赤水河九仓—中华段污染负荷及水环境容量分析

方月梅，张晓玲

(1湖北理工学院 环境科学与工程学院，湖北 黄石 435003；2湖北理工学院 环境污染控制与资源化重点实验室，湖北 黄石 435003)

赤水河九仓—中华段污染负荷及水环境容量分析

方月梅1,2，张晓玲1,2

(1湖北理工学院 环境科学与工程学院，湖北 黄石 435003；2湖北理工学院 环境污染控制与资源化重点实验室，湖北 黄石 435003)

通过调查赤水河九仓—中华段各污染源，以化学需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)为污染负荷指标，分析了赤水河九仓—中华段污染负荷现状，确定了主要污染源。在此基础上，选择NH3-N和COD为计算因子，利用一维水质模型测算出赤水河九仓—中华段水环境容量，COD：133.5 t/a，NH3-N：18.75 t/a。结果表明，各水平年COD和NH3-N都没有环境容量，主要是因为沿岸乡镇居民的生活污水未经处理直接排放，白酒企业废水也未达标排放。因此，必须加快各乡镇污水处理厂的建设并使污水达标排放；加强酒厂废水达标治理，确保国酒特殊水源的水质满足生产要求。

赤水河；污染负荷；水环境容量

赤水河仁怀段是国酒茅台特殊生产用水的水源地和仁怀市饮用水水源地，其同时承接了仁怀市大部分的工业废水和生活污水。因此，合理利用和有效保护赤水河水资源和生态环境，确保“国酒茅台”特殊生产用水及酿造环境安全就显得极为重要和迫切。2007年贵州省制定了《贵州省赤水河上游生态保护区规划(贵州境内)》，划定了国酒特殊水源的一级和二级保护区。但随着近几年经济的不断发展，仁怀市的排污等情况发生了变化，赤水河仁怀段的水环境容量也相应地发生了变化。同时随着茅台集团的发展，茅台酒厂将沿赤水河河谷向上游中华村和太平村发展。国酒特殊水源保护区范围也要相应进行调整并重新核定水域纳污能力，以及制定水域排污的总量控制和消减方案，切实实现水资源的有效保护和可持续利用，保障茅台集团可持续发展。

本文在调查和分析赤水河上游九仓—中华村段污染源的基础上，确定了该段的污染负荷，并采用一维水质模型对其水环境容量进行了预测分析，为产业布局、环境管理和污染控制提供理论依据。

1 赤水河概况

赤水河是长江上游较为重要的一级支流，发源于云南省镇雄县，流经云、贵、川3省共13个县市。干流全长436.5 km，落差1 588 m，河口流量309 m3/s。赤水河是长江流域唯一一条没有筑坝并且污染较轻的干流, 因而成为长江上游特有鱼类及多种水生生物的重要栖息地或产卵场，该流域自然资源丰富，珍稀、特有、濒危物种较多。2005年4月赤水河全段及部分支流被划入“长江上游珍稀、特有鱼类国家级保护区”范围，其丰富的物种和生态环境在我国乃至世界生物多样性保护中具有重要地位，同时它也是三峡库区上游水污染防治的重点流域之一；赤水河沿岸地区独特的气候、地质、土壤、水质乃至微生物区系等环境因素，是生产国酒茅台必不可少的条件，国酒茅台对赤水河中上游地区的环境具有依赖性。因此保护赤水河流域的生态环境具有重要意义。

近年来,尽管赤水河流域主要干流的水质仍是Ⅱ类水,但其环境有逐渐恶化的趋势。赤水河流域是一个经济欠发达的地区，是我国人口、资源、环境矛盾最突出的地区之一。上游地区过度开垦和矿产资源的过度开发,导致森林植被锐减,涵养能力下降，水土流失日益加剧，土地石漠化面积不断扩大，赤水河干流来水量减少，局部地区生态功能出现了退化。目前赤水河已有15%～20%的动植物种类受到威胁，高于全国平均水平[1-3]。中下游经济开发活跃, 尤其是茅台镇及其周围酿酒、造纸、煤矿、建材等工业和城镇生活排污，使该区域空气与地表水环境受到不同程度的污染，大气和水环境质量明显退化[3-5]。赤水河流域生态环境压力逐渐增大，区域生态环境急待保护和修复。

2 水污染负荷分析

2.1污染源调查的范围

污染源调查范围为国酒特殊水源保护区及其周围可能会影响水源的污染源区域，包括仁怀市赤水河九仓—中华段茅台镇、坛厂镇、鲁班镇、茅坝镇、龙井乡、九仓镇共6个乡镇。

2.2污染源调查

仁怀市赤水河九仓—中华段主要有点污染源和面污染源这2类污染源。点源调查了涉及仁怀市赤水河九仓—中华段所属的6个乡镇的工业污染源、城镇生活污染源和农村生活源。面源调查了该6个乡镇的农田径流污染源、矿山径流污染源、城镇径流污染源。整体主要调查了保护区及周围区域内存在的工业、企业分布及生产情况、居民区分布情况、废水排污口位置、农业污染源分布情况与养殖场分布情况等。

经调查发现，所涉及的调查范围无规模化畜禽养殖污染源，结合仁怀市的工业分布特点及污染物特性，工业污染源主要考虑白酒企业；由于乡镇离河较远且规模较小，可不考虑城镇径流污染源；鉴于仁怀市矿山主要为沙场和煤矿，其径流中污染物主要为重金属和悬浮物，基本不含COD和NH3-N，也可不考虑矿山径流污染源。因此本文主要分析农村生活污染源、农田径流污染源和白酒工业污染源。

2.3农村生活污染源负荷

2.3.1农村生活污染源调查

农村生活污染源主要指人们在日常生活中烹饪、洗涤、清洁卫生等过程中产生的废水，也包括散养畜禽产生的粪尿和污水等污染源。本文以分布在赤水河周边的村庄为单位，调查农村人口数量及流域分布特征、散养型畜禽(包括猪、牛、马、羊、鹅、鸡、鸭)养殖数量及废渣回收方式等方面的内容。赤水河(九仓—中华段)周边村庄生活污染源调查结果如表1所示。

表1 赤水河(九仓—中华段)周边村庄生活污染源调查结果

2.3.2污染物排放量计算

污水排放量按公式(1)计算：

Q=[N×U×e×f×365+(P×Ep+C×Ec+H×Eh+S×Es+G×Eg)×l×f]×10-3

(1)

式(1)中：Q为控制单元内某乡镇农村生活污水排放量(t/a)；N为某乡镇农村人口数量(人(cap))；U为农村人口生活用水量，根据《贵州省水资源利用区划》，仁怀市统一取值为100 kg/(cap·d)；e为农村生活用水排水系数，统一取值为0.8；f为某乡镇控制单元流域分布系数，根据行政区划图、人口分布图研判，通常取值为0.3～0.8；l为散养畜禽流失率(%)。仁怀农村畜禽养殖中以废渣回收方式处理污染源，因此按产生量的12%计算污染物的流失量；P、C、H、S、G分别指存栏生猪(头)、牛(头)、马(匹)、羊(只)、散养禽(以鹅计，1.25羽鸡=1.25羽鸭=1羽鹅)(羽)的数量；Ep、Ec、Eh、Es、Eg分别对应为猪、牛、马、羊、鹅的年粪尿排放量(kg/a)，分别取值为1 095 kg/a、3 650 kg/a、1 825 kg/a、274 kg/a和36.5 kg/a。

污染物排放量按公式(2)计算：

W=[N×M×e+(P+C×Cp+H×Hp+S×Sp+G×Gp)×Mp×l]×365×f×10-6

(2)

式(2)中：W为控制单元内某乡镇农村生活污染物排放量(t/a)；M为农村人口人均污染物产生量(g/(cap·d))。根据《全国饮用水水源地环境保护规划》附件中提供的源强系数，COD取16.4 g/(cap·d)，NH3-N取4 g/(cap·d)；Cp、Hp、Sp、Gp分别是牛、马、羊、鹅对猪的污染物排放折算系数，依次取值5、3.33、0.33、0.025；Mp是每头猪的日均污染物产生量(g/(cap·d))。根据《全国地表水环境容量核定和总量分配工作方案》附录中提供的源强系数，COD取值为50 g/(cap·d)，NH3-N取值为10 g/(cap·d)；其他参数同公式(1)。

根据污染源调查结果，将农村生活污水和散养畜禽养殖污染物排放情况进行概化处理，仁怀市赤水河水源(九仓—中华段)农村生活污染源污染物排放统计结果如表2所示。

表2 赤水河(九仓—中华段)农村生活污染源污染物排放统计

2.4工业污染源负荷

仁怀市赤水河(九仓—中华段)周边的工业污染源主要是酒厂，赤水河(九仓—中华段)周边工业污染源污染物排放统计如表3所示。

表3 赤水河(九仓—中华段)周边工业污染源污染物排放统计

2.5农田径流面源污染负荷

农田径流面污染源主要指农业生产施用的化肥、农药等污染源。调查了保护区及周围区域赤水河两岸的农田面积、土地坡度、农作物类型、土壤类型、化肥施用量及年降雨量等。近年来，为了满足国酒茅台原料的供应需求，仁怀市主要种植高粱和玉米，水稻的种植面积很小；为保证其产量和质量，要求种植户尽量使用农家肥和有机肥，用黄板和杀虫灯灭虫，少施农药。但河流周边蔬菜和瓜类种植仍然大量使用化肥和农药。

污水排放量按公式(3)计算：

Q=(ST×Us+HD×Uh)×l×f

(3)

式(3)中：Q为控制单元内某乡镇农田径流污水量(t/a)；ST、HD分别是乡镇水田面积、旱地面积(亩)；Us、Uh分别是水田灌溉平均用水量及旱地灌溉平均用水量，根据《贵州省水资源利用区划》(1990)，Us取值为340 t/(亩·年)，Uh取值为206.46 t/(亩·年)；l为灌溉用水流失率，根据《贵州省水资源利用区划》(1990)，全省统一取值为0.43；f为某乡镇控制单元流域分布系数，取值同公式(1)。

根据《全国地表水环境容量核定和总量分配工作方案》附录，将所有农田折算成标准农田，计算出农田的径流污染物排放量。各地农田对应的源强系数需要进行修正。根据贵州省仁怀市的土地利用情况，农田径流污染取值COD：1.5 kg/(亩·年)，NH3-N：0.3 kg/(亩·年)。

赤水河(九仓—中华段)农田地表径流污染物流失量如表4所示。

表4 农田地表径流污染物流失量

2.6污染负荷预测

根据污染源调查与评价可知，国酒特殊水源保护区的污染物绝大部分来自上游河两岸的农村生活污水及白酒企业的废水，因此，本次水质污染负荷的预测也主要针对上述排污进行。各水平年生活污染负荷采用人口数进行预测(以2010年为基准年)，白酒企业按达标排放进行预测，赤水河沿岸农田径流污染的影响则考虑在其汇入赤水河的河水浓度中加以体现。污染负荷预测结果如表5所示。

表5 污染负荷预测结果

3 水环境容量分析

水环境容量是满足水环境功能区水环境质量标准要求的污染物最大允许负荷量。它是一种有限的可再生自然资源，主要受水域特性、环境功能要求、污染物质和排污方式等因素的影响[6-7]。一旦污染负荷超过地表水环境容量，其恢复将十分缓慢与艰难。地表水环境容量的确定是实施水污染物总量控制的依据，是水环境管理的基础。

3.1模型选择

赤水河属宽深比不大的中型河流，污染物排放到水体后，在较短纵向距离的河段内基本上能在断面内达到均匀混合状态，污染物在断面上横向变化不大，因此在水环境容量测算时采用一维水质模型[8]。假设河道为顺直河道，地表水理想环境容量依据《制订地方水污染物排放标准的技术原则与方法(GB3839-93)》中推荐的公式计算：

W0=864[Cs(Q+q)-C0Qexp(k1x/u)]

(4)

式(4)中：W0为河段水体纳污能力(kg/d)；Cs为控制断面水质目标(mg/L)；C0为河段上游断面来水水质浓度(mg/L)，即本底浓度；Q为河段设计流量(m3/s)；q为入河排污口排放量(m3/s)；x为控制断面距排污口距离(m)；k1为降解系数(d-1)；u为水流速度(m/s)。

3.2计算参数的确定

1)设计流量。赤水河仁怀段的最枯流量为12.5 m3/s，平均河宽为40～80 m，流速为0.2 m/s，九仓至中华段河长约34 km。

2)综合降解系数K。参照贵州省环保局统一确定的污染物降解系数：KCOD=0.20 d-1，KNH3-N=0.08 d-1。

3)横向混合系数。横向混合系数取0.05～0.2(流速大于0.5，取0.2；流速小于0.1，取0.05)。

4)本底浓度。本底浓度根据调查的水质现状结果来确定(2010年平均值)，当上一功能区水体中的污染物浓度高于该功能区的控制标准，则取上一功能区水质控制标准的上限值。

5)水质目标值。断面水质标准是以贵州省水环境功能区划确定的水质目标为依据进行评价和计算，并以水环境功能区相应环境质量标准类别的上限值为水质目标值。

6)不均匀修正系数。总体达标水环境容量方法计算出的结果是偏大、偏不保守即偏不安全的。为了保证水源地的安全及更加符合实际情况，引入不均匀系数的概念进行修正，修正公式如下：

W修正=αW

(5)

α为不均匀系数，α是界于0和1之间的一个数。

河道不均匀系数的取值如表6所示。根据赤水河宽可知，该河道不均匀系数取值为0.75。

表6 河道不均匀系数取值表

3.3水环境容量的计算结果

根据公式(4)，选择COD、NH3-N作为容量计算的主要控制因子。赤水河(九仓—中华段)水环境容量计算结果如表7所示。

表7 赤水河(九仓—中华段)水环境容量计算

3.4总量控制

分析对比河段各主要污染物的水环境容量和各水平年水源地各类污染物的负荷可知，各水平年COD和NH3-N都没有环境容量，主要是因为沿岸乡镇居民的生活污水未经处理直接排放，白酒企业废水未达标排放。各类污染物的总量控制COD为133.5 t/a，NH3-N为18.75 t/a。

4 结论与建议

通过调查可知，赤水河由于受到沙坝河、盐津河等支流及干流区工业与城镇生活废水的影响，总体上水质虽然仍然可达到国家地表水标准II类，但其中的主要水质指标已明显不如上世纪90年代以前，

这将直接威胁酒业的发展。国酒特殊水源保护区的污染物绝大部分来自上游河两岸的农村生活污水及白酒企业的废水，各水平年COD和NH3-N都没有环境容量。

茅台酒业发展离不开优良的赤水河水，建议采取如下措施以确保赤水河环境健康：

1)赤水河流域全面发展高效生态农业，调整农业产业结构，降低农业化肥、农药的使用量，有效降低农业面源对赤水河水环境恶化的风险。

2)逐步关停沙坝河小流域的采煤、造纸等企业；加强酒厂废水达标治理。

3)加快建设中枢、鲁班、五马等城镇污水处理设施。

4)对赤水河干流实施严格的功能分区保护。

5)赤水河流域实施流域协调管理战略，通过国家机构的协调，成立包括云南、贵州、四川在内的赤水河流域发展环境综合协调机构，综合协调赤水河流域的环境保护问题以及产业发展问题，确保赤水河环境健康。

[1] 王忠锁，姜鲁光，黄明杰，等.赤水河流域生物多样性保护现状和对策[J].长江流域资源与环境，2007,16(2):175-180.

[2] 段方情，陆安良，苏泽志.国酒基地内矿业开发引发的地址环境问题及其对策[J].贵州地质，2010,27(2)：137-138.

[3] 许宇慧.对完善赤水河流域综合管理的思考[J].决策管理,2010(10)：60.

[4] 任晓冬，黄明杰.赤水河流域产业状况与综合流域管理策略[J].长江流域资源与环境，2009,18(2)：97-103.

[5] 杨发洪.做好环境保护工作，促进酒都经济腾飞[J].科教文汇，2007(6)：204.

[6] 胡锋平，侯娟，罗健文，等.赣江南昌段污染负荷及水环境容量分析[J].环境科学与技术,2010,33(12):192-195,205.

[7] 田旭东，汪晓泉.钱塘江流域污染负荷及水环境容量研究[J].环境污染与防治，2008,30(7)：74-77.

[8] 仝伟，张文志.水环境容量计算一维模型中设计条件和参数影响分析[J].广东水利水电，2006(3)：9-11.

(责任编辑高嵩)

Analysis of Pollution Load and Water Environmental Capacity of Jiucang-zhonghua Section of Chishui River

FangYuemei1,2,ZhangXiaoling1,2

(1School of Environmental Science and Engineering,Hubei Polytechnic University，Huangshi Hubei 435003;2Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，Hubei Polytechnic University，Huangshi Hubei 435003)

Based on the investigation and analysis of various pollution sources,status quo of Jiucang-zhonghua section of Chishui River was analyzed with COD and NH3-N as index of pollution load,and main pollution source was determined.Choosing COD and NH3-N as two indicators,water environmental capacity was computed using one dimensional water quality model as well.The water environmental capacity of COD and NH3-N were 133.5 t/a and 18.75 t/a.The results showed that neither COD nor NH3-N had environmental capacity in each level year mainly because domestic sewage from the residents of the coast was directly discharged without treatment,and that treated wastewater of liquor enterprises did not meet the discharge standard.Therefore the construction of the town sewage treatment plants should be sped up to guarantee emission standard,and the treatment of wastewater from the liquor enterprises should be strengthened to ensure the water quality to satisfy the special production requirements of national wine Maotai.

Chishui river;pollution load;water environmental capacity

2013-10-20

方月梅(1973— )，女，副教授，硕士，研究方向：安全环保。

10.3969/j.issn.2095-4565.2014.01.005

X522

A

2095-4565(2014)01-0016-05