漢江襄陽河段主要污染物通量分析

王文靜 周才金 聶真真 楊松 徐祥

摘要：漢江水環境狀況對襄陽市和漢江中下游的社會經濟發展及人民生活影響重大。崔家營航電樞紐工程建成運行后，漢江襄陽城區段成為崔家營庫區，形成水庫型河流。引入湖泊入出湖污染物通量的計算公式，通過同步監測2017年漢江襄陽河段干支流水質水量，估算了漢江襄陽河段不同水期的污染物通量，分析出入江污染物通量隨時間的變化及空間來源組成。結果表明：2017年漢江襄陽河段污染物通量主要來自豐水期，豐水期入江污染物通量空間分布與年通量分布一致。入江通量大于出江通量，各監測斷面水質與水量多呈正相關。漢江襄陽河段的污染物控制應以強化主要入江河流輸入通量控制為主，尤其是豐水期的污染物防治工作應作為水環境保護的重點。

關鍵詞：污染物通量;時空變化;水環境保護;漢江襄陽河段;崔家營航電樞紐工程

中圖法分類號：X52文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.03.012

文章編號：1006 - 0081（2021）03 - 0068 - 06

1 研究背景

在污染物總量控制研究中，污染物通量較污染物濃度更具研究價值[1-2]。污染物濃度不能反映出水量對濃度的影響，也不能反映各斷面污染物的總量，只有綜合考慮水質和水量，才能較全面地反映污染治理情況，而污染物通量則能較好地反映污染負荷的大小[3]。

漢江在襄陽市境內流域面積達17 357.6 km2，約占襄陽市總面積的88%[4]。2009年10月24日，崔家營航電樞紐工程正式建成蓄水，蓄水后漢江襄陽城區段成為崔家營庫區，庫區范圍從壩址（錢營）至上游約33 km的新集，控制流域面積13.06萬km2。水庫蓄水后河面變寬，水深加大，水流明顯減緩，漢江襄陽城區段基本形成水庫型河流[5]。作為襄陽主城區的唯一水源地和納污水體，襄陽市未來的城市發展將在很大程度上受到漢江水環境狀況，尤其是漢江梯級開發和南水北調中線工程實施對漢江中下游水環境容量的疊加影響[6-7]。因此，對漢江襄陽城區段水量水質的監測顯得尤為重要。

目前，對漢江襄陽河段水環境的研究主要集中在水質方面。鄧萬霞等[5]分析了崔家營水庫蓄水前后漢江襄陽市區段水質變化，蓄水后水污染呈略微上升趨勢。孫辰等[6]研究了調水及梯級開發對漢江襄陽河段水環境容量的影響，發現2015年漢江襄陽河段主要污染物COD和NH3-N的水環境容量在多數江段呈下降的趨勢。漢江襄陽河段污染物通量的研究則鮮見報道。本文首次將湖泊入出湖污染物通量的計算方式引入到漢江襄陽河段，通過分析比較漢江襄陽河段主要污染物入出江通量，探尋污染物來源，以期為漢江襄陽河段和漢江中下游水環境管理提供決策支持。

2 試驗與方法

2.1 研究區域

本文研究區域為漢江襄陽城區段，從漢江上游新集斷面至下游崔家營壩下。在此江段內，匯入的支流有3條，分別是唐白河、小清河和滾河。其中，唐白河是由唐河和白河匯合而得名，唐河和白河均流經鄂、豫兩省，是重要的省界河流。

綜合考量斷面的代表性和現場測量的可行性，在漢江干流上布設新集和襄陽余家湖2個斷面，在支流白河布設劉灣渡口斷面，唐河布設雙溝斷面，滾河布設琚灣斷面，清河布設清河店斷面。斷面布設見圖1。

2.2 分析方法

根據區域水污染特點，選取pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷5個指標進行水質分析。每月同步監測水質水量1次，連續測定時間為2017年1～12月。水質指標測定方法參照《水和廢水分析方法（第四版）》[8]，流量測驗采用走航式ADCP方法。

2.3 數據處理

污染物通量是指水體中各污染物在單位時間內通過某一斷面的總質量，是水環境的水文、地質、化學及生物等綜合作用的結果[9-11]，污染物通量計算公式為

式中：F為污染物通量，t/s;C為該時刻的污染物濃度，mg/L;Q為該斷面的流量，m3/s;u為該時刻該斷面的流速，m/s;A為斷面面積，m2。將每月監測得到的每條河流流量作為該條河的月平均流量，同時將測得的斷面濃度均值作為該條河的月平均濃度，以此計算得到污染物通量。

3 結果與討論

3.1 流量分析

從2017年漢江襄陽河段各斷面月均流量趨勢圖（見圖2）中可以看出：2017年10月有1次較大漲水過程，漢江襄陽河段干支流流量均有明顯增長，10月流量為全年最大流量。漢江干流新集和余家湖兩斷面在4～6月還有1次小幅度漲水過程。漢江支流斷面僅劉灣渡口在4月還有1次漲水過程;其他支流斷面總體流量較平穩，全年僅10月有1次明顯漲水過程。

3.2 入江污染物通量時空分布

崔家營電站建成蓄水后，漢江襄陽城區段基本形成水庫型河流。將劉灣渡口、雙溝、清河店、琚灣水文站4個支流斷面與漢江上游新集斷面看作入江斷面，崔家營壩下斷面余家湖看作出江斷面，以此來分析漢江襄陽城區段主要污染物通量分布情況。

3.2.1 時間分布

5～10月為豐水期，1～4，11～12月為枯水期，分別計算枯水期與豐水期的時段通量。2017年漢江襄陽河段各斷面豐水期與枯水期通量占比見表1。漢江襄陽城區段各斷面主要污染物通量均表現為豐水期大于枯水期。尤其是支流4個斷面豐水期通量占比均超過80%，干流2個斷面豐水期通量占比略低，但仍超過70%。由此可以看出，在時間分布上，漢江襄陽河段各斷面污染物通量主要來自于豐水期，豐水期污染物通量貢獻占各斷面的70%以上，這一現象與文獻[12]中結論一致。

從逐月的通量變化來看（見圖3），10月漢江襄陽河段各斷面污染物通量均為全年最大值，其他月份則相對較平緩。這主要是因為漢江流域總體水質狀況良好，污染物濃度相對平穩，由于10月有明顯漲水，流量增加明顯，因此，污染物通量也明顯增加。再加上受漢江流域梯級開發影響，漢江襄陽河段各河流漲水經常伴隨上游和兩岸沖刷等帶來的漂浮物、泥沙等，導致漲水期間水體偏渾，污染物濃度較通常相對偏大，受污染物濃度和流量的雙重影響，豐水期污染物通量明顯高于枯水期。

3.2.2 空間分布

圖4比較了漢江襄陽城區段各斷面污染物年通量。由圖4可以看出：入江污染物通量貢獻最大的為新集斷面，對高錳酸鹽指數、氨氮、總磷的通量貢獻均超過45%;污染物通量貢獻最小的為琚灣斷面，均小于7%;劉灣渡口、雙溝、清河店3個斷面的污染物通量貢獻占比則相差不大。高錳酸鹽指數入江通量主要來自于干流，干流貢獻超過60%，其次為清河、唐河、白河、滾河;氨氮入江通量貢獻最大的為漢江干流，其次為唐河、清河、白河、滾河;總磷入江通量貢獻大小依次為干流、白河、唐河、清河、滾河。綜合來看，在空間分布上，漢江襄陽城區段高錳酸鹽指數入江通量主要來自干流，氨氮和總磷入江通量主要來自于支流。

進一步比較不同水期下的污染物通量空間分布發現：高錳酸鹽指數不同水期入江通量主要來源均為干流，豐水期干流入江通量貢獻達到55.7%，枯水期干流入江通量貢獻超過80%。氨氮入江通量貢獻中，豐水期以支流為主，枯水期以干流為主，但兩者的貢獻占比相差不大;總磷入江通量豐水期主要來自支流，枯水期主要來自于干流。在時空分布上，枯水期污染物通量均以干流貢獻為主;豐水期高錳酸鹽指數通量主要來自于干流，氨氮、總磷通量主要來自于支流，這與污染物年通量空間分布規律一致，也進一步說明了漢江襄陽河段污染物通量的消減重點在于做好豐水期的污染物防治。

3.3 污染物通量平衡分析

3.3.1 流量平衡分析

為說明污染物通量入江/出江平衡情況，首先要對入江/出江流量平衡進行分析計算。因為所取時段相同，直接將入江斷面月均流量之和與出江斷面月均流量進行比較，以流量平衡來比擬水量平衡。由圖5可以看出，2017年漢江襄陽河段入江流量略大于出江流量，年均流量入江/出江比值為1.03，豐水期月均流量入江/出江比值為1.03，枯水期為1.04。總體來看，2017年漢江襄陽河段入江/出江流量基本平衡，崔家營大壩對水量的調蓄影響基本可以忽略。

3.3.2 通量平衡分析

表2比較了污染物年通量入江/出江比值。由表2可知，高錳酸鹽指數、氨氮、總磷3個指標均表現為入江通量大于出江通量。豐水期通量與年通量情況相似，表現為入江通量大于出江通量，但豐水期通量入江/出江比值大于年通量比值，尤其是氨氮豐水期入江通量約為出江通量的2倍。枯水期通量情況則完全不同，表現為入江通量小于出江通量，其中高錳酸鹽指數和總磷入江通量與出江通量接近于平衡狀態，氨氮入江通量則明顯小于出江通量。綜合來看，漢江襄陽河段污染物通量表現為入江大于出江，這與許多研究得出的湖泊入出湖通量平衡結果完全相反[13-15]。由于未計算區間產流及相應污染物通量、未計算內源污染等原因，通常入湖通量小于出湖通量[13]。對于漢江襄陽河段來說，入江通量大于出江通量可能是由于：①梯級大壩攔截對水體流動性造成影響[16]，流速減緩加速了水中污染物沉降，崔家營大壩相當于起到了污染物攔截的作用，在豐水期效果尤為明顯;②在物理降解、生物轉化等河流自凈作用下，出江通量應小于入江通量。

3.4 污染源類型分析

一般情況下，點源污染類型，濃度多與流量呈負相關;非點源類型，濃度多與流量呈正相關;點源、非點源混合類型，濃度與流量較為復雜，可能呈正相關、負相關、無關的情況[17-18]。2017年漢江襄陽河段各斷面水質與水量的Person相關系數見表3。從漢江襄陽河段各斷面水質與水量相關性來看，僅有劉灣渡口斷面高錳酸鹽指數，雙溝斷面高錳酸鹽指數、氨氮，以及新集斷面氨氮和總磷表現出水質水量呈顯著正相關，應以非點源污染類型為主;其他參數雖然多呈現出正相關，但相關性不顯著，應是受點源、非點源污染共同作用影響。隨著漢江流域實施最嚴格水資源管理和河長制建設的推進，漢江襄陽河段點源污染得到有效改善，建議相關部門加強非點源污染治理，尤其是豐水期的面源污染防治。

4 結 論

（1）漢江襄陽河段各斷面污染物通量主要來自于豐水期。在空間分布上，高錳酸鹽指數入江通量主要來自于干流，氨氮和總磷入江通量主要來自于支流。豐水期入江污染物通量空間分布與年通量分布一致，而枯水期污染物通量均以干流貢獻為主。

（2）2017年漢江襄陽河段年均流量入江/出江比值為1.03，入江/出江流量基本平衡，崔家營大壩對水量調蓄而導致的污染物通量變化可以忽略。

（3）漢江襄陽城區段主要污染物通量表現為：豐水期入江通量大于出江通量，枯水期入江通量小于出江通量。2017年漢江襄陽河段入江通量大于出江通量，可能是受崔家營大壩帶來的水體流動性影響和河流自凈作用的共同作用，在豐水期崔家營大壩對污染物的攔截作用尤為明顯。

（4）漢江襄陽河段各斷面水質與水量多呈現出正相關，其中劉灣渡口斷面CODMn、雙溝斷面CODMn、NH3-N，以及新集斷面NH3-N和TP水質水量顯著正相關，以非點源污染類型為主;其他參數相關性不顯著，為點源、非點源共同影響。建議相關部門加強漢江襄陽河段非點源污染治理，尤其是豐水期的面源污染防治。

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（編輯：李曉濛）