武当山剑河流域水污染源解析

李 昆，王 玲，焦 栗，李兆华

（湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062）

水体污染源按产生的方式可分为点源和面源两种。点源污染是指污水排放点通过排污管网直接进入水体［1］。面源污染也称非点源污染，是指溶解的和固体污染物从非特定地点，在降水或融雪的冲刷作用下，通过径流过程汇入受纳水体 （包括河流、湖泊、水库和海湾等）并引起有机污染、水体富营养化或有毒有害等其他形式的污染［2］。调查污染源是水环境治理的基础工作，对河流水环境的治理十分重要。

1 研究区域概况

武当山剑河位于湖北省十堰市境内，分布于武当山旅游经济特区，其发源于武当山东麓的倒开门，东北向流经紫霄宫、太子坡、财神庙、王家院、老君堂、武当山镇，至香炉院汇入丹江口水库。剑河为芝河流域右岸一级支流，流域面积47.2km2，主河道长度为26.5km，河床平均比降12%，河口海拔高程150m，河源分水岭海拔高程1180m。属山溪性河流，剑河河道狭窄，陡坡水流湍急，河道中布有5个橡皮坝。从龙潭口进入城区，城区段河道长3.50km，穿过工厂、居民稠密区、公路、学校和机关单位至城区出口 （乔家院桥处），最后顺流而下汇入丹江口水库。

2 研究方法

2.1 数据来源

按照剑河流域的自然地理和社会经济特征以流域内的镇、村为单元，分类收集各项工业活动、农事与人居活动涉及到的原始数据；剑河流域内各污染源排放量数据来源于武当山旅游经济特区污染普查生活源档案、武当山旅游经济特区污染普查工业污染源档案、武当山旅游经济特区农业统计年报、武当山旅游经济特区环境质量年报及其他相关报表，以及运用ArcGIS软件对地形参数进行提取分析并绘制剑河流域位置图 （图1）。

图1 剑河流域位置图

2.2 污染源负荷的核算

2.2.1 点源污染

2.2.1.1 工业污染源 通过对剑河流域的实际调查，并且结合武当山特区污染源普查工业源普查表的记录，武当山特区剑河流域有5家规模以上的工业企业是以剑河为受纳水体，其工业废水排放总量72.72万t，主要污染物COD （化学需氧量）排放量29.7t，NH3－N （氨氮）排放总量8.74t，TN（总氮）排放量为9.31t。

2.2.1.2 城镇生活污染源 武当山旅游经济特区的总人口5.5万人，分布于剑河流域的城镇人口2万人，参考 《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》，人均生活污水产生量按170L/（人·d）计算，污染物负荷按COD 81g/（人·d），NH3－N 8.8g/ （人·d），TN 12.6g/ （人·d），TP （总磷）0.91g/ （人·d）计算。

2.2.1.3 旅游业污染 通过对武当山旅游特点的实地调查，游客的居住、逗留均在武当山镇，因此游客生活污水产生量以及污染物产生系数按照城镇人口标准计算。

2.2.2 面源污染

2.2.2.1 地表径流 根据 《全国水环境容量核算》中标准城市的定义，可将剑河流域城市地表径流按照非城市地表径流选择单位负荷法计算，参照国家环保总局编写的 《湖泊污染控制技术指南》、《河流污染治理技术与实践》和太湖流域上游城镇地表径流的计算方法，剑河流域内生活区的地表径流污染物浓度参数为TP 0.1mg/L，TN 1.8mg/L，COD 7.7mg/L，NH3－N 6.24kg/ （hm2·a）。

2.2.2.2 农村生活污染源 剑河流域内农村总人口为1.85万人，参照全国污染源普查办发布的源强系数说明，农村人均生活污水量取80L/（人·d），污染物产生量 COD 16.4g/ （人·d），TN 5.0g/ （人·d），TP 0.44g/ （人·d），NH3－N 4.0g/ （人·d）。

2.2.2.3 畜禽养殖污染 按 《全国地表水环境容量核定》相关的计算方法，将牛、马、羊和鸡换算成猪，换算关系为：60只肉鸡折合为1头猪，30只蛋鸡折合为1头猪，3只羊换算为1头猪，1头牛折合成5头猪。猪产生的污染物源强系数为COD 50g/ （头 ·d），NH3－N 10g/ （头·d），TN 21.6g/ （头·d），TP 6.8g/ （头·d）。

2.2.2.4 农业面源污染 参照黄漪平对太湖周围土壤的研究成果和 《河流污染治理技术与实践》以及郭永彬的 《基于GIS的流域水环境非点源污染评价理论与方法：以汉江中下游为例》中的标准，剑河流域内的土地利用按照不同的利用类型的流失系数进行计算。同时按照 《全国水环境容量核算技术指南》中的要求对坡度、土壤类型、化肥施用量、降水量进行修正。

2.2.2.5 水产养殖污染 根据 《河流污染治理技术与实践》和日本竹内俊朗关于水产养殖污染排放量的计算方法，鱼类养殖污染物排放量用N、P的环境负荷量表示，饵料N、P含量分别取2.5%和0.4%，鱼体内N、P含量分别为2.86%和0.63%，饵料系数取7［3］，得出每吨鱼的污染物产生量为COD309.2kg、TN146.4kg、TP21.7kg，其中NH3－N为13.5kg/（hm2·a）［4］。

2.2.2.6 大气降尘 水面降尘的污染负荷也是剑河的污染源之一，其计算公式为：

W＝P×A×103

式中，W为水面年降水污染负荷 （t/a）；P为负荷量 ［kg/ （km2·a）］；A 为水面面积 （km2）。根据北京大学出版的 《流域环境规划典型案例》，若流域是以农业用地为主的乡村地区，大气降尘的强度 TN 为10.5～38.0kg/ （km2·a），TP为0.12～0.97kg/ （km2·a）［5］。

3 结果与讨论

分析结果显示，剑河流域内COD、TN、TP、NH3－N的每年排放量分别为1114.84、219.43、21.84、145.33t；点源污染中工业废水的主要污染物COD排放量29.7t，NH3－N排放量8.74t，TN排放量为9.31t，因工业废水的来源特殊其TP排放量极少；城镇生活污水中COD、TN、TP、NH3－N排放量分别为591.3、91.98、6.64、64.24t；旅游业污染中COD、TN、TP、NH3－N排放量为255.15、39.69、2.87、27.72t。面源污染中地表径流COD、TN、TP、NH3－N排放量46.38、10.84、0.6、4.24t；农村生活污水COD、TN、TP、NH3－N排放量110.74、33.76、2.97、27.01t；畜禽养殖COD、TN、TP、NH3－N排放量57.32、24.76、7.80、11.46t；农业面源污染COD、TN、TP、NH3－N排放量分别为13.42、3.92、0.2、1.88t；水产养殖COD、TN、TP、NH3－N排放量为10.88、5.15、0.76、0.04t；大气降尘中TN、TP排放量分别为21.15、0.54kg，通过大气降水产生的COD和NH3－N的量相对极少在此可以忽略（表1）。

表1 剑河流域各类污染源污染物排放情况

3.1 不同污染源中总氮的排放量

城镇生活污水总氮排放量远远高于其他各行业，达到91.98t/a，占流域中各污染源总排放量的41.92%；其次是旅游带来的生活污水，总氮的排放量达到39.69t/a，占各行业总氮排放量的18.09%；接下来依次是，农村生活污水总氮排放量占总排放量的15.39%；畜禽养殖占11.28%；地表径流占4.94%；工业废水占4.24%；水产养殖占2.35%；农业面源污染占总排放量的1.79%；大气降水的总氮排放量仅有0.02t/a（图2）。

3.2 不同污染源中总磷的排放量

畜禽养殖污水的总磷排放量最大，达到7.8t/a，占流域中各污染源总磷排放量的35.71%；其次是城镇生活污水，总磷的排放量达到6.64t/a，占各行业总磷排放量的30.40%；接下来依次是，农村生活污水占13.60%；旅游带来的污水占13.14%；水产养殖占3.48%；地表径流占2.75%；农业面源污染占0.92%（图3）。

图2 剑河流域各类污染源TN排放量

图3 剑河流域各类污染源TP排放量

3.3 不同污染源中化学需氧量的排放量

城镇生活污水的化学需氧量排放量在各行业中占有比例最大，达到591.3t/a，占流域中各污染源总排放量的53.04%；其次是旅游活动带来的生活污水，化学需氧量的排放量达到255.1t/a，占各行业化学需氧量排放量的22.88%；接下来依次是，农村生活污水占9.93%；畜禽养殖占5.14%；地表径流占4.16%；工业废水占2.67%；农业面源污染占1.20%；水产养殖占0.98% （图4）。

3.4 不同污染源中氨氮的排放量

城镇生活污水的氨氮排放量在各行业中最多，达到64.24t/a，占流域中各污染源总排放量的44.20%；其次是旅游带来的生活污水，氨氮的排放量达到27.72t/a，占各行业氨氮排放量的19.07%；接下来依次是，农村生活污水占总18.59%；畜禽养殖占7.89%；工业废水占6.01%；地表径流占2.92%；农业面源污染占1.29%；水产养殖占0.03% （图5）。

图4 剑河流域各类污染源COD排放量

图5 剑河流域各类污染源NH3－N排放量

4 结论

剑河流域内的污水处理厂的截污管网从剑河的龙潭口处开始铺设，左岸污水全部接入管网，其余部分全部进入污水处理厂，剑河右岸虽然铺设污水管道但是污水没有进入污水处理厂，而是在乔家院桥处直接由污水管道排入剑河，是水质恶化的重要影响因素。位于剑河下游的污水处理厂目前实际处理量为7000t/d，主要处理的废水为工业废水、城镇生活污水、旅游活动产生的污水和农村生活污水，经处理后每年仍有48.89万t的废水未处理而直接排入剑河，其中COD、TN、TP、NH3－N的含量分别为158.50、28.07、2.00、20.51t。污水处理厂处理后出水达到城镇污水处理厂污染物排放标准 （GB18918－2002）的一级B标准，其污染物浓度为 COD 60mg/L、TN 20mg/L、TP 1 mg/L、NH3－N 15mg/L，则由污水处理厂排入剑河中的COD、TN、TP、NH3－N含量依次为153、51、2.55、38.25t，废水中COD、TN、TP、NH3－N 的实际入河量为 311.5、79.07、4.55、58.76t。剑河流域各污染源每年排放COD、TN、TP、NH3－N的实际入河量依次为439.5、123.76、13.91、76.38t，其中废水中 TN、NH3－N和COD的入河量在各污染源总入河量中负荷比最高，分别达到总量的63.89%、76.93%和70.88%；畜禽养殖的TP入河量在各污染源总入河量中负荷比最大，占总量的56.07%。

［1］李兆华，李瑞勤.清江水污染防治研究 ［M］.北京：科学出版社，2010.

［2］LEE S I.Nonpoint source pollution ［J］.Fisheries，1979（2）：50－52.

［3］程波.农业环境影响评价技术手册 ［M］.北京：化学工业出版社，2007.

［4］徐祖信.河流污染治理技术与实践 ［M］.北京：中国水利水电出版社，2003.

［5］李兆华，张亚东.大冶水污染防治研究 ［M］.北京：科学出版社，2010.