梁滩河流域污染物通量研究

李 科，高 旭，郭劲松

（重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆400045）

随着三峡水库的形成和库区城镇化的推进，库区流域水质污染问题越发严重，库区的快速发展使得污染物产量激增。同时三峡水库形成后库区水体自净能力下降，纳污容量降低［1］；三峡库区次级河流是入库污染物的重要携入水体，张晟等［2］研究三峡库区15条次级河流营养盐通量时发现，15条次级河流TN，TP排放总量分别为库区67个城市污水排放口排放量的27倍和9倍，超过城市污水对三峡水库营养盐输入的影响。库区次级河流污染物总量控制对于库区的污染防控和治理十分重要。

梁滩河流域地处缙云山脉和中梁山脉之间的槽型区域，梁滩河流经重庆市九龙坡区、沙坪坝区、北碚区，在北碚区龙凤桥汇入嘉陵江。其流域面积511.8km2，流域内有15个集镇，总人口超过60万。2006年流域内三个区生产总值为600.08亿元，2009年三区生产总值达到1 040.09亿元。流域内场镇处于高速城市化进程中，但流域内基础设施落后，目前只有土主和北碚两座城市污水处理厂。梁滩河是三峡水库库尾的重要次级河流，也是重庆主城区流域面积最大、污染最严重的次级河流之一。

梁滩河位置如图1所示。该河目前作为环保部督办重庆市重点综合整治的河流，主要整治工程包括河道整治工程、污水处理工程、集镇垃圾处理工程、工业废水治理、生态农业工程、水土保持工程六个部分。该河治理在三峡库区生态恢复重建和库区城镇化河流治理中均占有重要位置。基于此笔者对梁滩河流域污染物通量进行研究，以确定研究区域内主要污染物、主要污染河段、各污染项主要排入河段，为梁滩河综合治理提供基础依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域

梁滩河流域上游由东西两支构成，本文选取该两支作为研究对象。东支发源于重庆市九龙坡区白市驿镇廖家沟水库，西支发源于九龙坡区走马镇，两支于沙坪坝区土主镇四塘汇合。研究的梁滩河上游地区域流域面积282.96km2，占全流域面积的58%。

1.2 采样时间及采样点布置

采样时间为2010年7月24日，采样当天为晴天，气温26～37℃，采样区域水温29～35℃。Donald A.Goolsby［3］等人在研究密西西比河流域、O.S.Pokrovsky等人［4］在研究谢韦尔纳亚德维纳流域、李茂田［5］等人研究长江流域时均发现河道污染物通量存在季节性特征。梁滩河流域属于中亚热带季风湿润气候区，年平均降水量为1 088.6mm，夏季占年降水量40%～50%，冬季只占4%～5%；在7月下旬8月上旬是长江流域的洪水季节。研究区域内夏季出现河道底泥上浮、农业径流加大、生活污水水量增加等污染负荷增加的现象，构成点源、面源、内源污染一体的复合型输出。李茂田等人［5］的研究发现长江流域在夏季洪水期入海的营养盐负荷占全年的74%，溶解性硅占73%，溶解性无机氮占68%，溶解性无机磷占68%。梁滩河流域属于长江水系，其水文特征与长江类似，因此其夏季污染物通量可能为全年的峰值。研究梁滩河流域污染负荷峰值可以为区域生态环境管理和规划提供基础数据，基于此选择七月下旬进行采样分析。

根据对梁滩河踏勘调查，梁滩河上游东支河岸工业企业沿密集，河水水质受到工业污水和城镇生活污水影响远高于其它影响因素，因此东支采样点主要按照工业和城镇分布情况进行布置。西支沿岸工业企业较少，其主要污染源为场镇生活污水和养殖粪便。农业污染属于面源，研究区域养殖业分散，对这两方面污染情况难以单独监测，因此西支采样点布置主要按场镇镇域的分布。本研究一共布置了12个采样点，各采样点具体布置如图1所示。

图1 采样点分布情况

1.3 测试方法

水质监测项目有流量，pH值，DO（溶解氧），水温，NH4＋－N（氨氮），TN（总氮），TP（总磷），COD－cr，铅，锌，铬。pH、溶解氧分别采用美国哈希公司SENSION 1便携式pH计和LDOTMHQ10便携式溶氧仪；水温采用温度计法；流量采样重庆华正水文仪器厂生产的LS45A型旋杯式流速仪对河道中泓线进行流速测定，然后对断面尺寸采用钢尺测定，从而计算出流量；CODCr采用哈希微回流法测试，使用哈希DRB200消解器和DR2800COD测试仪；NH4＋－N，TP，采用美国Lachat公司的Quickchem 8 500型流动注射分析仪测定。TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，具体操作参照《水与废水监测方法（第四版）》［6］进行；其中pH值，DO，水温为现场测定，CODCr、NH4＋－N、TN、TP取样后加硫酸至pH值小于2后在4℃条件下保存，并于24h内在实验室测定，铅，铬采样后加硝酸至pH值小于2后在4℃条件下保存，并于7天内测试。所有样品CODCr，NH4＋－N，TN，TP，铅，铬测试每个样品均采用双平行样进行，误差控制在10%以内。

2 结果与讨论

2.1 测试结果

各个采样点断面水质结果如表1所示。按照GB3838－2002《地表水环境质量标准》［7］进行对比并按照单因素法进行判定，发现所有采样点均为劣Ⅴ类水体。东支采样点Ⅲ到Ⅳ污染最严重，西支采样点1污染最严重；

表1 各个采样点水质情况（流量单位：m3／s，其它各项单位：mg／L，NA：数据无效）

2.2 污染物通量分布

水环境污染物通量是指水环境（河流、河口、湖泊、水库等水体）中的污染因子（无机和有机污染物如CODcr，NH4＋－N，Cd等）在一定时间内通过研究断面的总量。污染物浓度不能反映出水量对浓度的影响，也不能反映各个断面污染物总量，因此污染物通量在水环境污染物总量控制研究中比污染物浓度更有价值。等标污染负荷作为污染物通量的细化指标，它使得各项污染项之间能够比较，更易于找出流域内主要污染物。对各个采样点各项污染物的等标污染负荷按照公式（1）［8］进行计算：

其中：Pij为第i个采样点中第j项指标的等标污染负荷；Cij为第i个采样点中的第j项指标；C0j为该采样点的第j项指标的目标准限值。Qi为第i个采样点的流量，单位为L／s；流域内各个采样点各项监测指标如表1所示。对各采样点选取《地表水环境质量标准》中的监测项目CODcr、NH4＋－N、TN、TP、铅、铬，按照该区域目标水质—地表水Ⅳ类水体，进行等标污染负荷计算，计算结果如表2所示；对各采样点各项污染负荷按照公式（2）进行求和可以得出各个点的污染负荷之和。对采样范围内的所有污染负荷按照公式（3）、（4）进行计算，可以得出流域内的主要污染物，以及评价指标中的各项污染物所占比重，计算结果如图2所示；

图2 各项污染物所占比重

计算结果表明研究区域内主要污染指标为TN，其所占比重为39.66%，污染指标从高到底依次为：TN＞NH4＋－N＞TP＞CODcr＞铬＞铅；其中氮、磷、CODcr所占比重达到95%，铬、铅仅占5%，表明研究区域内属于氮、磷和有机污染，重金属污染较轻。

表2 污染负荷比计算结果

2.3 污染源分布分析

两断面间等标污染负荷变化，可以反应断面间在河道自净后的污染负荷增减情况。研究区域内各河段等标污染负荷增减量计算结果如图2所示，其中正数表示该区段污染物增加，负数表示污染物在该区段得到降解。该指标能反映在河流利用自身降解后剩余污染物增减量大小，可以对污染负荷消减提供参考。该区域计算结果表明东支中Ⅱ到Ⅳ段污染负荷增长迅速，这与该区域内场镇规模较大和工业企业数量多有关。其次为Ⅳ到Ⅴ区段，该段集中居民区数量较少，主要污染源为工业企业，而Ⅴ到Ⅵ区段污染物得到降解。因此在东支中治理的重点为采样点Ⅱ至采样点Ⅴ区段。

图3 各采样断面间等标污染负荷增减量

西支由于下游城镇规模比上游大，工业企业数量增加，排污总量增大，造成从上游到下游污染负荷不断增加。东西两支汇合后污染负荷比汇合前两断面总量增加明显，这表明土主镇和陈家桥镇对东、西两支的污染贡献大。通过断面间的污染负荷总量可以得出该流域中污染物主要排入区段为虎溪镇到土主四塘桥段、土主镇到四塘桥段，其次为白市驿镇到含谷镇段，由于区域内的工业和企业布置呈现以场镇为中心的情况，因此主要需要治理区域为土主镇、陈家桥镇，其次为白市驿镇、含谷镇为中心的场镇生活污水和场镇周边工业污水。

对各个断面间的污染负荷分析可以得到断面间的污染负荷变化，但是对于各个污染指标的排入河段却区分不够明显。对各污染指标通量进行分析，能够更好的了解各个断面间各污染指标的排入情况，对区段污染物总量控制更有针对性。各断面间不同污染指标之间通量的差可判定污染物在河道自身净化之后的增减量，可为各河段不同污染指标专项治理提供依据。各断面间污染物通量差计算结果如表3所示，其中正数表示增加，负数表示降低。

表3 各河段污染物排入量 g·s－1

从上表可以看出东支中CODcr主要增加断面为天赐温泉到含谷镇断面以及含谷到童善桥断面，NH4＋－N主要增加断面为天赐温泉到含谷镇区段，其次为白市驿场镇到天赐温泉段，童善桥到土主镇段，TN主要增加断面为白市驿场镇到含谷镇区段，TP主要增加断面为白市驿场镇到天赐温泉段。西支中CODcr，NH4＋－N，TN，TP从上游往下游一直处于增加状态，这是由于下游河道沿岸城镇规模比上游沿岸城镇规模大，污染物排入量随之增多造成。

3 结 论

（1）采用等标污染负荷进行评价发现梁滩河上游污染物次序依次为总氮＞氨氮＞总磷＞CODcr；其中选取来评价的重金属所占污染负荷较小，低于5%。

（2）通过断面间的污染负荷总量得出该流域中主要需要治理区域为土主镇、陈家桥镇，然后为白市驿镇、含谷镇为中心的场镇生活污水和场镇周边工业污水。

（3）梁滩河各项污染指标进入河道的主要区段各异，东支中氨氮主要在白市驿到含谷、童善桥到土主段；总氮主要在白市驿到含谷段进入；总磷主要在白市驿到含谷段进入；CODcr主要在天赐温泉到童善桥段进入。西支各考察污染项均呈现出自上游向下游增加的趋势。

［1］ 罗固源，付永川，许晓毅，等.三峡库区次级河流污染整治的对策分析.癌变.畸变.突变［J］.2007，19（3）：209－211.

［2］ 张晟，李崇明，郑丙辉，等.三峡库区次级河流营养状态及营养盐输出影响.环境科学，2007，28（3），500－505.

［3］ Donald A.Goolsby，William A.Battaglin，Brent T.Aulenbach，Richard P.Hooper.Nitrogen flux and sources in the Mississippi River Basin［J］.The Science of the Total Environment 248（2000）75－86.

［4］ O.S.Pokrovsky，J.Viers a，L.S.Shirokova，V.P.Shevchenko，A.S.Filipov，B.Dupré.Dissolved，suspended，and colloidal fluxes of organic carbon，major and trace elements in the Severnaya Dvina River and its tributary［J］.Chemical Geology 273（2010）136－149

［5］ Maotian Li，Kaiqin Xu，Masataka Watanabe，Zhongyuan Chen.Long－term variations in dissolved silicate，nitrogen，and phosphorus flux from the Yangtze River into the East China Sea and impacts on estuarine ecosystem［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science 71（2007）3－12.

［6］ 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法（第四版）.［M］.北京：中国环境科学出版社，2002.

［7］ 国家环保总局.GB3838－2002地表水环境质量标准［S］.北京：中国环境科学出版社，2002.

［8］ 蔡建安，张文艺.环境质量评价与系统分析［M］.合肥：合肥工业大学出版社，2003.