尤愛菊,朱軍政,紀(jì)生花,蔣天華

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.浙江省錢塘江管理局,浙江 杭州 310016)

1 問題的提出

錢塘江河口歷來是杭州地區(qū)主要的飲用水水源地,隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,河口兩岸的紹興、寧波、嘉興也對(duì)錢塘江河口的水資源利用提出迫切要求。錢塘江河口同時(shí)也是兩岸工業(yè)、生活、農(nóng)牧業(yè)的排污出口,近年水質(zhì)呈緩慢惡化趨勢,環(huán)杭州灣產(chǎn)業(yè)帶的快速發(fā)展也給河口水環(huán)境帶來更大的壓力。為此,合理測算錢塘江河口的納污總量,對(duì)科學(xué)分析水環(huán)境現(xiàn)狀,指導(dǎo)河口地區(qū)污染物總量控制和加強(qiáng)水環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

根據(jù)污染物排入形式不同,河流的污染負(fù)荷通常劃分為點(diǎn)源與非點(diǎn)源(面源)。面源污染起源復(fù)雜、類型繁多,其形成及匯入水體的過程受區(qū)域地理?xiàng)l件、氣象條件等眾多因素影響,污染負(fù)荷估算歷來是個(gè)難點(diǎn)?，F(xiàn)行的面源污染負(fù)荷研究中,多采用人口、面積、單位排放系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行推導(dǎo)和估算[1];農(nóng)業(yè)面源污染測算時(shí),通常采用物料施用量乘以物質(zhì)成分含量再乘以入河系數(shù)等得到[2];但上述方法在排放系數(shù)和入河系數(shù)估算中存在較大的不確定性和任意性。流域水文分割法(或水文估算法)是面源污染負(fù)荷定量化研究的另一種途徑[3-6],但更適用于山溪性河流,且在基流分割時(shí)也存在一定的任意性。近年來GIS在資源、環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)取得了迅猛的發(fā)展,在面源定量估算中也有應(yīng)用的報(bào)道[7],但該方法需要大量的地形、高程、植被、地質(zhì)等數(shù)據(jù)支持,應(yīng)用起來比較復(fù)雜。

本文根據(jù)錢塘江河口的污染負(fù)荷組成及其特點(diǎn),提出一種簡便、適用的估算方法,根據(jù)2007,2008年的相關(guān)水文、水質(zhì)資料,對(duì)納污總量進(jìn)行了估算。

2 研究區(qū)概況

錢塘江是浙江省第一大河,流域面積約5.56萬km2,控制點(diǎn)富春江電站以上集水面積約3.2萬km2,平均每年下泄徑流約300億m3。富春江電站以下至澉浦～長山閘斷面為錢塘江河口段,南岸有蕭紹平原、姚北平原河網(wǎng)及蕭紹運(yùn)河、曹娥江、甬江水系等,北岸有杭嘉湖平原河網(wǎng)及(京杭)運(yùn)河和太湖水系等,每年向錢塘江河口排入約180億m3受污染的水體。河口兩岸土地面積占全省的20%,人口占全省的35%,而國內(nèi)生產(chǎn)總值占全省的50%,是長江三角洲經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)南翼,在浙江省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要地位。

實(shí)測資料表明,錢塘江河口老鹽倉以上的干流地表水水質(zhì)總體較好,以Ⅲ類水體為主,但大部分河段仍沒有達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)要求的Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),主要超標(biāo)因子為DO與氮、磷。河口老鹽倉以下干流海水水質(zhì)總體較差,表現(xiàn)為下降趨勢,主要的污染因子為無機(jī)氮和活性磷酸鹽,水體呈現(xiàn)嚴(yán)重的富營養(yǎng)化狀態(tài)。兩岸平原河網(wǎng)因人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),水質(zhì)較差,大部分河段為Ⅴ～劣Ⅴ類水質(zhì),小部分河段達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此,錢塘江河口水資源利用最集中的富春江電站～杭州河段水質(zhì)已經(jīng)不能滿足水環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)要求,而且從河口干流取水和排污的量還將同步增長,同時(shí)又承受兩岸河網(wǎng)劣質(zhì)水污染的脅迫,因此水資源利用形勢十分嚴(yán)峻。

圖1 錢塘江河口示意圖

3 污染負(fù)荷估算方法

錢塘江河口的污染負(fù)荷包括上游富春江電站泄水?dāng)y帶的污染負(fù)荷和兩岸平原匯入的污染負(fù)荷,其中上游污染負(fù)荷也可認(rèn)為是河口的自然背景負(fù)荷,兩岸平原的污染形式又包括點(diǎn)源排入、支流匯入 (聞家堰以上)和排澇閘(聞家堰以下)排入共3種形式。

據(jù)污染源組成,錢塘江河口污染負(fù)荷由自然背景負(fù)荷、點(diǎn)源負(fù)荷與面源負(fù)荷組成,即:

式中:Wt為時(shí)段污染總負(fù)荷;Wb為自然背景負(fù)荷;Wsi為第i個(gè)點(diǎn)源污染負(fù)荷,m為點(diǎn)源污染個(gè)數(shù);Wnj為第j個(gè)分區(qū)的面源污染負(fù)荷,n為分區(qū)數(shù)。

自然背景負(fù)荷Wb由富春江電站時(shí)段下泄水量與時(shí)段平均污染物濃度相乘求得,即:

點(diǎn)源污染負(fù)荷Wsi由浙江省環(huán)境監(jiān)測中心站提供,包括污水處理廠和大型排污企業(yè)。面源污染主要通過支流和排澇閘進(jìn)入錢塘江河口,根據(jù)匯入特點(diǎn)與行政區(qū)劃情況分5個(gè)區(qū)域進(jìn)行測算,包括:①桐廬-富陽片,②浦陽江,③杭嘉湖平原,④蕭紹寧平原,⑤曹娥江。根據(jù)各分區(qū)污染物匯入的形式不同,采用2種估算方法:

(1)分區(qū)①、②、③的面源主要是支流入?yún)R形式,面源污染量由時(shí)段徑流量乘以時(shí)段平均水質(zhì)濃度得到,即:

式中:Wnj為j分區(qū)的時(shí)段徑流量;Cj為j分區(qū)的時(shí)段平均水質(zhì)濃度。

(2)分區(qū)④、⑤的面源污染來自錢塘江兩岸平原,通過排澇閘開閘排水的形式進(jìn)入錢塘江,具有較強(qiáng)的時(shí)段性,其負(fù)荷由記錄的排澇量與代表性水質(zhì)監(jiān)測站的時(shí)段平均水質(zhì)濃度相乘得到,即:

式中:Wnj為j分區(qū)的時(shí)段排澇總量為j分區(qū)的時(shí)段平均水質(zhì)濃度。

從上述分析可見,富春江電站下泄的背景負(fù)荷與面源污染負(fù)荷與時(shí)段水量及其濃度密切相關(guān),是一個(gè)變數(shù)。本文以2007,2008年實(shí)測的水文、水質(zhì)、記錄的排澇水量為依據(jù),采用公式(2)～(4)測算了錢塘江河口自然背景負(fù)荷和面源污染負(fù)荷;在點(diǎn)源調(diào)查的基礎(chǔ)上,根據(jù)公式(1)估算了錢塘江河口的污染負(fù)荷總量;反映的是特定水量、水質(zhì)條件下的負(fù)荷情況。污染負(fù)荷的分析指標(biāo)為COD、NH3N與TP。

4 入江污染負(fù)荷估算

4.1 自然背景負(fù)荷

以富春江電站實(shí)測下泄流量與嚴(yán)東關(guān)的水質(zhì)監(jiān)測資料為依據(jù),測算了富春江電站以上流域2007,2008年輸入錢塘江河口的污染物負(fù)荷。富春江電站2007,2008年CODMn、NH3N與TP的平均濃度分別為2.31,0.27,0.15 mg/L與2.18,0.29,0.10 mg/L,污染負(fù)荷測算結(jié)果見表1。

表1 2007,2008年富春江電站下泄錢塘江河口的污染負(fù)荷表

從表1可知,因CODMn、NH3N濃度2007年與2008年基本接近,負(fù)荷量主要與來水量有關(guān),故2008年來水較豐,污染負(fù)荷也較大。2008年TP濃度比較2007年降低了33%,故負(fù)荷總量反而略有下降。另,年負(fù)荷呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性特點(diǎn),2007年3—6月、9—10為2個(gè)峰值,2008年峰值集中在6—8月份。

4.2 面源污染負(fù)荷

如前文,錢塘江河口富春江電站以下的面源污染負(fù)荷分5個(gè)區(qū)域進(jìn)行測算,2007,2008年各分區(qū)CODMn、NH3N與TP的平均濃度見表2,污染負(fù)荷估算結(jié)果見表3,2008年分區(qū)的面源污染貢獻(xiàn)率見圖2。

表2 2007,2008年分區(qū)CODMn、NH3N與TP的平均濃度表

圖2 錢塘江河口面源污染分區(qū)貢獻(xiàn)率圖

表3 2007,2008年錢塘江河口面源污染合計(jì)表

從表2可知,錢塘江河口區(qū)上下游,支流及平原河網(wǎng)水質(zhì)存在明顯差異,總體表現(xiàn)為上游水質(zhì)優(yōu)于下游,支流水體水質(zhì)優(yōu)于平原河網(wǎng)水;杭嘉湖、蕭紹寧河網(wǎng)水總體較差,NH3N、TP為Ⅴ～劣Ⅴ類。比較2 a的水質(zhì)變化情況,2008年CODMn濃度明顯高于2007年的監(jiān)測結(jié)果,而NH3N、TP的濃度略優(yōu)于2007年,同時(shí)因入河水量不同,年污染負(fù)荷量也存在一定的差異。從表3、圖2可見,杭嘉湖、蕭山寧平原排入錢塘江河口的水量合計(jì)占29%,而排入錢塘江河口的COD、NH3N與TP分別占44%、58%和51%,是N、P元素的主要貢獻(xiàn)者。

面源污染主要受雨水沖刷進(jìn)入河道,因此與全年的降雨分布密切相關(guān)。圖3為杭嘉湖、蕭紹寧平原2008年逐月的入江污染負(fù)荷柱狀圖。從圖中可看出,污染負(fù)荷主要集中在降雨量較大的6月份。

圖3 杭嘉湖、蕭紹寧2008年逐月入江污染負(fù)荷圖

4.3 點(diǎn) 源

與面源污染相比,點(diǎn)源污染的排放全年比較穩(wěn)定,根據(jù)浙江省環(huán)境監(jiān)測中心站提供的資料及筆者實(shí)地調(diào)查考證結(jié)果,錢塘江河口2007,2008年的點(diǎn)源污染情況見表4。從表4可知,錢塘江河口點(diǎn)源排放污水量2008年較2007年增長3.5億m3,CODCr排放量有所增加,但因2008年排放濃度較2007年降低,故NH3N與TP的入江負(fù)荷反而略有減少。

表4 錢塘江河口點(diǎn)源污染負(fù)荷表

5 入江污染負(fù)荷合計(jì)

錢塘江河口背景污染負(fù)荷、點(diǎn)源與面源污染負(fù)荷合計(jì)見表5,各項(xiàng)來源所占比例見圖4。

表5 錢塘江河口2007,2008年污染負(fù)荷合計(jì)表

圖4 錢塘江河口2008年各項(xiàng)污染負(fù)荷組成比例圖

從表5和圖4可見,點(diǎn)源所占排放水量的比例最小(4%),但其所占的污染負(fù)荷比例較高,COD、NH3N與TP負(fù)荷分別占29%、40%與14%;面源污染排水量占36%,污染負(fù)荷分別占41%、42%和47%;富春江電站下泄水量最大(占60%),但污染負(fù)荷所占比例相對(duì)較小,分別為30%、17%和39%,是錢塘江河口干流維持較好水質(zhì)的主要有利因素。

6 結(jié) 語

本文根據(jù)錢塘江河口的特點(diǎn),提出錢塘江河口污染負(fù)荷由富春江電站下泄的背景負(fù)荷、河口區(qū)面源負(fù)荷與點(diǎn)源負(fù)荷3部分組成。根據(jù)3部分負(fù)荷的排入特點(diǎn),提出了適宜的污染負(fù)荷計(jì)算方法,并計(jì)算了2007,2008年的CODMn、NH3N與TP的入江負(fù)荷量。分區(qū)面源污染負(fù)荷計(jì)算表明,杭嘉湖、蕭紹寧平原河網(wǎng)水質(zhì)較差,是主要的面源污染貢獻(xiàn)者,貢獻(xiàn)率分別達(dá)44%、58%和51%。總污染負(fù)荷分析表明,富春江電站下泄的水體量大,但攜帶的污染負(fù)荷相對(duì)較小,是錢塘江干流維持較好水質(zhì)的主要有利因素;點(diǎn)源排放的污水量所占比例最小,但其所占污染負(fù)荷比例較高,面源污染也是主要的負(fù)荷貢獻(xiàn)者。今后,隨著錢塘江河口地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展,點(diǎn)源排放量的增加是必然的,故加強(qiáng)河口地區(qū)的面源污染整治以不增加錢塘江河口的納污總量,將是實(shí)現(xiàn)錢塘江河口水環(huán)境保護(hù)的重要途徑之一。

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