王 凌

鎮(zhèn)江市丹徒區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，江蘇 鎮(zhèn)江 212028

0 引言

京杭運河北起北京，南至杭州，流經(jīng)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(qū)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(zhì)的好壞對鎮(zhèn)江市的城市建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著十分重要的作用[1]。占用河道、污水排放等環(huán)境問題的出現(xiàn)，致使部分河段出現(xiàn)了水質(zhì)超標(biāo)惡化，影響了周邊居民的正常生活，也嚴(yán)重制約了鎮(zhèn)江市社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[2]。

中共中央國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《水污染防治行動計劃》的通知(國發(fā)〔2015〕17號)、《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》(中發(fā)〔2018〕17號)、《沛縣水污染防治工作方案》中提出 “水環(huán)境質(zhì)量總體改善”要求，旨在以保護(hù)水資源、防治水污染、改善水環(huán)境、修復(fù)水生態(tài)為主要任務(wù)，實現(xiàn)斷面水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、水環(huán)境提升的目標(biāo)。作為加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容，對運河周邊環(huán)境治理工程將改善運河水質(zhì)。因此，京杭運河丹徒區(qū)段斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)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(qū)段周邊水系開展摸排調(diào)查、污染源強(qiáng)解析，剖析斷面水質(zhì)超標(biāo)成因，從而提出有效的針對性的對策，為地方環(huán)保管理部門提供技術(shù)支撐，有利于京杭運河水環(huán)境的根本化改善，為提升生態(tài)文明建設(shè)水平，實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的生態(tài)基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)域概況

京杭運河在鎮(zhèn)江丹徒區(qū)段主要流經(jīng)辛豐鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)位于丹徒區(qū)東南部，東臨鎮(zhèn)江新區(qū)丁崗鎮(zhèn)，南與丹陽市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)接壤，西與谷陽鎮(zhèn)相鄰，北與京口區(qū)諫壁鎮(zhèn)相連，區(qū)域面積 76.6 km2。境內(nèi)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(zhèn)水系特點，利用水文單元的控制單元劃分方法[4]，將辛豐鎮(zhèn)控制區(qū)域劃分為兩個控制單元，分別為辛豐鎮(zhèn)斷面上游匯水區(qū)控制單元(簡稱上游控制單元)和辛豐鎮(zhèn)斷面下游匯水區(qū)控制單元(簡稱下游控制單元)，如圖1所示。

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

辛豐鎮(zhèn)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(zhì)狀況的代表性反饋斷面。

辛豐鎮(zhèn)斷面位于辛豐鎮(zhèn)境內(nèi)上、下游控制單元交界處，主要考核鎮(zhèn)區(qū)上游及與下游連接處水質(zhì)。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(huán)境質(zhì)量考核點位及地表水國控斷面。

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

以上兩個斷面2020年水質(zhì)考核目標(biāo)均為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002》中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。然而目前，兩個斷面水質(zhì)存在部分時段Ⅴ類或劣于Ⅴ類類水質(zhì)的情況，無法常年穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2 區(qū)域水環(huán)境狀況評價

2.1 近年水質(zhì)變化分析

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

圖2 辛豐鎮(zhèn)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(zhèn)斷面水質(zhì)呈逐漸波動趨勢，其中化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)兩個因子相對穩(wěn)定，能夠穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，且于2016年9月、2017年3月呈現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)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(zhì)接近Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)總體呈逐漸變差趨勢，化學(xué)需氧量、總磷及高錳酸鹽指數(shù)均達(dá)到地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，但化學(xué)需氧量、總磷、高錳酸鹽指數(shù)均在2016年10月至2017年1月間出現(xiàn)一次及以上的大幅度波動，水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(zhì)變化的大致趨勢相同，但辛豐鎮(zhèn)斷面水質(zhì)情況劣于王家橋斷面，主要表現(xiàn)在氨氮和總氮上。因此，辛豐鎮(zhèn)斷面作為辛豐鎮(zhèn)上游控制單元的水環(huán)境情況反映，其水質(zhì)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(xiàn)水質(zhì)突增現(xiàn)象，水質(zhì)劣于上游辛豐鎮(zhèn)斷面，化學(xué)需氧量、氨氮及高錳酸鹽指數(shù)均出現(xiàn)較大波動，故推測該時段內(nèi)下游控制單元出現(xiàn)較大污染源。關(guān)于其波動原因受到季節(jié)溫度變化影響，需要結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況。

2.2 污染源調(diào)查分析

2.2.1 河道現(xiàn)狀調(diào)查

經(jīng)過走河查看發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)狀運河沿岸存在較多問題。

(1)辛豐鎮(zhèn)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，?？看淮嬖谏钗鬯迸湃牒蝇F(xiàn)象，且部分運輸散貨船未做好維護(hù)措施，導(dǎo)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(yè)企業(yè)，污水直排現(xiàn)象較為嚴(yán)重；同時，由于農(nóng)村雨污分流制管網(wǎng)的未全方位覆蓋健全，導(dǎo)致雨季溢流現(xiàn)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(yè)企業(yè)偷排等問題，將導(dǎo)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(nóng)田和少量畜禽養(yǎng)殖，由于截污措施不到位，大量農(nóng)業(yè)灌溉污水直排入河，導(dǎo)致支流水質(zhì)較差。經(jīng)過調(diào)查每條河道沿線點源、面源、內(nèi)源以及岸線情況，對工業(yè)企業(yè)的污水直排口進(jìn)行排查，得到運河兩側(cè)主要污染物排口和重要點源情況(圖4)。

圖4 運河兩側(cè)主要污染物排口和兩岸重點企業(yè)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(jié)果Fig.5 Calculation results of pollutant inflow

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

3 區(qū)域污染源特征分析和問題識別

3.1 區(qū)域污染源分布特征

上游匯水區(qū)控制單元污染源主要來自農(nóng)村生活污水直排和農(nóng)業(yè)面源污染(面源污染包括岸坡畜禽養(yǎng)殖與種植業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等帶來的污染)。上游匯水區(qū)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(qū)域辛豐鎮(zhèn)內(nèi)約有340多家工業(yè)企業(yè)，重點排污企業(yè)約26家，其中上游控制單元約占75%，企業(yè)主要分布在運河兩側(cè)1 000 m范圍內(nèi)，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(nóng)田灌溉污水，通過管道直排運河或辛豐鎮(zhèn)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(zhì)產(chǎn)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(jié)構(gòu)Fig.6 Pollutant emission structure of upstream control unit

圖7 下游控制單元污染物排放結(jié)構(gòu)Fig.7 Pollutant emission structure of downstream control unit

下游控制單元化學(xué)需氧量排放中農(nóng)村生活源貢獻(xiàn)度最高，占 67.0%，其次是種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)；氨氮排放中農(nóng)村生活源貢獻(xiàn)度最高，占48%，其次是種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)。京杭運河辛豐鎮(zhèn)斷面下游的污染物主要來自于半月溝、民治溝、運河西側(cè)和運河?xùn)|側(cè)排污口匯入的生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)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(qū)域的污染物主要集中在上游匯水區(qū)控制單元(辛豐鎮(zhèn)斷面)，污染物貢獻(xiàn)最大的為生活污染源，其次為農(nóng)業(yè)污染源；生活污染源主要來自運河兩側(cè)居住區(qū)各大村落，農(nóng)業(yè)污染源主要分布在運河兩側(cè)非居住區(qū)，農(nóng)業(yè)污染源貢獻(xiàn)量最大的區(qū)域依次為下游控制單元(王家橋斷面)的運河?xùn)|側(cè)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(jié)合上下游控制單元的現(xiàn)狀，分析辛豐鎮(zhèn)和王家橋兩個斷面水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的主要問題為：

生活污水收集和處理率低。研究范圍內(nèi)鎮(zhèn)區(qū)生活污水接管率低，農(nóng)村分散式生活污水處置每日不足 200 m3，鎮(zhèn)區(qū)污水處置率不足 4%。鎮(zhèn)區(qū)目前已建提升泵站一座，但是由于目前整個鎮(zhèn)區(qū)管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)不合理和不完善，導(dǎo)致鎮(zhèn)區(qū)產(chǎn)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(yè)企業(yè)污染治理欠缺。企業(yè)污水接管率很低，管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)不完善和不合理，鎮(zhèn)域內(nèi)所有工業(yè)企業(yè)污水無法完全收集，工業(yè)企業(yè)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(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重。根據(jù)《鎮(zhèn)江市畜禽養(yǎng)殖禁限養(yǎng)區(qū)劃定方案》可知京杭運河及其支流辛豐鎮(zhèn)區(qū)段河道兩側(cè) 1 km、支流兩側(cè) 0.5 km為禁養(yǎng)區(qū)?，F(xiàn)場調(diào)查和資料收集發(fā)現(xiàn)運河兩側(cè) 1 km范圍內(nèi)仍然存在少量規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場，但無污水處理設(shè)施或規(guī)模較小；在兩個斷面附近存在較多農(nóng)業(yè)種植，部分種植田地緊臨河堤，河堤兩側(cè)大部分為硬質(zhì)水泥駁岸，部分生態(tài)護(hù)坡也被破壞為農(nóng)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(qū)處轄區(qū)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(yuǎn)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(xiàn)象。

上游客水本底值較高影響下游水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。京杭運河丹徒區(qū)段入境斷面(大運河橋斷面)距離長江口約 5.2 km，丹徒區(qū)段水質(zhì)會受到長江水質(zhì)、運河上游京口區(qū)水質(zhì)的綜合影響。調(diào)查發(fā)現(xiàn)上游京口區(qū)段沿岸存在大量碼頭和工業(yè)企業(yè)，部分碼頭和企業(yè)直排污水入河，且辛豐鎮(zhèn)斷面上游4.8 km的諫壁污水處理廠達(dá)標(biāo)排放尾水同樣排入運河西側(cè)，給下游斷面的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)帶來壓力。

4 控制方案研究

針對京杭運河丹徒區(qū)段，選用二維水質(zhì)模型進(jìn)行污染物在水體中的變化模擬，然后依據(jù)水質(zhì)目標(biāo)及污染物的特征，排污方式、時空分布來確定水體的水環(huán)境容量。將水環(huán)境容量計算結(jié)果與該段污染物年入河總量進(jìn)行對比，結(jié)合區(qū)域內(nèi)水環(huán)境容量、污染源削減潛力分析得出保證斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況下，各鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)各類概化排口的削減量[5]。

4.1 目標(biāo)削減量核算

4.1.1 環(huán)境容量核算

區(qū)域?qū)倨皆泳W(wǎng)(河道)地區(qū)，采用河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境容量計算模型進(jìn)行水環(huán)境容量計算(水文保證率為 90%)，對于飲用水源區(qū)、保護(hù)區(qū)采用水環(huán)境容量和現(xiàn)狀面源污染物入河量中的較小值作為水環(huán)境容量[6]。河網(wǎng)(河道)區(qū)環(huán)境容量具體計算公式如下[7]：

(式1)

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

Wij環(huán)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(jié)點之間的河道)；最小時間計算單元為天；K為降解系數(shù)，1/d；Vij為區(qū)域環(huán)境體積；C0ij為區(qū)域環(huán)境本底值濃度，Csij為污染物控制標(biāo)準(zhǔn)濃度；Qoij為流量值，根據(jù)《水域納污能力計算規(guī)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(shè)計流量(水量)。

根據(jù)確定的邊界水文條件，利用研究區(qū)域河網(wǎng)水量數(shù)學(xué)模型，計算出研究區(qū)域最小空間單元和最小時間單元的環(huán)境容量值；再根據(jù)式2匯總出各研究區(qū)域的環(huán)境容量值。計算得到本研究區(qū)域河網(wǎng)在設(shè)計水文、水質(zhì)條件下化學(xué)需氧量、氨氮環(huán)境容量計算成果，以及各斷面需削減率見表2[8]。

表2 水環(huán)境容量及入河污染物需削減率明細(xì)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(huán)境容量確定后，利用等比例分配法將污染負(fù)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(shù)目為n，各排污單位的達(dá)標(biāo)排放量分別為W1、W2、W3…、Wn，環(huán)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(huán)境允許排放量；Wi—第i個排污單位的達(dá)標(biāo)排放量。

在 90%保證率的設(shè)計水文條件下，按照重點源重點削減、優(yōu)先考慮易削減行業(yè)、以及反饋調(diào)整機(jī)制，得到上、下游控制單元(分別對應(yīng))水質(zhì)達(dá)標(biāo)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(wǎng)建設(shè)、面源治理等工程措施削減整治區(qū)域內(nèi)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(qū)域內(nèi)新建污水管道長 35.2 km，做到鎮(zhèn)區(qū)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(shè)分散式農(nóng)村污水處理設(shè)施 42 套，農(nóng)村生活污水拉網(wǎng)覆蓋分散處理率達(dá)到 100%；完善區(qū)域內(nèi)生活垃圾收集、轉(zhuǎn)運、處置。

工業(yè)污染源治理工程。對企業(yè)污水均直排入河的問題，進(jìn)行直排污水口封堵；工業(yè)廢水在企業(yè)內(nèi)部處理，達(dá)到污水接管標(biāo)準(zhǔn)后方排放至生活污水處理管網(wǎng)，再輸送至諫壁污水處理廠，對不達(dá)標(biāo)排放的企業(yè)，必須責(zé)令其限期停產(chǎn)整頓或者關(guān)閉。

農(nóng)業(yè)面源污染控制工程。完成京杭運河及支流 1 km范圍內(nèi)所有畜禽養(yǎng)殖場(戶)搬遷關(guān)閉工作；對匯水區(qū)域內(nèi)56家規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場實施糞污治理，對污染治理不到位的養(yǎng)殖場進(jìn)行再改造；對植被進(jìn)行化肥農(nóng)藥減施，測土配肥，并在京杭運河支流兩側(cè)農(nóng)田建設(shè)生態(tài)護(hù)岸帶，建設(shè)15 km的生態(tài)型示范帶溝渠和生態(tài)護(hù)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(shè)配套的污水存儲、垃圾接收暫存設(shè)施，完善區(qū)域污水管網(wǎng)、垃圾轉(zhuǎn)運服務(wù)體系，提高含油污水、化學(xué)品洗艙水等接收處置能力及污染事故應(yīng)急能力。

河道環(huán)境綜合治理工程。清除被農(nóng)田占用的京杭運河兩岸生態(tài)護(hù)坡，完成運河兩岸護(hù)坡植被的恢復(fù)；對塔崗河、半月溝等淤積河道進(jìn)行全面生態(tài)疏浚，對人民溝、塔崗河、半月溝、民治溝實施水生態(tài)修復(fù)。

監(jiān)測體系與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)工程。在入境斷面(大運河橋斷面)、辛豐鎮(zhèn)斷面、王家橋斷面及京杭運河支流增加自動監(jiān)測儀 7 套及自動在線監(jiān)測儀及視頻監(jiān)控設(shè)備，并根據(jù)水體情況相應(yīng)的采取有效的應(yīng)急防治措施。

5 結(jié)論

本文對京杭運河丹徒段進(jìn)行調(diào)研分析，分別選取了辛豐鎮(zhèn)斷面、王家橋斷面以代表運河丹徒區(qū)上、下游控制單元的水質(zhì)狀況。

通過對年度、月度的例行監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，得出該段運河水質(zhì)無法穩(wěn)定Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，部分時段惡化至劣Ⅴ類，主要超標(biāo)因子為氨氮和總氮，且辛豐鎮(zhèn)斷面水質(zhì)情況劣于王家橋斷面，即上游控制單元水環(huán)境狀況劣于下游控制單元。

同時，經(jīng)走河查看和排污企業(yè)調(diào)查，直觀預(yù)測水環(huán)境問題所在，并對上、下控制單元內(nèi)的污染物入河量進(jìn)行了核算，得到區(qū)域內(nèi)最主要污染源為農(nóng)村生活污染源，并識別兩個斷面水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的主要問題。最后通過計算和分配水環(huán)境容量，與上下游控制單元現(xiàn)狀排污量對比，得到現(xiàn)狀污染源排放量進(jìn)行削減，使河網(wǎng)的水環(huán)境容量達(dá)到控制要求。