京杭運河鎮江丹徒段斷面水質達標控制研究
——以鎮江辛豐鎮、王家橋斷面為例

王 凌

鎮江市丹徒區環境監測站，江蘇 鎮江 212028

0 引言

京杭運河北起北京，南至杭州，流經六省市，溝通了五大水系，全長1 794 km，是世界上開鑿時間最早、歷程最長的一條人工河流。京杭運河丹徒區段又稱江南運河，全長7.6 km，屬于III級河道，具有防洪、排澇、航運、灌溉、景觀等多種功能，其河道水質的好壞對鎮江市的城市建設和社會經濟發展有著十分重要的作用[1]。占用河道、污水排放等環境問題的出現，致使部分河段出現了水質超標惡化，影響了周邊居民的正常生活，也嚴重制約了鎮江市社會經濟的可持續發展[2]。

中共中央國務院關于印發《水污染防治行動計劃》的通知(國發〔2015〕17號)、《中共中央國務院關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》(中發〔2018〕17號)、《沛縣水污染防治工作方案》中提出 “水環境質量總體改善”要求，旨在以保護水資源、防治水污染、改善水環境、修復水生態為主要任務，實現斷面水質穩定達標、水環境提升的目標。作為加強生態建設和環境保護的重要內容，對運河周邊環境治理工程將改善運河水質。因此，京杭運河丹徒區段斷面水質達標及治理對策研究尤為重要和迫切[3]。

本文通過對京杭運河丹徒區段周邊水系開展摸排調查、污染源強解析，剖析斷面水質超標成因，從而提出有效的針對性的對策，為地方環保管理部門提供技術支撐，有利于京杭運河水環境的根本化改善，為提升生態文明建設水平，實現區域經濟社會的可持續發展奠定堅實的生態基礎。

1 研究區域概況

京杭運河在鎮江丹徒區段主要流經辛豐鎮，該鎮位于丹徒區東南部，東臨鎮江新區丁崗鎮，南與丹陽市經濟開發區接壤，西與谷陽鎮相鄰，北與京口區諫壁鎮相連，區域面積 76.6 km2。境內京杭運河長 7.6 km，河寬 80 m，水深 4.5 m，平均流速 0.8 m/s，最大流量 203 m3/s，最高水位 6.8 m，最低水位 1.96 m。

基于辛豐鎮水系特點，利用水文單元的控制單元劃分方法[4]，將辛豐鎮控制區域劃分為兩個控制單元，分別為辛豐鎮斷面上游匯水區控制單元(簡稱上游控制單元)和辛豐鎮斷面下游匯水區控制單元(簡稱下游控制單元)，如圖1所示。

圖1 辛豐鎮控制單元劃分圖Fig.1 Division diagram of Xinfeng Town control unit

辛豐鎮斷面、王家橋斷面分別是上游控制單元、下游控制單元的匯水情況與水質狀況的代表性反饋斷面。

辛豐鎮斷面位于辛豐鎮境內上、下游控制單元交界處，主要考核鎮區上游及與下游連接處水質。該斷面屬于國家“水污染防治行動計劃”考核單元斷面、“十三五”水環境質量考核點位及地表水國控斷面。

王家橋斷面位于丹徒區與丹陽市交界處，主要考核丹徒流出水質。該斷面屬于“十三五”水環境質量考核點位及地表水省控斷面。

以上兩個斷面2020年水質考核目標均為《地表水環境質量標準GB3838-2002》中Ⅲ類標準。然而目前，兩個斷面水質存在部分時段Ⅴ類或劣于Ⅴ類類水質的情況，無法常年穩定達標。

2 區域水環境狀況評價

2.1 近年水質變化分析

通過重要單元考核斷面的例行監測數據，本文分析了 2014年至2017 年辛豐鎮斷面、王家橋斷面各常規指標的年度變化情況，其中2016 年下半年至2017 年上半年水質月均值變化情況(見圖2、圖3)。

圖2 辛豐鎮斷面各因子月均值變化情況Fig.2 The monthly average changes of water quality indicators of Xinfeng Town section

圖3 王家橋斷面各因子月均值變化情況Fig.3 The monthly average changes of various water quality indicators of Wangjiaqiao section

從圖2可以看出，總體上辛豐鎮斷面水質呈逐漸波動趨勢，其中化學需氧量、高錳酸鹽指數兩個因子相對穩定，能夠穩定達到地表水Ⅲ類水標準，且于2016年9月、2017年3月呈現明顯好轉趨勢；總磷因子波動較大，雖然能一直滿足Ⅲ類水范疇，但2016年夏季和2017年初水質接近Ⅲ類水標準上限；氨氮從2016年10月開始逐漸增加，次年5月惡化至Ⅴ類；總氮于2017年波動上升，次年2月已惡化至劣Ⅴ類。

從圖3可以看出，王家橋斷面近一年逐月水質總體呈逐漸變差趨勢，化學需氧量、總磷及高錳酸鹽指數均達到地表水Ⅲ類水標準，但化學需氧量、總磷、高錳酸鹽指數均在2016年10月至2017年1月間出現一次及以上的大幅度波動，水質達到Ⅲ類水標準上限；氨氮與總氮濃度波動較大，于2017年初大幅上升，氨氮于2017 年4月已超標至Ⅳ類水，總氮濃度于2017年2月開始已惡化至劣Ⅴ類。

綜上所述：由兩個斷面各因子月均值變化得到，京杭運河該段上兩個斷面水質變化的大致趨勢相同，但辛豐鎮斷面水質情況劣于王家橋斷面，主要表現在氨氮和總氮上。因此，辛豐鎮斷面作為辛豐鎮上游控制單元的水環境情況反映，其水質惡劣推測歸因于上游控制單元中污染源偏多。而王家橋斷面在2016年10月出現水質突增現象，水質劣于上游辛豐鎮斷面，化學需氧量、氨氮及高錳酸鹽指數均出現較大波動，故推測該時段內下游控制單元出現較大污染源。關于其波動原因受到季節溫度變化影響，需要結合現場調查情況。

2.2 污染源調查分析

2.2.1 河道現狀調查

經過走河查看發現，現狀運河沿岸存在較多問題。

(1)辛豐鎮斷面和王家橋斷面上游河段有較多靠岸停泊的船只和眾多碼頭，河水較為混濁，停靠船只存在生活污水直排入河現象，且部分運輸散貨船未做好維護措施，導致貨物灑落于運河中。

(2)運河沿岸上游存在部分污水直排口。運河斷面上游兩岸眾多工業企業，污水直排現象較為嚴重；同時，由于農村雨污分流制管網的未全方位覆蓋健全，導致雨季溢流現象明顯；同時部分河岸仍然存在排水管道錯接混接、沿街商鋪違法排污、工業企業偷排等問題，將導致分流制雨水管道成為藏污納垢的重要場所。

(3)運河部分支流上漂浮著一些大量植物殘體和生活垃圾，且支流周邊存在農田和少量畜禽養殖，由于截污措施不到位，大量農業灌溉污水直排入河，導致支流水質較差。經過調查每條河道沿線點源、面源、內源以及岸線情況，對工業企業的污水直排口進行排查，得到運河兩側主要污染物排口和重要點源情況(圖4)。

圖4 運河兩側主要污染物排口和兩岸重點企業Fig.4 Main pollutant discharge outlets and key enterprises on both sides of the canal

2.2.2 排污口概化與污染物入河量計算

圖5 污染物入河量計算結果Fig.5 Calculation results of pollutant inflow

表1 整治范圍內污染物入河量計算結果表Table 1 Calculation results of pollutants entering the river within the regulation scope t/a

3 區域污染源特征分析和問題識別

3.1 區域污染源分布特征

上游匯水區控制單元污染源主要來自農村生活污水直排和農業面源污染(面源污染包括岸坡畜禽養殖與種植業灌溉、水產養殖等帶來的污染)。上游匯水區控制單元所有污水通過排污管道直排入河或者排入支流匯入京杭運河，目前整治區域辛豐鎮內約有340多家工業企業，重點排污企業約26家，其中上游控制單元約占75%，企業主要分布在運河兩側1 000 m范圍內，同時斷面運河兩岸存在大量沿岸生活的居民生活污水和農田灌溉污水，通過管道直排運河或辛豐鎮斷面上游的塔崗河和人民溝，最終再匯入京杭運河，此些直排或間接未處理污水直接對斷面水質產生較大的影響。各種污染因子所占比例見圖6、圖7。

圖6 上游控制單元污染物排放結構Fig.6 Pollutant emission structure of upstream control unit

圖7 下游控制單元污染物排放結構Fig.7 Pollutant emission structure of downstream control unit

下游控制單元化學需氧量排放中農村生活源貢獻度最高，占 67.0%，其次是種植業、畜禽養殖業；氨氮排放中農村生活源貢獻度最高，占48%，其次是種植業、畜禽養殖業。京杭運河辛豐鎮斷面下游的污染物主要來自于半月溝、民治溝、運河西側和運河東側排污口匯入的生活、工業、農業污染物，以及運河船舶移動污染源排放的污染物。

綜上所述，該研究區域的污染物主要集中在上游匯水區控制單元(辛豐鎮斷面)，污染物貢獻最大的為生活污染源，其次為農業污染源；生活污染源主要來自運河兩側居住區各大村落，農業污染源主要分布在運河兩側非居住區，農業污染源貢獻量最大的區域依次為下游控制單元(王家橋斷面)的運河東側民治溝和斷面上游控制單元人民溝、塔崗河、大運河橋排口。

3.2 主要問題識別

結合上下游控制單元的現狀，分析辛豐鎮和王家橋兩個斷面水質不達標的主要問題為：

生活污水收集和處理率低。研究范圍內鎮區生活污水接管率低，農村分散式生活污水處置每日不足 200 m3，鎮區污水處置率不足 4%。鎮區目前已建提升泵站一座，但是由于目前整個鎮區管網規劃建設不合理和不完善，導致鎮區產生的污水無法完全收集而直排入河。其次，運河中?？看按嬖谏钗鬯占坏轿粠砹艘苿游廴驹?。

工業企業污染治理欠缺。企業污水接管率很低，管網規劃建設不完善和不合理，鎮域內所有工業企業污水無法完全收集，工業企業污水大部分通過污水管道排入至京杭運河或者其支流，最終匯入至運河。

農業面源污染嚴重。根據《鎮江市畜禽養殖禁限養區劃定方案》可知京杭運河及其支流辛豐鎮區段河道兩側 1 km、支流兩側 0.5 km為禁養區。現場調查和資料收集發現運河兩側 1 km范圍內仍然存在少量規?；笄蒺B殖場，但無污水處理設施或規模較小；在兩個斷面附近存在較多農業種植，部分種植田地緊臨河堤，河堤兩側大部分為硬質水泥駁岸，部分生態護坡也被破壞為農田，裸露土地，不利于污染物的攔截。

船舶移動污染源控制。通過交通部門了解到，2016 年城區處轄區水域通過單船 132 078 艘次，其中危險品船 9 492 只。兩個斷面上游不遠處均存在大量?？康拇唬糠执淮瑔T生活均在船上，生活污水直接傾倒入河，并且部分船只周圍存在油污水排放或泄露現象。

上游客水本底值較高影響下游水質穩定達標。京杭運河丹徒區段入境斷面(大運河橋斷面)距離長江口約 5.2 km，丹徒區段水質會受到長江水質、運河上游京口區水質的綜合影響。調查發現上游京口區段沿岸存在大量碼頭和工業企業，部分碼頭和企業直排污水入河，且辛豐鎮斷面上游4.8 km的諫壁污水處理廠達標排放尾水同樣排入運河西側，給下游斷面的穩定達標帶來壓力。

4 控制方案研究

針對京杭運河丹徒區段，選用二維水質模型進行污染物在水體中的變化模擬，然后依據水質目標及污染物的特征，排污方式、時空分布來確定水體的水環境容量。將水環境容量計算結果與該段污染物年入河總量進行對比，結合區域內水環境容量、污染源削減潛力分析得出保證斷面水質達標情況下，各鎮區內各類概化排口的削減量[5]。

4.1 目標削減量核算

4.1.1 環境容量核算

區域屬平原河網(河道)地區，采用河網區水環境容量計算模型進行水環境容量計算(水文保證率為 90%)，對于飲用水源區、保護區采用水環境容量和現狀面源污染物入河量中的較小值作為水環境容量[6]。河網(河道)區環境容量具體計算公式如下[7]：

(式1)

其中aij為不均勻系數，aij∈(0,1]；河道越寬、水面越大，則aij越小。

Wij環境容量=Q0ij(Csij-C0ij)+KVijCsij

(式2)

Wij為計算中的最小空間計算單元和最小時間計算單元。計算中最小空間計算單元為河段(河段為兩節點之間的河道)；最小時間計算單元為天；K為降解系數，1/d；Vij為區域環境體積；C0ij為區域環境本底值濃度，Csij為污染物控制標準濃度；Qoij為流量值，根據《水域納污能力計算規程》，采用最近 10 年最枯月平均流量(水量)或 90%保證率最枯月平均流量(水量)作為設計流量(水量)。

根據確定的邊界水文條件，利用研究區域河網水量數學模型，計算出研究區域最小空間單元和最小時間單元的環境容量值；再根據式2匯總出各研究區域的環境容量值。計算得到本研究區域河網在設計水文、水質條件下化學需氧量、氨氮環境容量計算成果，以及各斷面需削減率見表2[8]。

表2 水環境容量及入河污染物需削減率明細表Table 2 List of water environmental capacity and reduction rate of pollutants entering the river t/a

4.1.2 排污口削減量分配

環境容量確定后，利用等比例分配法將污染負荷分配到下級單元(各排污口)，分配方式詳見式3。參與分配的排污單位數目為n，各排污單位的達標排放量分別為W1、W2、W3…、Wn，環境允許排放量為Q，則每個排污單位分配到的許可排放量為：

(式3)

式中：Qi—第i個排污單位的許可排放量；Q—該控制單元的環境允許排放量；Wi—第i個排污單位的達標排放量。

在 90%保證率的設計水文條件下，按照重點源重點削減、優先考慮易削減行業、以及反饋調整機制，得到上、下游控制單元(分別對應)水質達標的計算方案[9]，詳見表3。

表3 各支流和排口污染物削減量Table 3 Pollutant reduction of tributaries and outlets

4.2 整治方案

基于點源治理及管網建設、面源治理等工程措施削減整治區域內污染物入河量，并參照各排污口需削減的污染物值，對研究范圍提出以下整治方案。

生活污染源控制工程。研究區域內新建污水管道長 35.2 km，做到鎮區生活污水完成 90%接管，新建 5 000 m3提升泵站一座，污水輸送至諫壁污水處理廠；合計建設分散式農村污水處理設施 42 套，農村生活污水拉網覆蓋分散處理率達到 100%；完善區域內生活垃圾收集、轉運、處置。

工業污染源治理工程。對企業污水均直排入河的問題，進行直排污水口封堵；工業廢水在企業內部處理，達到污水接管標準后方排放至生活污水處理管網，再輸送至諫壁污水處理廠，對不達標排放的企業，必須責令其限期停產整頓或者關閉。

農業面源污染控制工程。完成京杭運河及支流 1 km范圍內所有畜禽養殖場(戶)搬遷關閉工作；對匯水區域內56家規模化畜禽養殖場實施糞污治理，對污染治理不到位的養殖場進行再改造；對植被進行化肥農藥減施，測土配肥，并在京杭運河支流兩側農田建設生態護岸帶，建設15 km的生態型示范帶溝渠和生態護坡。

船舶、碼頭污染防治工程。清除運河上住家船只、淘汰超過使用年限船只，運河所有正常使用船只配備污染收集裝置；港口、碼頭建設配套的污水存儲、垃圾接收暫存設施，完善區域污水管網、垃圾轉運服務體系，提高含油污水、化學品洗艙水等接收處置能力及污染事故應急能力。

河道環境綜合治理工程。清除被農田占用的京杭運河兩岸生態護坡，完成運河兩岸護坡植被的恢復；對塔崗河、半月溝等淤積河道進行全面生態疏浚，對人民溝、塔崗河、半月溝、民治溝實施水生態修復。

監測體系與預警系統建設工程。在入境斷面(大運河橋斷面)、辛豐鎮斷面、王家橋斷面及京杭運河支流增加自動監測儀 7 套及自動在線監測儀及視頻監控設備，并根據水體情況相應的采取有效的應急防治措施。

5 結論

本文對京杭運河丹徒段進行調研分析，分別選取了辛豐鎮斷面、王家橋斷面以代表運河丹徒區上、下游控制單元的水質狀況。

通過對年度、月度的例行監測數據分析，得出該段運河水質無法穩定Ⅲ類水標準，部分時段惡化至劣Ⅴ類，主要超標因子為氨氮和總氮，且辛豐鎮斷面水質情況劣于王家橋斷面，即上游控制單元水環境狀況劣于下游控制單元。

同時，經走河查看和排污企業調查，直觀預測水環境問題所在，并對上、下控制單元內的污染物入河量進行了核算，得到區域內最主要污染源為農村生活污染源，并識別兩個斷面水質不達標的主要問題。最后通過計算和分配水環境容量，與上下游控制單元現狀排污量對比，得到現狀污染源排放量進行削減，使河網的水環境容量達到控制要求。