岷江大桥控制单元水体氨氮和总磷源解析

陈亚平，岳艾儒，韦娅俪，杨长军

(四川省环境保护科学研究院，成都 610041)

随着人口的急剧增长和工农业的迅速发展，我国河流水质恶化情况日益严重，尤以点源和非点源超负荷排放而引起的氮、磷元素超标最为突出[1～5]。2015年4月国务院印发《水污染防治行动计划》，要求切实加大水污染防治力度，针对水质未达标的地区应制定达标方案，将治污任务逐一落实到汇水范围以内的排污单位，并明确了防治措施及达标时限。

四川省是“千河之省”，流域面积100 km2以上的河流有1 049条，属长江流域的国土面积占96.7%，三峡库区80%的水量来源于四川境内。可见，四川省流域污染防治工作对三峡库区水质安全乃至全国的生态屏障的保护有着至关重要的作用。其中，岷江是长江上游的重要支流，流域范围包括8个市(州)的36个县(区、市)，但岷江流域中游村镇众多，以畜禽养殖业为主，所产生的氮磷污染严重，同时接纳了上游成都市的排污，入境断面氨氮和总磷指标常年处在V类或劣V类水质状态[6]。2016年7月28日四川省委《关于推进绿色发展建设美丽四川的决定》中明确提出，省内将以强力控制和削减总磷、氨氮、COD等污染物为主攻方向，岷江流域是重点整治区域之一。2015年12月2日四川省人民政府发布的《<水污染防治行动计划>四川省工作方案》(以下简称《四川省水十条》)，指出2014年，四川省86个国控断面中，有29个断面超标，以总磷超标居多，为此提出到2020年，岷江流域水环境质量需得到阶段性改善，即达到2016年7月《四川省市(州)水污染防治目标责任书》的阶段性目标；到2030年，岷江流域水环境质量得到总体改善，即达到水体功能区类别要求的目标。《四川省水十条》还提出了针对岷江流域水污染控制的总体要求，一方面，以控制和削减总磷污染物为首要目标的基础上，兼顾氨氮、COD等其他特征的污染因子；另一方面，四川省市(州)在签订水污染防治目标责任书的基础上，对于超标的断面，均需制定相应的水体达标方案。

鉴于此，本文结合上游岷江(外江)南河董坝子断面和府河黄龙溪断面的水质污染情况对岷江大桥断面污染物进行分析，在确定岷江大桥断面水质超标的主要因子的基础上，对岷江流域岷江大桥控制单元氨氮和总磷污染源解析，并构建了相应的达标策略。

1 研究区域概况

岷江大桥控制单元地处四川省眉山市彭山区，作为岷江流域的国控断面之一，位于岷江中游，即为岷江(外江)南河纳入府河后第一个考核断面，又为岷江流经眉山市最上游的考核断面。在收集控制单元上游府河黄龙溪断面(国控断面)、岷江(外江)南河董坝子断面和岷江大桥断面2011年1月～2015年12月的常规水质监测资料的基础上，对岷江大桥控制单元内水体环境质量状况进行研究。岷江大桥控制单元水环境研究范围，见图1。

图1 岷江大桥控制单元水环境研究范围Fig.1 Study area of water environment of Minjiang bridge control unit

2 研究区域水环境现状分析

根据2011年1月～2015年12月的水质监测资料，结合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的要求，按照单因素评价方法，分析研究区域的超标因子和超标倍数。上游府河黄龙溪断面位于成都市双流区黄龙溪镇与眉山市彭山区牧马镇交界处，为岷江支流府河成都市出境断面；上游岷江(外江)南河董坝子断面位于成都市新津县邓双镇与眉山市彭山区青龙镇交界处，为岷江(外江)南河成都市出境断面。上游的黄龙溪断面和董坝子断面COD、氨氮、总磷变化趋势见图2。岷江大桥断面COD、氨氮、总磷变化趋势见图3。

图2 黄龙溪与董坝子断面污染物变化趋势Fig.2 Variation tendency of pollution indexes of Huanglongxi section and Dongbazi section

通过图2可知，首先从COD污染物来看，黄龙溪断面和董坝子断面2011～2015年基本可达GB3838-2002的Ⅳ类水体，其中黄龙溪断面2011年6月、董坝子断面2011年1月和2013年6月的除外，虽上游断面的COD浓度总体上不能满足水体功能区的Ⅲ类要求，但是2014～2015年均可满足《四川省市(州)水污染防治目标责任书》的2020年阶段性目标Ⅳ类要求；第二，从氨氮污染物来看，黄龙溪断面氨氮浓度2011～2014年超标严重，氨氮浓度在2013年4月出现峰值，超标倍数高达8.6倍；董坝子断面氨氮浓度呈现波动，历年超标集中在1～5月，氨氮浓度在2013年4月出现峰值，超标倍数为4.76倍；2个上游断面2015年氨氮浓度明显有所降低；第三，从总磷污染物来看，黄龙溪断面和董坝子断面总磷浓度2011～2015年全面超标，尤以2011～2014年超标严重，黄龙溪断面总磷浓度在2011年3月出现峰值，超标倍数达9.9倍，董坝子断面总磷浓度在2013年4月出现峰值，超标倍数高达13.5倍，2个上游断面2015年总磷浓度总体上有所降低。对比各类污染物2011～2015年逐月变化情况，各类污染物浓度最大超标浓度均集中在每年1～5月，其污染因子月达标率COD>氨氮>总磷。

图3 岷江大桥断面污染物变化趋势Fig.3 Variation tendency of pollution indexes of Minjiang bridge section

从图3可知，岷江大桥控制单元COD在2011～2015年普遍达标(仅2013年4月COD为20.8mg/L，除外)；2011～2015年，氨氮浓度集中在每年的1～5月份超标严重，且在2013年4月份出现峰值，超标倍数达4.98倍，2015年氨氮浓度总体上有所降低；由于治污力度的加大和营养类物质降解的滞后效应，总磷浓度近年呈现波动，以2011～2014年超标最为严重，总磷浓度在2014年5月出现峰值，超标倍数为4.13倍，2015年总磷浓度明显有所降低；污染因子月达标率为COD>氨氮>总磷。可见，氨氮和总磷是导致岷江大桥断面水质超标的主要因子。对比岷江上游的黄龙溪断面、董坝子断面与岷江中游的岷江大桥断面可知，总体上岷江上游的污染现状较中游的污染情况严重，可见上游来水的影响应是岷江大桥断面污染物超标的主要因素之一。

3 研究区域氨氮和总磷源解析

3.1 污染源分担率分析

根据2003年9月《全国水环境容量核定技术指南》中的规定，结合流域情况选取各类污染源的入河系数，分析水陆响应单元的污染物的陆上排放量所对应的入河量。岷江大桥控制单元内工业污染源排污口设在河岸，污水直排入河，入河系数取1.0；由于研究范围尚无正常投运的城镇污水处理厂，参考相似工程案例，城镇生活污水污染源和规模化畜禽养殖污染源的入河系数取0.8；畜禽散养污水、农村生活污水、水产养殖污水、农田面源和生活垃圾等污染源视实际情况分别取0.2、0.2、0.1、0.08和0.05。经计算，2015年岷江大桥控制单元氨氮入河量共计195.88t/a，总磷入河量共计31.77t/a，各个污染源氨氮和总磷的分担率见图4。

图4 控制单元内各个污染源分担率Fig.4 Contribution of pollution sources in the unit

按照污染源类型统计污染负荷，各污染源对控制单元内氨氮、总磷污染负荷贡献最大的污染源分别为城镇生活污水污染源、规模化畜禽养殖污染源，污染分担率分别为42.54%、35.31%，各污染源对控制单元内污染负荷贡献的排序为城镇生活污水污染源>规模化畜禽养殖污染源>农村生活污水污染源>农田径流污染源>畜禽散养污染源。因此，导致岷江大桥控制单元常年氨氮和总磷超标的原因是城镇生活污染源和规模化畜禽养殖污染源的直接排放。

3.2 污染物时空变化分析

3.2.1 氮磷污染并重，受上游来水的影响

岷江大桥控制单元3个污染因子月达标率的次序与上游2个汇入断面的一致，且氨氮与总磷变化趋势基本同步。上游黄龙溪断面地水质常年为劣V类，主要源自成都中心城区来水的影响，虽然中心城区生活污水集中处理率已超过80%，但是由于流域产物总量大及周边区(市)县污水收集处理率不高，加之断面位于旅游景区，导致城镇生活直排污水成为氨氮和总磷的主要来源。上游南河董坝子断面汇入区域以耕地林地为主，虽城镇化率不高，但该区域畜禽养殖活动强度较大，肉鸡、肉兔、生猪等主要养殖是造成水体氮磷污染的主要原因。考虑到岷江大桥控制单元的水质受上游成都市来水的影响，计算范围较广，采用MIKE 21二维水动力水质模型，以总磷为计算因子，对控制单元内不同情景下(情景一：上游来水达标；情景二：上游来水维持现状，不达标)，污染物的影响范围进行模拟分析，详见图5。此处所说的达标是指达到《四川省水十条》2020年的阶段性目标，按照《四川省市(州)水污染防治目标责任书》，即上游黄龙溪断面达到V类水体的要求，上游南河董坝子断面达到“总磷≤0.22mg/L，其他指标为Ⅲ类”的要求，研究的岷江大桥控制单元达到“总磷≤0.33mg/L，其他指标为Ⅳ类”的要求。

图5 支流汇入口下游500m总磷模拟分析Fig.5 Simulation analysis of total phosphorus at downstream 500m of the branches inlet

从图5可知，在汇入支流上游的黄龙溪渡口断面、董坝子断面均不达标，且在污染物浓度维持现状的情境下，岷江大桥总磷浓度为0.39～0.48mg/L；在汇入支流的黄龙溪渡口断面、董坝子断面均达到规定的污染物浓度限值的情境下，岷江大桥总磷浓度为0.303～0.320mg/L，才能满足低于0.33mg/L的考核要求。可见，岷江大桥控制单元受到成都市上游来水水质影响较大，在支流上游断面黄龙溪渡口、支流断面董坝子断面均达标，且在岷江彭山段污染负荷得到有效控制的共同协作下，才能确保岷江大桥控制单元的总磷浓度达标。

3.2.2 季节性变化明显，受水源补给的影响

河流的流量主导着河流水质，此类水源补给类型为常规水源补给，而非常规水源区别于传统意义上的常规的水资源，主要为其再生水或未经处理的废水[7]。非常规水源补给属性的河流水体污染严重，水质波动大。从岷江常年流量来看，一般枯水期是11月～第二年3月，平水期一般是4月、5月和10月，丰水期一般是6～9月。受流量和非常规水源补给的影响，岷江大桥控制单元水质状况的季节性变化特征为枯水期、平水期水体污染物浓度高于丰水期。对于超标倍数较高的氨氮，由于污染物经历了枯水期和平水期，在丰水期刚来临之际的1～5月份凸显。

对于河流流量变化等不可控因素，积极从源头上减排，淘汰落后产能，构建新型产业体系，进而控制非常规水源补给的水量和水质。如大力推进造纸、纺织印染、制革、电镀、化工等重污染行业以及高水耗、高污染、低产出等落后产能的淘汰，鼓励结合自身实际，提高淘汰标准、扩大淘汰产品和工艺范围，综合运用差别价格、环保、土地、市场准入制度、安全生产等多种手段加快推进落后产能淘汰。对于眉山市，着力推进耕地保护、农业“四化”建设、城乡公共服务均等化、新型农村社区建设，以都市现代农业为主导，推进现代服务业与先进制造业协调发展，同时严格限制畜禽养殖，划定禁养区、限制养殖区，严格控制养殖数量，实现粪污零排放。

3.2.3 污染态势有所减缓，受治污力度的影响

“十二五”期间，研究区域排污控制力度大大加强，岷江大桥控制单元累计完成3个乡镇23个村庄环境综合整治，4万余户农户开展了“两池六改一集中”建设，15%的重点乡镇修建了集中式污水处理设施。区域内逐步开展禁养区限养区划定工作，积极推行清洁生产和生态养殖，先后对90多家规模化畜禽养殖企业开展省、市、县三级挂牌限期治理。“十二五”期间实施的综合治理项目，见下表。虽氨氮在2013年4月份出现峰值，总磷浓度在2014年5月出现峰值，但通过2012～2014年实施的8个综合治理项目，2015年总磷浓度明显有所降低，氨氮超标现象也得到有效控制。

表 “十二五”期间实施的综合治理项目Tab. The projects implemented during the Twelfth Five-year

4 控制单元水体达标策略分析

4.1 控制单元水体达标策略的构建

岷江大桥控制单元地处中游，在接纳上游成都市排污的同时，还担负着为长江下游供水的功能。通过前文的讨论，该地区的水质受上游来水水质影响很大。本着“一河一策”的原则，要使控制单元内水质达标，从控源(源头减排)、增容(区域综合整治)、统筹(全程监管)3个方面入手，做到严格环境准入、全面开展区域治理、完善流域协作机制[8～10]，岷江大桥控制单元水体达标策略框图，见图6。

图6 岷江大桥控制单元水体达标策略Fig.6 Strategy for water body reaching the standard of Minjiang bridge unit

4.2 可达性分析

水质目标的可达性分析包括不可控型风险分析和可控型风险分析两部分，不可控型风险主要包括流域水量变化和上游来水影响两部分，可控型风险主要是指实施污染控制工程后的风险。水量长时间处于枯水期，或新建大型水利工程，造成水体流场变化导致的水体自净能力下降的情况，都将加重下游岷江大桥水质超标的风险。在支流汇入断面均达标，且在研究段污染负荷得到有效控制的共同协作下，能确保控制单元水体达标。

根据2017年3月编制的《岷江彭山岷江大桥控制单元水体达标方案》，2016～2020年将斥资逾10亿元，实施工业污染防治项目、城镇污水处理及管网建设、城镇生活垃圾收运及处置、农业农村环境综合整治、水环境综合整治与生态修复、饮用水源地保护区规范化建设六类重点工程，工程实施后，控制单元内COD、氨氮和总磷的入河量分别削减1 712.05t、110.98t和21.94t，与2015年相比污染物入河量削减比例分别达75.38%、56.65%和69.06%，能确保控制单元水体的氨氮和总磷浓度达标。

5 结 语

5.1 岷江控制单元水环境现状分析表明，与上游的黄龙溪断面、董坝子断面的污染特征相似，氨氮和总磷是岷江中游的岷江大桥断面水质超标的主要因子，其中氨氮浓度集中在1～5月超标严重，在2013年4月份出现峰值，总磷在2011～2014年普遍超标严重，在2014年5月出现峰值。

5.2 通过污染源分担率分析可知，研究区域内城镇生活污染源和规模化畜禽养殖污染源的直接排放是导致岷江大桥控制单元常年氨氮和总磷超标的主要原因，由于氮磷污染受上游来水、其他补给水源的影响，呈季节性变化，近年污染态势有所减缓。

5.3 鉴于“十二五”期间治污初见成效，本着“一河一策”的原则，从控源(源头减排)、增容(区域综合整治)、统筹(全程监管)3方面构建了岷江大桥控制单元水体达标策略，为岷江流域水体达标措施的实施及其他流域水体达标方案的制定提供参考。

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