zhì)超標(biāo)的污染來(lái)源;降雨徑流對(duì)COD的污染超標(biāo)部分貢獻(xiàn)最大，約占70%;排口污染對(duì)COD的污染超標(biāo)部分同樣不容忽視，約占30%;氨氮超標(biāo)最為嚴(yán)重，且上游來(lái)水對(duì)氨氮的污染超標(biāo)部分貢獻(xiàn)大（約98%）。

3.2.2 河道旱季、雨季各類污染源污染負(fù)荷分析

研究區(qū)域氣候特征，全市多年平均降水量偏高，近1 381.2 mm，降雨徑流對(duì)水環(huán)境的影響不容忽視。根據(jù)區(qū)域雨量站2018年8月1日～10月31日92天期間的逐日降雨量數(shù)據(jù)，設(shè)定上游來(lái)水、污水排入及底泥釋放不隨降雨條件影響的前提下，計(jì)算降雨日與非降雨日，即旱季、雨季污染負(fù)荷結(jié)果及比例，具體見(jiàn)圖3和圖4。由上可得，降雨徑流對(duì)COD、TP、TN影響較為明顯，分別全流域污染負(fù)荷的6.87%、1.89%、1.34%，NH3-N影響最弱，僅占0.38%。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)的主要污染源包括上游來(lái)水污染、城鎮(zhèn)生活污水直排污染、城鎮(zhèn)降雨徑流污染及底泥釋放污染。其中，上游來(lái)水與降雨徑流產(chǎn)生的污染負(fù)荷較高，污染貢獻(xiàn)突出。降雨徑流對(duì)COD的污染超標(biāo)部分貢獻(xiàn)約占70%;上游來(lái)水對(duì)氨氮的污染超標(biāo)部分貢獻(xiàn)大（約98%）。（2）研究區(qū)域存在雨、污管網(wǎng)存在錯(cuò)接、漏接和混接等問(wèn)題，造成污水直排進(jìn)入河道。河道排口污染的水量雖小（約占總水量1.4%），但其污染負(fù)荷不容忽視，特別是對(duì)TN、TP，排口污染為唯一水質(zhì)超標(biāo)的污染來(lái)源，對(duì)COD的污染超標(biāo)部分貢獻(xiàn)占比約30%。（3）研究區(qū)內(nèi)源污染嚴(yán)重，底泥清淤不及時(shí)，5條河流長(zhǎng)期未清淤疏浚，底泥污染物釋放污染河流;河流流速均很慢，部分河段滯流現(xiàn)象嚴(yán)重，污染物蓄積嚴(yán)重，溶解氧含量低，水動(dòng)力弱，自凈能力差。（4）研究區(qū)在開(kāi)展河道治理工作中可重點(diǎn)推進(jìn)上游來(lái)水治理與城市地表徑流控制工程，結(jié)合城市管網(wǎng)建設(shè)與定期河道清淤工作，達(dá)到全面提升區(qū)域水環(huán)境的目標(biāo)。

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收稿日期：2020-10-10

作者簡(jiǎn)介：周曼（1988-），女，漢族，中級(jí)工程師，2013年7月畢業(yè)于武漢科技大學(xué)，碩士，研究方向?yàn)榱饔蛑卫恚廴緢?chǎng)地調(diào)查與修復(fù)。