四川省毛河流域污染综合治理方案探讨

杨 柳，田庆华，王 维，韦娅俪

四川省环境保护科学研究院，四川 成都 610041

近年来，岷江中段地区由于工业化、城镇化的快速发展，水体污染状况也愈加严重，并主要集中在一些水量少、城镇化和工业化程度高的小流域，为了确保当地经济的可持续性发展[1]，减缓当地因经济发展带来的环境压力，对这些小流域实施综合治理已经势在必行。该研究以四川省彭山县毛河为研究对象，通过基础数据分析、数字模拟、方案论证的方式，制定了毛河流域污染综合治理方案，以期为四川省类似小流域的综合治理工作提供借鉴。

1 研究区概况

彭山县毛河是岷江中游的一条中小支流，该流域为东经103°42′～103°47′，北纬30°10′～30°15′，是眉山市彭山县人口主要聚集地带，也是粮油等农副产品和主要工矿企业分布区。随着彭山县经济的快速发展，工业、居民生活、农村面源污染增加，目前排入毛河的污染物总量已大大超出毛河的水环境容量，导致毛河水质超标严重，并呈现出加重的态势。

1.1 自然及社会环境

毛河源于彭山保胜乡和邛崃县曹沟、两墙埂。流经彭山保胜、公义、邓庙、谢家、义和、凤鸣、灵石等乡镇，在东坡区镇江镇注入岷江。河长27.6 km，流域面积138.2 km2(含入境集雨面积12.8 km2)，河床比降2.1‰,河口高程410.2 m，集雨面积250 km2，最大流量1 200 m3/s，径流量0.6亿m3。毛河流域内共有4家重点工业企业，工业总产值为3.5亿元。流域内乡镇总人口20.24万人(2008年统计数据)。

1.2 污染现状

毛河因上游修建水库蓄水，上游来水极少，主要靠通济堰、地表径流补水。毛河的污染负荷贡献率主要来自上游来水、工业以及城镇生活排水。工业废水、城镇生活污水是毛河流域内污染物的主要来源，化学需氧量占排入毛河污染物总量的73.8%以上，氨氮占60.2%。在枯水期，上游通济堰水质已经无法达到Ⅲ类水质标准。工业方面，某造纸企业化学需氧量排放量占毛河总排量的64%，尽管该企业排放的废水浓度达到《造纸工业水污染物排放标准》(GB 3544—2008)的限值，但其单位产品基准排水量大大超过了国家规定的标准，造成化学需氧量排放量仍然居高不下，是毛河化学需氧量的主要来源之一。由于城市人口密集，污水处理设施不完善及配套污水管网未完成，导致大量城镇生活污染物未得到有效处理而进入毛河。毛河各污染源入河量贡献率情况如表1所示。

表1 毛河各污染源贡献率情况

注：工业污染数据来自环境统计数据，城镇生活、农村生活及径流污染数据为地方统计数据和实地调查结合，采用《全国水环境容量核定技术指南》中系数进行估算。

化学需氧量在污染物统计中通常采用重铬酸钾法(CODCr)进行检测和统计，而在水质分析中常采用高锰酸钾指数(CODMn)对河流受到的有机污染进行评价。采用高锰酸钾指数法进行评价，将重铬酸钾法所测化学需氧量总量统一换算为高锰酸钾指数(换算系数CODCr∶CODMn=3.77∶1，该系数为岷江中段各断面、各月份监测数据归纳整理所得)，文中统一用COD指代。

根据《四川省地面水水域功能划类管理规定》，毛河流域水域环境功能类别划分为Ⅲ类水域。

1.3 水质现状

近年来，由于毛河流域社会经济的发展和人口的不断增加，给该流域带来了较严重的环境污染问题，水体水质已从Ⅱ类下降至Ⅴ类，向岷江输入了大量的对COD有贡献的污染物和氨氮、总磷等，加剧了岷江的富营养化[2]进程。同时，毛河的丰枯水位变化明显，水流交换量较大，河道两侧自然护坡在水力冲刷的作用下坍塌较为严重，原有自然植被被破坏，水土流失严重，水体透明度下降，河道两侧原有水生生态系统的平衡被打破，水体自净能力下降，加大了进入岷江的污染负荷。

毛河近3年的月均水质变化见图1。一年中，毛河大部分月份水质在Ⅳ类和Ⅴ类之间波动，少数月份水质达到劣Ⅴ类。溶解氧常年较低，COD和氨氮超标是造成水质不达标的主要因素。毛河水质在丰水期有一定好转，多为Ⅳ类，平水期水质主要为Ⅴ类，在枯水期水质最差，经常为劣Ⅴ类，说明水量对毛河水质的影响比较明显。

图1 2006—2008年毛河水质状况

2 毛河流域污染综合治理方案

治理方案基于对流域充分全面的了解，采用的技术路线如图2所示。

图2 技术路线图

2.1 毛河水环境动态模拟

经过对毛河流域水环境现状的分析，研究构建了毛河的水环境变化模型[3]，模型示意见图3。模型可对毛河水环境变化状况进行了数据动态模拟，便于详细、准确地掌握毛河的污染现状，并验证综合治理方案实施后的治理效果。

图3 模型示意图

2.1.1 水环境模型及参数选用

采用一维稳态单组分水质模型[4]对单位区间上河流对COD、氨氮的降解进行计算，反演有关系数(K)。毛河采用的各类参数见表2。计算中，Kc为COD降解系数，d-1；KN为氨氮衰减系数，d-1。采用多宾斯-坎普稳态模型[4]对毛河流域水环境中BOD、溶解氧的变化情况进行模拟计算，反演K，KB1、KB2分别为BOD的衰减系数、沉浮系数，d-1；KD为河流复氧系数，d-1；KR为泥径系数，mg/L·d-1；KP为藻径系数，mg/L·d-1。K与温度、河段人工改造、水量不均匀程度有关，按式(1)修正。

K(r)=K(20)θ(T-20)δa·b

(1)

式中：K(20)表示水温为20 ℃时的K(T)表示水温为T℃时的K；θ为T℃时K的修正系数，用θ(T-20)计算；δ为河流全段特征值；a为人工对天然河流的干扰因子；b为水量不均系数。因条件所限，将δa·b暂定为1。

表2 毛河模型计算参数表

表2中各参数为年均值，模型采用月均值计算，其中河水饱和溶解氧浓度按月均水温计算，污染物浓度及河水流速由彭山县政府提供，各模型系数(K)的修正系数(θ)采用岷江中段计算值[5]。在计算中，毛河采用河流水文状况有关变化系数如表3所示。

表3 毛河水文时间变化系数

2.1.2 计算方法及计算结果

毛河干流共计27.6 km，以1 km为1个计算单元，对每个单元构建输入输出模块(图3)。指标选用相应的河流水质模型进行单元计算，并引入水文数据、水质数据、环境统计数据、社会统计公报数据，以Excel作为数据平台[6]，反演不同干流区间、不同月份(不同温度)、不同水量条件下的各主要水质指标变化系数(K)。经过反演算，毛河干流各主要水质指标变化系数见表4。

2.1.3 毛河水环境现状解析

由于毛河河长较短，流量小，无足够停留时间和充足水量对水体中可生化的污染物进行生化降解，致使其生化降解能力和复氧能力都较弱，该河流的环境容量多为稀释容量，输移容量及自净容量都较小。

COD排放现状:毛河的COD降解系数为负值，表明统计的COD排放量低于实际排放量。而监测数据显示，COD全年有11个月超标，说明排入的污染物已经超过了毛河自身的净化能力，毛河不能完全降解排入其水体的COD类污染物，COD为毛河的主要超标因子。

氨氮排放现状:氨氮降解系数基本为异常值，同期只有4月氨氮稍微超标外，其余月份均达标，说明统计的氨氮排放量高于实际的氨氮排放量，毛河对氨氮还尚有一定环境容量。这主要是由于上游来水水质较好，使其部分得到稀释，但因为毛河河流距离短，没有足够的时间对氨氮进行生化降解，所以毛河对氨氮的环境容量大多为稀释容量，而少为自净容量。

表4 毛河变化系数月均值

BOD、溶解氧分析:河流中溶解氧是反映水质洁净程度的重要参数之一。2008年，毛河有6个月(4、5、6、7、9、10月)溶解氧偏低，而在此期间，河流的复氧系数均在正常范围内，BOD在4、5月超标，6、7、9、10月达标，说明这几个月毛河的环境容量在可控制范围内，当河流水质出现超标，可通过有效的环境管理手段实现达标；8月出现了溶解氧正常、复氧系数却异常的情况，分析原因可能是由于上游通济堰来水溶解氧含量高，这也说明通济堰来水水质对毛河的纳污能力影响较为明显。

2.2 毛河流域污染综合治理方案

加强污染源源头控制，增加河流自身纳污能力。毛河流域污染治理工作的重点为“点源治理+面源治理+提高自净能力”，并针对性地制定了流域综合治理方案。

2.2.1 综合治理方案及投资

根据毛河的水量季节变化情况确定流域内主要污染物(COD、氨氮)在不同时间段(以季节或月份为单位)的允许排放量。

以治理重点污染工业企业、完善城镇污水处理设施及管网建设为重点，规划和制定削减两类污染源主要污染物(COD、氨氮)排放量的可行方案；全面开展畜禽养殖污染、农田面源污染和农村生活污染治理。

以水环境生态修复、生态截污、治污为手段，修建河口生态工程，改造河道以增加水域面积和水体停留时间，提高河流的自净能力。

由于常规的末端治理局限性比较大，若上游通济堰来水超标，按照毛河现有的排污状况很难保证其水质达标。为了保证毛河水质稳定达标，结合综合治理方案(方案1)拟定了补充方案(方案2)：当毛河进入枯水期或上游来水超标，导致环境容量下降， 对流域的重点工业和城镇生活污染源采取污染源转移策略，单独修建一条水生态控制渠，将其排放达标的污水深度处理后污染物就地卸载，使其达到或接近Ⅲ类地表水后再引入岷江。

毛河水环境综合整治工程分为工业污染治理工程、城市污染控制工程、农村污染治理工程、河道改造生态修复工程4个部分：工业污染治理工程包括某造纸企业在内的3个重点企业的污水治理设施的建设和改造，投资估算3 100万元；城市污染控制工程分为城镇生活污水处理设施工程，包含7个乡镇的污水处理厂的建设及其配套管网建设工程，投资估算5 000万元；农村污染治理工程包括农村生活污染治理工程6个，预计投资8 100万元；农业污染治理工程3个，投资金额2 200万元；河道改造生态修复工程主要涉及3个小流域治理工程(预计投资4 700万元)、5个河道改造修复工程(估算投资为1 640万元)。以上工程项目共计27个，投资总金额24 740万元。

2.2.2 综合治理方案实施效果模拟

毛河流域中工业污染、城镇生活污染是主要污染源，这2种污染的治理工程为点源污染治理，污染物减排量可以量化，同时由于其他工程项目的污染物减排量无法准确量化，故治理方案的效果模拟仅针对2种点源污染治理。对2种方案实施效果进行了模拟计算。毛河目前下游出水与2种方案实施后下游出水水质变化对比见图4。

由图4可以看出，CODMn、BOD5、溶解氧、氨氮指标都有一定的好转，区域内排放的污染物减少对毛河水质改善有明显效果，但是方案二的实施对毛河水质提高并不明显。这进一步说明毛河水质达标受上游来水水质的影响较大，点源治理不能作为毛河水质达标的决定性因素，同时方案二投资过大，故最终确定以方案一作为毛河流域污染综合治理方案。

图4 毛河综合治理水质变化分析

3 结论

彭山县毛河流域主要污染源为谢家镇等5个乡镇生活污水及以印染、造纸、化工为主的工业废水。依据毛河流域污染特征，提出的毛河流域水环境综合治理工程总投资约24 740万元。通过项目的实施，可减少工业污染源、生活污染源和农村面源的产生量、排放量和入河量，可满足规划期间毛河流域经济发展的需要和流域水质控制目标的要求。

建议尽快建立流域生态补偿机制、污染物就地卸载、统一污染物统计指标和河流水质评价指标(如CODCr与CODMn)。毛河上游由通济堰补水，由于通济堰来水不能保证全年达标，从而限制了毛河流域的发展，影响了当地居民的生活质量。为保护上下游利益公平，赋予各地平等的发展机会，建议成都市加大对城区水域的治理保护，降低水污染负荷，减轻下游来水的污染程度。同时，建议在通济堰上游水不达标的情况下，上游地区给予彭山县一定的经济补偿，作为生态补偿金用于下游降解上游污染的成本，最终实现上下游经济和环境可持续发展的“双赢”。污染物就地卸载对污水治理而言，是指严格排污控制标准、资源化退水、有效提高区间自净能力。彭山县应将毛河流域内污水处理设施出口排放标准分阶段提高到景观回用水标准以上(CODCr30 mg/L,氨氮5 mg/L)。并在此基础上再通过一级加压提升，利用当地的浅丘台地，规划建设污水处理后排水自净专线(生态自净专线)，沿途设置必要的水体(如湖泊、湿地)，人为增大汇入自然河道前的停留时间和处置空间，使其汇入前达到或接近III类地表水标准。该排水自净专线也可作为毛河流域内农灌用水堰渠，有效置换出部分农灌用水，用以补充通济堰提供的农业用水量，特别是枯水期农灌高峰用水。

[1] 刘忠民，宋其龙，张文静.可持续发展原则下的小流域综合治理研究[J].北京水利，2005(1)：50-51.

[2]刘佳，徐亮，张秋劲，等.四川省水体富营养状况时空分布调查[J].中国环境监测，2012,28(5)：6-8.

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