桂林市城区主要污染物入河量估算

黄晓敏，邹俊波，邵军荣，徐成剑

(长江勘测规划设计研究院，湖北武汉 430010)



桂林市城区主要污染物入河量估算

黄晓敏，邹俊波，邵军荣，徐成剑

(长江勘测规划设计研究院，湖北武汉 430010)

[目的]估算桂林市城区主要污染物入河量。[方法]根据用水量对桂林市城区城镇污染源包括生活源、工业源、规模化畜禽养殖源和农业面源(COD和NH3-N)的入河量进行了估算。[结果]城镇生活源和工业源是桂林市城区主要污染物入河量的主要来源；城镇生活源和工业源贡献比例分别为27.6%～31.4%和58.7%～59.7%；桂林市区和其他区县贡献比例分别为35.6%～37.1%和62.9%～64.4%；桂江流域贡献比例最大，为66.8%～68.3%，其次是柳江下游，比例为25.7%～26.8%。[结论]经估算，桂林市城区污染源的COD和NH3-N入河量分别为24 952.57和3 276.31 t/a。

污染物入河量；生活源；工业源；规模化畜禽养殖源；农业面源；估算；桂林市

污染源调查及污染物入河量分析是水资源保护及水污染防治的重要基础。由于监测站网覆盖率有限，对通常规模以下入河排污口的污染物入河量缺乏有效的监测和统计。目前，关于农业面源污染问题的研究也较少，对农业面源污染物入河量与贡献率尚不清楚。笔者估算了桂林市城区各污染源污染物入河量，评价各污染源对水体污染的影响，旨在为桂林市城区水体污染治理提供科学依据。

1　材料与方法

1.1研究区概况桂林市位于广西壮族自治区东北部，地处泛珠三角、西南、东盟三大经济圈的结合部，是沟通国内西南与华南沿海经济的桥梁，贯通国内与东盟的枢纽，也是广西东北部地区及桂湘交界地区的政治、经济、文化、科技中心。

桂林市地处低纬地带，属亚热带季风气候，年平均气温接近19.4 ℃。7、8月最热，平均气温28.5 ℃左右，1、2月最冷，平均气温8.3 ℃左右，偶尔降到0 ℃以下，年平均无霜期309 d，年平均降雨量1 974 mm，年平均相对湿度为73%～79%。全年风向以偏北风为主，平均风速为2.2～2.7 m/s，年平均日照时数为1 670 h。桂林市属红壤土带，以红壤为主，酸碱度为4.5～6.5。

桂林市河流水系发达，全市共有大小河流100余条，流域面积在50 km2以上的河流有35条，其中五大河流的资江与湘江分属长江流域的资江、湘江水系，桂江、洛清江、浔江属于珠江流域的西江水系。笔者选取广西壮族自治区桂林市城区及与城区紧密相关的漓江、洛清江、湘江等部分河段所涉及的兴安县、灵川县、临桂区和永福县为研究区域，估算2013年各污染源污染物入河量，评价各污染源对水体污染的影响。

1.2污染物入河量调查根据污染源特点，将污染源分为点源和面源，其中点源包括城镇生活源、工业源和规模化畜禽养殖源，面源包括农村生活源、农业源和散养畜禽养殖源。城镇生活源主要考虑城镇居民和服务业。

根据研究区域受纳污染物特点，结合国家“十二五”环境总量指标，选择反映水体有机污染物指标COD和NH3-N作为分析指标[1-2]。

1.3污染物入河量估算方法

1.3.1城镇生活源。城镇生活源主要包括城镇居民生活和服务业两方面。城镇生活源污染物入河量是以城镇人口数量、居民生活及服务业用水量、耗水系数、污水处理率及回用率、污染物浓度及入河系数等参数为基础估算得出[3]。

城镇综合污水产生量计算公式如下：

Q城=W城×(1-k城耗)

(1)

式中，Q城为城镇生活污水产生量，万m3/a；W城为城镇生活用水量，万m3/a；k城耗为城镇生活污水耗水系数。

城镇综合污水主要污染物的污染负荷计算公式如下：

(2)

式中，i为某种污染物指标；W城生，i为城镇综合污水污染物入河量，t/a；W城生直，i为城镇综合污水污染物直排量，t/a；θ城生污，i为城镇综合污水污染物污水处理厂排放量，t/a；ζ污为城镇综合污水处理率；c城生直，i为城镇综合污水排放浓度(未进污水处理厂)，mg/L；p城生回为城镇生活污水回用率；c城生污,i为污水处理厂排放浓度，mg/L；β点入，i为点源污染物入河系数。

1.3.2工业源。工业源包括一般工业和火电工业。由于桂林市城区无火电工业，该研究的工业源为一般工业源。工业源污染物入河量是以工业增加值、用水量、耗水系数、废水处理率及回用率、污染物浓度及入河系数等参数为基础估算得出。

工业废水产生量计算公式如下：

Q工=W工×(1-k工耗)

(3)

式中，Q工为工业废水产生量，万m3/a；W工为工业用水量，万m3/a；k工耗为工业废水耗水系数。

工业废水处理包括工企业处理和城镇污水处理厂处理2种方式。工业废水的处理率为工企业处理率和城镇污水处理厂处理部分的总和。工业废水各个污染物的污染负荷计算公式如下：

(4)

式中，W工，i为工业废水污染物入河量，t/a；W工直，i为工业废水污染物直排量，t/a；φ工污，i为工业园区废水集中处理站污染物排放量，t/a；φ城工污，i为城市污水处理厂处理工业废水的污染物排放量，t/a；ξ工为工业园区废水集中处理站收集处理率；c工直，i为工业废水排放浓度(未处理)，mg/L；c工污，i为工业园区废水集中处理站处理后排放污染物浓度，mg/L；p回为废污水回用率；ξ污收为城市污水处理厂工业废水率；c城生污，i为污水处理厂排放浓度，mg/L；β点入，i为点源污染物入河系数。

1.3.3规模化畜禽养殖源。规模化畜禽养殖是指生猪存栏100头以上，家禽存栏3 000只以上，奶牛、肉牛存栏50头以上及肉羊年出栏100只以上的养殖场。规模化畜禽养殖源污染物入河量是以规模化畜禽养殖数量、畜禽用水定额、耗水系数、污染物排放浓度及入河系数等参数为基础估算得出。

规模化畜禽养殖污水产生量计算公式如下：

Q规模畜禽=W规模畜禽×(1-k畜禽耗)

(5)

式中，Q规模畜禽为规模畜禽养殖污水产生量，万m3/a；W规模畜禽为规模畜禽养殖用水量，万m3/a；k畜禽耗为规模畜禽养殖污水耗水系数。

规模化畜禽养殖各污染物的污染负荷计算公式如下：

W规模畜禽，i=Q规模畜禽×c规模畜禽，i×10-2×β点入，i

(6)

式中，i为某种污染物指标；W规模畜禽，i为规模化畜禽养殖污水污染物入河量，t/a；Q规模畜禽为规模化畜禽养殖污水污染物排放量，t/a；c规模畜禽，i为规模化畜禽养殖污水污染物排放浓度，mg/L；β点入，i为点源污染物入河系数。

1.3.4农业面源。面源污染是相对于点源污染而言，主要指用于发展农业生产的化肥、农药、农膜、畜禽粪便等以及农村居民生活排放的生活垃圾、生活污水、人粪尿等随水流失所造成的污染。晴天蓄积、雨天排放、无固定发生源是农业面源污染的最基本特征。农村生活污染物入河量是以农村人口数量、用水定额、耗水系数、污水处理率、污染物浓度及入河系数等参数为基础估算得出；散养畜禽污染物入河量是以散养畜禽数量、单位畜禽排污系数及入河系数等参数为基础估算得出[4]；农田径流污染物入河量是以耕地面积、单位耕地面积污染物排放系数及入河系数等参数为基础进行估算。

农村生活污水污染负荷计算公式为

(7)

式中，Q农生为农村生活污水产生量，万m3/a；W农生为农村生活用水量，万m3/a；k农耗为农业生活污水耗水系数；W农生，i为农村生活污水污染物入河量，t/a；W农污，i为农村生活用水污染物排放量；β农生入，i为农村生活污水污染物入河系数；ξ农生为农村生活污水污染物削减率；c农生直,i为农村生活污水污染物排放浓度，mg/L。

散养畜禽污染负荷计算公式为

(8)

式中，W畜禽，i为散养畜禽污染物入河量，t/a；W畜禽污，i为散养畜禽污染物排放量，t/a；β面入，i为面源污染物入河系数；N畜禽为散养畜禽头数(折合猪，折合标准：1头奶牛折合成10头猪，1头肉牛折算成5头猪，30只蛋鸡折算成1头猪，60只肉鸡折算成1头猪)，万头；α畜禽，i为单位散养畜禽污染物排污系数，kg/(头·a)；ξ畜禽为散养畜禽污染物削减率。

农业面源污染负荷采用排污系数法进行估算，计算公式为

(9)

式中，W农业，i为农田污染物入河量，t/a；W农业污,i为农田污染物排放量，t/a；β面入，i为面源污染物入河系数；ξ农业为化肥使用量削减率；M为耕地面积，hm2；α农业，i为单位耕地面积污染物排放系数，kg/(hm2·a)。

1.4参数设定人口数量、国民经济各行业主要发展指标采用2013年桂林市社会经济统计年鉴数据；各行业用水、耗水水平参考2013年桂林市水资源公报数据；各行业污水处理率及排放浓度主要为核定2013年桂林环保局提供资料后取值；废污水入河系数是根据管网漏失率取值，主要参考2013年桂林市水资源公报数据。

2013年，研究范围内城镇人口143.05万人，城镇居民和服务业用水量分别为11 231.53和6 986.05万m3；城镇居民和服务业耗水率均为25.0%；桂林城区和临桂区污水处理率分别为91.5%和87.2%，兴安县、灵川县和永福县污水处理率为78.0%；城镇综合污水COD和NH3-N排放浓度(未进污水处理厂)分别为300和15mg/L；污水处理厂尾水排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准，COD和NH3-N排放浓度分别为60和8mg/L；污水、COD和NH3-N的入河系数均为0.75。

2013年，研究范围内一般工业增加值约428.94亿元，一般工业用水量为23 146.82万m3；一般工业耗水率为25.0%；桂林城区和临桂区废水处理率约85.0%，其中，城区和临桂区污水处理厂接受工业废水率分别为15.0%和10.0%；兴安县、灵川县和永福县废水处理率约78.0%，污水处理厂暂未接受工业废水；工业废水COD和NH3-N平均排放浓度分别为238.9和16.7mg/L；工业废水达标处理排放执行《污水综合排放标准》(GB8978—1996)一级标准，污水处理厂接受工业废水达标处理排放执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级B标准；污水、COD和NH3-N的入河系数均取0.75。

2013年，研究范围内规划化畜禽养殖数量约63.27万头(折合猪，折合标准：1头奶牛折合成10头猪，1头肉牛折算成5头猪，30只蛋鸡折算成1头猪，60只肉鸡折算成1头猪)，规模化畜禽养殖用水量1 339.28万m3；参考《畜禽养殖业污染物排放标准》及规模化畜禽养殖场废污水处理工艺，规模化畜禽养殖污水COD和NH3-N排放浓度分别为150和80mg/L；污水、COD和NH3-N的入河系数均取0.50。

2013年，研究范围内农村人口92.94万人，农村生活用水量4 138.21万m3；农村生活耗水率为85.0%；桂林农村尚未建立污水处理设施，农村生活污水大多分散排放；农村生活污水COD和NH3-N排放浓度(未经处理)分别为150和10mg/L，入河系数取0.25。

2013年，研究范围内散养畜禽折合猪头数为15.82万头，散养猪COD和NH3-N的排污系数分别为50和10g/(头·d)，入河系数为0.20。

2013年，研究范围内灌溉面积87 385.34hm2，农田COD和NH3-N的排污系数分别为150.00和30.00kg/(hm2·a)，入河系数为0.10。

2　结果与分析

2.1城镇生活源经估算，2013年研究范围内城镇生活综合污水、COD和NH3-N的入河量分别为10 247.39万m3/a、7 840.51和904.39 t/a(表1、2)。

按城市分区分析，市区生活综合污水、COD和NH3-N的入河量分别为6 968.04万m3/a、5 010.02和598.90 t/a，分别占研究范围城镇生活综合污水、COD和NH3-N入河量的68.0%、63.9%和66.2%；其他区县生活综合污水、COD和NH3-N的入河量分别为3 279.35万m3/a、2 830.49和305.49 t/a，分别占研究范围城镇生活综合污水、COD和NH3-N入河量的32.0%、36.1%和33.8%(表1)。

表1　2013年桂林市城区各区县生活污水及主要污染物入河量

按水资源四级区分析，桂江流域生活污水、COD和NH3-N的入河量分别为8 552.40万m3/a、6 419.61和748.60 t/a，分别占研究范围内生活污水、COD和NH3-N的83.5%、81.9%和82.8%，是研究范围内生活污水及污染物入河量最大的流域，其次是柳江下游，生活污水、COD和NH3-N的入河量分别为1 282.16万m3/a、1 047.35和116.48 t/a，分别占研究范围生活污水、COD和NH3-N的12.5%、13.4%和12.9%；湘江和柳江中游生活污水及污染物入河量较小，这2个水资源四级区的生活污水、COD和NH3-N的入河量分别为412.83万m3/a、373.55和39.32 t/a，分别占研究范围生活污水、COD和NH3-N的4.0%、4.8%和4.3%(表2)。

表2　2013年桂林市城区各水资源四级区生活污水及主要污染物入河量

2.2工业源经估算，2013年研究范围内工业废水、COD和NH3-N入河量分别为13 020.09万m3/a、14 907.06和1 923.09 t/a(表3、4)。

按城市分区分析，市区工业废水、COD和NH3-N入河量分别为3 766.83万m3/a、4 086.56和535.86 t/a，分别占研究范围工业废水、COD和NH3-N入河量的28.9%、27.4%和27.9%；其他区县工业废水、COD和NH3-N的入河量分别为9 253.26万m3/a、10 820.50和1 387.23 t/a，分别占研究范围工业废水、COD和NH3-N的入河量的71.1%、72.6%和72.1%(表3)。

表3　2013年桂林市城区各区县工业废水及主要污染物入河量

按水资源四级区分析，桂江流域工业废水、COD和NH3-N的入河量分别为8 459.58万m3/a、9 689.05和1 247.18 t/a，分别占研究范围工业废水、COD和NH3-N的65.0%、65.0%和64.9%，是研究范围内工业废水及污染物入河量最大的流域，其次是柳江下游，柳江下游工业废水、COD和NH3-N的入河量分别为3 941.45万m3/a、4 470.50和581.50 t/a，分别占研究范围工业废水、COD和NH3-N的30.3%、30.0%和30.2%(表4)。

表4　2013年桂林市城区各水资源四级区工业废水及主要污染物入河量

2.3规模化畜禽养殖源经估算，2013年研究范围规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N入河量分别为66.96万m3/a、100.45和53.57t/a(表5、6)。

按城市分区分析，规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N的入河量分别为7.22万m3/a、10.83和5.78 t/a，均占研究范围规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N入河量的10.8%；其他区县规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N的入河量分别为59.74万m3/a、89.61和47.79 t/a，均占研究范围规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N的入河量的89.2%(表5)。

表5　2013年桂林市城区各区县规模化畜禽养殖污水及主要污染物入河量

按水资源四级区分析，桂江流域规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N的入河量分别为31.56万m3/a、47.34和25.25 t/a，分别占研究范围规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N的47.1%，是研究范围内规模化畜禽养殖污水及污染物入河量最大的流域，其次是柳江下游，柳江下游规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N的入河量分别为22.36万m3/a、33.54和17.89 t/a，分别占研究范围规模化畜禽养殖污水、COD和NH3-N的33.4%(表6)。

表6　2013年桂林市城区各水资源四级区规模化畜禽养殖污水及主要污染物入河量

2.4农村面源经计算，2013年研究范围内农村面源COD和NH3-N入河量分别为2 104.55和395.26 t/a。农村生活、畜禽养殖和农田径流COD入河量分别为192.38、601.40和1 310.78 t/a，分别占农村面源COD入河量的9.1%、28.6%和62.3%；农村生活、畜禽养殖和农田径流的NH3-N入河量分别为12.83、120.28和262.16 t/a，分别占农村面源NH3-N入河量的3.2%、30.4%和66.3%(表7、8)。

按城市分区统计，市区农业面源COD和NH3-N入河量分别为148.1和27.1 t/a，分别占研究范围农业面源COD和NH3-N入河量的7.0%和6.9%；其他区县农业面源COD和NH3-N入河量分别为1 956.43和368.14 t/a，分别占研究范围农业面源COD和NH3-N入河量的93.0%和93.1%(表7)。

表7　2013年桂林市城区各区县农村面源主要污染物入河量

表8　2013年桂林市城区各水资源四级区农村面源主要污染物入河量

按水资源四级区统计，桂江流域农业面源COD和NH3-N入河量分别为892.80和166.70 t/a，分别占研究范围农业面源COD和NH3-N入河量的42.4%和42.2%，比重最大；其次是柳江下游，农业面源COD和NH3-N的入河量分别为857.80和161.90 t/a，分别占研究范围农业面源COD和NH3-N入河量的40.8%和41.0%(表8)。

2.5废污水及主要污染物入河量经估算，2013年研究范围城镇生活源、工业源、规模化畜禽养殖源和农村面源的废污水、COD和NH3-N入河量分别为23 334.44万t/a、24 952.57和3 276.31 t/a。

按污染源统计，研究范围COD和NH3-N入河量以点源为主，点源COD和NH3-N入河量贡献比例分别为87.9%和91.6%。城镇生活源、工业源和规模化畜禽养殖源废污水入河量分别占点源废污水入河量的43.9%、55.8%和0.3%；城镇生活源、工业源、规模化畜禽养殖源和农业面源NH3-N入河量对研究范围NH3-N入河量的贡献比例分别为31.4%、59.7%、0.4%和8.4%；城镇生活源、工业源、规模化畜禽养殖源和农业面源COD入河量对研究范围COD入河量的贡献比例分别为27.6%、58.7%、1.6%和12.1%(图1)。

图1　污染源入河量COD和NH3-N贡献率Fig.1　The contribution rate of COD and NH3-N into river

按城市分区统计，市区废污水、COD和NH3-N入河量分别为10 742.09万t/a、9 255.55和1 167.66 t/a，分别占研究范围内废污水、COD和NH3-N入河量的46.0%、37.1%和35.6%；其他区县废污水、COD和NH3-N入河量分别为12 592.35万t/a、15 697.02和2 108.66 t/a，分别占研究范围废污水、COD和NH3-N入河量的54.0%、62.9%和64.4%。

按水资源四级区统计，桂江流域废污水、COD和NH3-N入河量分别为17 043.54万t/a、17 048.79和2 187.77 t/a，分别占研究范围废污水、COD和NH3-N入河量的73.0%、68.3%和66.8%；其次是柳江下游，废污水、COD和NH3-N入河量分别为5 245.97万t/a、6 409.14和877.76 t/a，分别占研究范围废污水、COD和NH3-N入河量的22.5%、25.7%和26.8%。

3　结论

(1)该研究根据用水量估算了2013年桂林市城区城镇生活源、工业源、规模化畜禽养殖源和农业面源的COD和NH3-N入河量。经估算，桂林市城区污染源的COD和NH3-N入河量分别为24 952.57和3 276.31 t/a。

(2)按污染源统计，桂林市城区COD和NH3-N入河量以点源为主，其入河量贡献比例分别为91.6%和87.9%。城镇生活源和工业源是桂林市城区COD和NH3-N入河量的主要来源。城镇生活源和工业源COD入河量贡献比例分别为31.4%和59.7%；城镇生活源和工业源NH3-N入河量贡献比例分别为27.6%和58.7%。

(3)按城市分区统计，市区COD和NH3-N入河量贡献比例分别为37.1%和35.6%；其他区县COD和NH3-N入河量贡献比例分别为62.9%和64.4%。

(4)按水资源四级区统计，桂江流域COD和NH3-N入河量贡献比例分别为68.3%和66.8%；其次是柳江下游，柳江下游COD和NH3-N入河量贡献比例分别为25.7%和26.8%。

[1] 张涛，白金凤，马超，等.新疆克孜勒苏河碦什市段入河污染物估算及特征分析[J].中国环境监测，2015，31(1)：85-89.

[2] 张涛，克孜勒苏河碦什市段污染物入河量估算及水污染控制对策研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2014：31.

[3] 吴玮，黄天寅，赵克强，等.苏南快速城镇化区域典型河道入河污染物调查分析与估算[J].生态与农村环境学报，2013，29(5)：618-624.

[4] 刘培芳，陈振楼，许世远，等.长江三角洲城郊畜禽粪便的污染负荷及其防治对策[J].长江流域资源与环境，2002(11)：456-460.

Estimation of Major Pollutants into River in Urban Area of Guilin City

HUANG Xiao-min, ZOU Jun-bo, SHAO Jun-rong et al

(Changjiang Institute of Survey, Planning, Design and Research, Wuhan, Hubei 430010)

[Objective] The aim was to estimate the quantity of major pollutants into river in urban area of Guilin City. [Method] According to water consumption, the quantity of COD and NH3-N from urban pollution sources including living source, industrial source, large-scale livestock and poultry breeding source and agricultural surface source into river in urban area of Guilin City were estimated. [Result] The results showed that: urban living and industrial sources are the main sources of the major pollutants into river in the research area; the contribution ratios of urban living and industrial sources are 27.6%-31.4% and 58.7%-59.7%, respectively; the contribution ratios of inner-city and its suburbs are 35.6%-37.1% and 62.9%-64.4%, respectively; the largest contribution ratio is from Guijiang river basin with 66.8%-68.3%; and the second contribution ratio is from the lower reaches of Liujiang river basin with 25.7%-26.8%. [Conclusion] The quantity of COD and NH3-N into river from urban area of Guilin City is estimated as 24 952.57 and 3 276.31 t/a, respectively.

The quantity of pollutants into river; Living source; Industrial source; Large-scale livestock and poultry breeding source; Agricultural surface source; Estimation; Guilin City

黄晓敏(1987- )，女，山东安丘人，工程师，博士，从事水资源研究。

2016-06-03

S 181.3

A

0517-6611(2016)24-038-06