巢湖烔煬河流域氮磷污染源調查分析及治理建議

吳文倩，趙 振，李昆朋

(南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210000)

巢湖位于安徽省中部，是我國五大淡水湖之一，是長江下游重要的濕地，具有工業用水、農業灌溉、防洪、漁業、旅游等多種功能，在促進江湖水運、維護生物多樣性和推動區域發展等方面發揮了巨大作用[1]。近30年來，由于流域內人口的快速增長和社會經濟發展，巢湖流域主要污染物的排放量已經超過了水環境承載能力，藍藻頻發，湖泊水質嚴重惡化，生態功能退化[2]。經過多年努力，巢湖流域治理初見成效，2017—2019年入湖污染總體有下降趨勢，水質明顯好轉，但仍存在一些問題，如水體氮磷營養鹽濃度和藍藻密度較高、水生植物稀少、魚類小型化等[3]。

巢湖入湖河流約33條，包括南淝河、派河、雙橋河、白石天河、烔煬河等[4]。巢湖流域污染輸入可分為2類河流：①污染重的城市河流，主要位于西北部合肥市區的南淝河等城市河流。其污染濃度高，污染入湖通量占比大[5]。總氮、總磷、化學需要量、氨氮分別占全流域入湖總通量的62.6%、63.8%、39.5%、79.7%；②以農村為主的流域，如杭埠河-豐樂河、白石天河、兆河、柘皋河、烔煬河和雞裕河等，這些河流水質相對較好，為清水河流[6]。隨著這些農村流域社會經濟的快速發展，以農業面源、村鎮生活污水等為主的排放增加，清水河流出現水質惡化的風險，對巢湖達成水質目標構成極大挑戰。

研究表明，烔煬河流域未來將超出水資源利用紅線，出現水資源量嚴重超載的情況，其中農業用水占主要比例[7]。對巢湖烔煬河流域進行污染源調查，剖析污染結構，并在此基礎上提出水環境治理對策至關重要，一方面提升烔煬河流域的水資源利用率，另一方面為巢湖地區清水小流域的治理提供參考。

1 流域概況

烔煬河是巢湖北岸的1條直接入湖支汊河流[8]，全長22.78km，烔煬河有烔河、煬河2條支流。其中烔河長約9.82km，起于秦樹村水塘止于烔河口；煬河長約9.62km，起于永豐水庫壩下至煬河口處。2條支流在入湖口上游交匯為烔煬河干流后流入巢湖，烔煬河干流長約3km，流域總面積約100km2。流域總體地勢為西北高、東南低，上游以丘陵崗地為主，中下游主要為平原圩區[9]。

2 污染源調查與分析

2.1 子流域劃分

烔煬河流域地勢起伏較大，不同區域的污染分布也不同，為準確掌握流域污染物產生情況，為水污染控制措施提供數據支持，根據區域匯水方向、自然地形地貌特征，河網分布等特征，結合實測的1∶10000地形圖，將烔煬河流域劃分為24個子流域，如圖1所示。

圖1 烔煬河流域子流域劃分圖

2.2 水質現狀

烔煬河的水質目標為GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類水標準。根據2018—2021年烔煬河入湖口國控監測斷面年內總氮、氨氮和總磷監測數據，如圖2所示，烔煬河入湖斷面氨氮和總磷整體較優。2018年1月—2021年3月的監測數據中氨氮和總磷濃度各有1次、3次超過Ⅲ類標準上限，68%的氨氮監測濃度和84%的總磷監測濃度屬于Ⅰ類和Ⅱ類水；總氮年際波動較大，各年總氮平均濃度均未達到Ⅲ類水質標準。

2.3 污染類型劃分

流域內沒有嚴重污染的工業企業，污染主要來源與村鎮生活污水以及農業排水產生的地表徑流污染[10]。根據烔煬河流域污染分布特征，將其劃分為點源和面源污染，點源污染為烔煬鎮污水處理廠尾水，面源污染有生活污水、畜禽養殖、種植業尾水、村鎮地表徑流、固廢垃圾。

2.4 污染調查

(1)污水處理廠

通過資料查詢、實地調研得知，烔煬鎮污水處理廠位于3號子流域，于2018年8月正式運行，設計規模為6000m3/d，服務范圍包括烔煬鎮鎮區及工業集中區，采用A2/O+活性砂濾+紫外線消毒工藝，設計出水水質標準：COD≤40mg/L、氨氮≤2mg/L、總氮≤10mg/L、總磷≤0.3mg/L、污水處理廠尾水排入烔河干流。

(2)生活污水

通過政府統計數據、問卷調查以及實地調研得知，烔煬河流域包含烔煬鎮的11個行政村和肥東縣橋頭集鎮的3個行政村(國光村、馬龍山村和城山村)，常住人口共計19432人，其中2號、6號子流域人口數量較多。

(3)畜禽養殖

通過各村填報的數據以及實地走訪的方式得知，流域內現有13家畜禽養殖場，其中含規模化養殖場有9家，分布在2號、7號、11號、16號、17號、19號、20號、21號、23號8個子流域，養殖種類為羊、肉雞、蛋雞和鵝。

(4)種植業

通過政府統計數據得知，烔煬河流域內主要種植的農作物為水稻、油菜和小麥。水田、旱地、耕地面積依次為：23.2、28.47、51.65km2。

(5)村鎮地表徑流

通過調查獲得烔煬河流域城鎮用地面積，2號子流域為烔煬鎮鎮區，其城鎮用地面積最高，各子流域城鎮用地面積如圖3所示。

圖3 子流域城鎮用地面積圖

(6)固廢垃圾

通過各個子流域的農村人口數量調查，根據第一次污染源普查在巢湖流域的測算結果，選用的固廢垃圾產排污系數估算出烔煬河流域的固廢垃圾產量為1702t/a，排放量為1419t/a。

2.5 污染計算取值

相關系數取值根據烔煬河流域實際情況，參考第一、二次全國污染普查成果報告[11]，結合相關學者針對巢湖流域所做的研究[12]，以及現場調研實測得出。

(1)生活污水

烔煬河流域農村生活污水排污總氮和總磷濃度取值為23.9、3.1mg/L，污水量實測值為58L/(人/d)。

(2)畜禽養殖

烔煬河畜禽的糞尿流失系數以及畜禽糞尿的污染物平均質量比分別見表1—2。

表1 畜禽糞尿產量及流失量

表2 畜禽糞尿中污染物的平均質量比 單位：kg/t

(3)種植業

烔煬河流域種植業化肥施用量以及烔煬河流域水田和旱田化肥流失系數(%)分別見表3—4。

表3 烔煬河流域農作物耕作信息表

表4 烔煬河流域水田和旱田化肥流失系數 單位：%

(4)村鎮地表徑流

烔煬河流域建設用的總氮、氨氮、總磷的輸出系數取值見表5。

表5 建設用地污染物輸出系數 單位：kg·hm-2·a-1

(6)固廢垃圾

烔煬河流域固廢垃圾產排污系數見表6。

表6 巢湖流域固廢垃圾產排污系數

2.6 污染調查結果分析

(1)污染結構分析

通過系數取值法計算得到各污染排放量[13]，對總磷污染排放，種植業貢獻總占比最高，達到44.6%，生活污水位居其次，占比為23.91%；對總氮污染排放，種植業與生活污水的貢獻占比相近，分別為35.0%、30.5%。規模化畜禽養殖氮磷排放量僅次于種植業和生活污水。烔煬河流域污染源氮磷排放組成如圖4所示。

圖4 烔煬河流域污染物氮磷排放組成

(2)子流域污染比重分析

從各子流域總氮入河量來看，3號>1號>23號>2號>8號>其他子流域；從各子流域總磷入河量來看，3號>2號>1號>8號>24號>其他子流域，如圖5所示。由此可知3號、2號、1號子流域氮磷排放量均較高，其中3號子流域由于具有烔煬鎮污水處理廠的點源污染排放，因此總氮和總磷的入河量均最高；2號子流域為烔煬鎮代表區域，常住人口數量較多，人口密度居首，因此總氮和總磷排放量較為突出；1號子流域為烔煬河流域下游平原區，耕地面積占比51%，面源污染嚴重，因此總氮和總磷排放量較高。

圖5 烔煬河子流域污染物氮磷入河量

如圖6所示，從每個子流域中的污染源結構組成來看，大部分子流域中的種植業化肥流失貢獻占比最大。6號子流域建有烔煬中學、敬老院，人口總量居首，2號子流域為烔煬鎮鎮區，人口數量僅次于6號子流域，因此2號、6號子流域生活污水污染貢獻比例較大；11號、16號和17號子流域中具有多個規模化的畜禽養殖場，因此畜禽養殖污染貢獻比例較大。

圖6 烔煬河子流域總氮、總磷污染源結構占比

3 治理思路

烔煬河流域面積較大，流域范圍內既分布有丘陵崗地、又分布有平原圩區；既有以農業面源污染為主的區域，又有以生活污染為主的人口聚集區域，也有城鎮地表徑流污染為主的集鎮區。應綜合考慮地形地貌、污染類型、人口密度選擇代表性的子流域，以“生態保護優先”為原則，遵循“生態清潔小流域”治理基本內涵，因地制宜實施精準連片治理，打造水清、岸綠、景美、宜居的烔煬河小流域，為巢湖地區其他清水小流域污染治理提供參考。

4 建議措施

(1)農業面源污染治理

烔煬河流域農業技術簡單、施肥方法以及灌溉方式落后，造成化肥利用率低，大量化肥隨農田尾水流失進入烔煬河，故農作物種植對烔煬河流域氮磷污染排放的影響極為突出。建議利用現有池塘、退養魚塘進行生態化改造，改造排灌系統，將農田尾水回用至農田灌溉，構建農田退水閉路循環回用與生態攔截體系，力爭實現“退水不直排、肥水不下河、養分再循環”。如2號子流域土橋高和倪村西側的129畝農田種植區，對農田種植區附近的溝渠、坑塘進行串聯溝通和生態化改造，利用現有電灌站作為動力循環，實現農田尾水的凈化和肥水的再利用。

另外，綜合考慮地形地貌、水源供應情況，實施節水灌溉工程，提高灌溉效率，同時結合有機肥的使用，降低化肥施用量。建議對7號子流域的合裕村扶貧產業園18.6萬m2瓜蔞種植基地實施節水灌溉示范工程，節水灌溉技術與水肥一體化施肥技術相結合，降低化肥的使用量，節約水資源的同時，降低入河污染總量。

(2)村鎮地表徑流收集與凈化

針對生活污染嚴重的區域，結合人口、地形地貌和場地以及周邊管網條件等，以“因地制宜、注重實效、分類處置”作為指導原則，人口密集、規劃發展污水管網的村鎮，優先考慮截污納管處理。如6號子流域高密度人口聚集點烔煬中學、養老院生活污水未接入處理設施，建議將污水納管接入烔煬鎮污水處理廠進行集中處理。

對于不具備接管條件、居住相對集中的村莊，可采取相對集中處理的模式，將一定范圍內的生活污水統一收集后，利用適宜處理設施進行處理。如1號子流域大何鮑、大徐村2個自然村，建議將污水收集至指定地點，利用多級生態塘串聯進行凈化，一方面可以充分利用當地溝塘資源，提升村容村貌，另一方面可降低工程造價和運行成本。

對居住相對分散且管網建設難度較大的規劃發展農村，采用分散處理的模式，就地就近對單戶或多戶生活污水進行收集后，通過處理設施或者自然凈化的方式進行處理。

(3)有機固廢處理及資源化

烔煬河流域內有機廢棄物主要有農作物秸稈、畜禽養殖廢棄物、藍藻水葫蘆等河湖有機廢氣物，建議實施有機廢棄物處理試點工程，建設收儲運體系，將河湖廢棄物、農作物秸稈和畜禽糞便等協同綜合利用制備有機肥，資源化利用的同時，可降低施肥成本，減少農田面源污染。

(4)畜禽養殖污染治理

針對規模化畜禽養殖，建議采取清污分流和糞尿的干濕分離等措施，減少對地表水和地下水的污染；另外可加強對規模化畜禽養殖糞便的處理措施，一方面通過對糞便高溫烘干滅菌及高壓膨化除臭，添加氮、磷、鉀等元素，制成高效有機肥，可作為農作物肥料進行二次利用，但注意施肥量不可超過土壤的自凈能力；另一方面可實行厭氧發酵，產生的沼氣可用于發電等用途，提升經濟效益。

5 結語

烔煬河流域土地利用開發強度空間差異性大，污染源結構組成多樣，各分區污染成因存在顯著差異，本文通過科學地組合配置治理技術，從源-遷-匯多過程協同削減氮磷污染，由于涉及的分區、村鎮較多，實施過程中需要較高的組織協調與開拓創新能力，需各成員單位對項目深入理解以及良好配合，方可取得較好的治理效果，為其他類似小流域的治理提供借鑒。