沱江（成都段）水环境问题诊断及水质目标管理建议

刘畅伶

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司水环境与城建工程分公司，成都 611130）

推动长江经济带发展是一项重大国家战略。《长江经济带发展规划纲要》提出以“生态优先、绿色发展”为核心指导思想，水生态环境质量全面恢复是长江生态文明建设的关键举措，直接决定着长江经济带建设战略目标的实现[1-2]。沱江是长江上游的重要支流，位于长江经济带上游生态保护区。沱江流域（成都段）处于成渝两大核心城市的中间地带，位于成渝双城相向发展的主轴上，区位优势非常明显。流域水质改善和水生态环境恢复，对于保障区域绿色高质量发展具有重大的现实意义。

沱江是四川省内污染较严重的河流，水污染是四川省十大环境问题之一，成都德阳控制单元严重水污染问题是中央环保督察的重点之一[3-4]。该区域水资源自然禀赋不足，人均水资源量相当于四川省平均水平的40%。由于区域经济快速发展，入河污染物大量增加，沱江水质恶化趋势明显。调查显示2013年成都市黑臭河渠多达183条。随着成都“东进”战略的提出和实施，对区域水生态环境质量提出了更高的要求。为从根本上扭转成都市沱江流域的水环境问题，围绕河流水质恢复开展了系列工程措施，区域河流水环境质量得到了极大改善，主要河流水质全部达标。然而，部分支流河段水污染问题仍然严峻，污染来源呈现高度的区域耦合特征[5-6]。流域水生态系统恢复、完整性提升方面进展缓慢。流域水资源短缺，水资源承载能力与社会经济布局不相适应[7]。随着成都市升格为国家中心城市，成都正加快迈进建成区面积超千平方千米、市区人口超千万的“巨型城市”，用水需求会大幅增加，水资源与水环境承载力的不足问题进一步凸显，这已成为影响流域经济社会可持续发展和水生态文明建设的瓶颈。

沱江流域（成都段）对于长江经济带，尤其是成渝地区双城经济圈的发展具有独特水生态意义。经过近五年的水环境治理，河流水质取得了较好的改善效果，水生态恢复的水质基础已经基本具备。因此，本文在总结区域河流水质演变过程基础上，对污染来源进行了解析，明确了污染物的主要来源区域和贡献源，并进一步提出了基于水质目标管理的重污染河段水污染治理和水生态修复方案建议，为沱江流域（成都段）水生态修复和长江经济带的绿色发展提供支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区域

沱江流域（成都段）跨越成都市东北部和东南部，介于东经103°60′～104°89′、北纬30°22′～31°44′之间，流域东西长125 km，南北宽133 km，涉及都江堰、彭州、郫都、金牛、成华、新都、龙泉驿、青白江、金堂、简阳市10个区（市）县，总面积6 458 km2。其中，彭州流域面积1 422 km2、新都流域面积497 km2、青白江流域面积379 km2、金堂流域面积1 156 km2、简阳市流域面积2 214 km2。

沱江流域（成都段）当地水资源总量为2.99×109m3，人均水资源量仅为525 m3，属于极度缺水区。外调水资源后，人均水资源也只有1 266 m3，仅相当于四川省人均水资源的40%，水资源量严重不足。水资源的短缺导致河道生态环境用水被挤占。沱江、毗河、资水河、西江河等河流部分断面生态需水得不到满足，水环境承载力下降，加之社会经济发展带来的污染物大幅增加，河流污染日趋严重，水质优良率不到30%。

1.2 水质数据来源和分析方法

根据沱江流域成都段水文特征，综合考虑干支流特点，本研究选择了11个监测点位，见图1。本次分析主要采用了山泉柏杨、西河天平、新市、红日大桥4个市控断面，毗河二桥、清江大桥、201医院、三皇庙、临江寺、爱民桥6个省控断面，以及宏缘国控断面2018—2020年的化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）、生化需氧量 （biochemical oxygen demand，BOD5）、氨氮和总磷数据，分析沱江流域（成都段）水质空间特征和变化趋势。上述指标的监测分析方法按照国家标准方法进行。

图1 沱江流域（成都段）主要河流概化图及监测站点位置图Fig.1 The main hydrological monitoring station of Tuojiang River basin(Chengdu section)

1.3 污染源数据来源和分析方法

污染源分析包括点源、面源和内源，基础数据主要采用2019年环境统计数据。本文主要分析2018年沱江流域（成都段）点源污染物排放现状，包括工业源、城镇污水处理厂污染排放情况、生活源排放情况、畜禽养殖排放情况、城市地表径流面源、农业种植面源状况等。

工业污水入河系数确定，参考原国家环保总局《主要水污染物总量分配指导意见》点源入河系数的选择方法。但考虑到计算范围大，且基础数据库尚不足以支撑工业企业与入河口的一一对应，考虑到该区域大部分企业到流域的直线距离在10 km以内，因此工业污染物入河系数取0.9，集中式污水处理设施入河系数取1.0。畜禽养殖产排污量计算方法为输出系数法。地表径流面源计算方法选择基于土地利用图识别各区县城镇面积的输出系数法。

2 结果与讨论

2.1 沱江流域（成都段）河流水质状况及变化趋势

沱江流域各点位氨氮年平均浓度分布如图2所示。从图中可以看出，沱江流域上游和下游地区的氨氮普遍都能够达到地表水Ⅲ类标准（1.0 mg/L），但中游地区各点位则普遍超标，其中以毗河中下游超标最严重，浓度最高的点位为西河天平。总磷污染较严重，除上游点位总磷浓度基本能够达到地表水Ⅲ类标准外（0.2 mg/L），中游、下游的绝大部分点位均未能达标。流域COD整体达标率较高（Ⅲ类标准，20 mg/L），仅部分支流点位有少量的超标情况，导致西江河、阳化河、绛溪河COD污染相对较重。但从整个流域上看，COD已不是主要的污染指标。多数断面生化需氧量（BOD5）均符合Ⅲ类标准（4 mg/L）。但西河天平BOD5浓度超标严重。毗河二桥、201医院、爱民桥、红日大桥等断面部分时段超标，但超标情况不严重。

图2 2018—2020年沱江流域（成都段）主要干支流COD（a）、BOD5（b）、氨氮（c）和总磷（d）平均浓度Fig.2 The average concentration of COD(a),BOD5(b),ammonia nitrogen(c),and total phosphorus(d)in Tuojiang River basin(Chengdu section)in 2018—2020

在时间变化方面，上述指标自2018年到2020年总体表现为逐步降低的趋势（图3），即水质改善十分明显。2019年总磷较2018年虽有下降，2020年却显示出上升趋势，如清江大桥断面；COD在部分断面也有类似趋势，如清江大桥断面、红日大桥断面。上述结果表明，虽然流域水质总体改善，初步具备了开展水生态修复的水质基础条件。同时也需要指出，部分断面水质仍然呈现出反弹趋势，因此，在流域层面持续深推水污染控制和治理仍是十分必要的。

图3 2018—2020年沱江流域（成都段）河流COD（a）、BOD5（b）、氨氮（c）和总磷（d）浓度变化趋势Fig.3 The concentration change trend of COD(a),BOD5(b),ammonia nitrogen(c),and total phosphorus(d)in Tuojiang River basin(Chengdu section)in 2018—2020

2.2 流域污染源现状分析

沱江流域（成都段）污染源分析包括点源、面源和内源。本文分析了2018年沱江流域（成都段）点源污染物排放现状，包括工业源、城镇污水处理厂污染排放情况、生活源排放情况、畜禽养殖排放情况、城市地表径流面源、农业种植面源状况等。结果表明，沱江流域（成都段）化学需氧量总量为68 355 t，氨氮5 779 t，总氮11 612 t，总磷为2 151 t。从不同污染源贡献来看（表1），COD和氨氮以生活源为主，城镇污水贡献率超过50%；而总磷以畜禽养殖贡献为主，占57%，农业面源污染为第二大贡献因子，占26.6%。

表1 沱江流域（成都段）2018年不同来源污染物占比Table 1 The proportion of pollutants from various sources in Tuojiang River basin(Chengdu section)

从污染的空间分布来看（图4），彭州市、简阳市和金堂县是污染物的主要排放区域。从各单元点源入河量空间分布情况看，COD、总磷入河量主要集中在毗河单元及沱江简阳段单元；氨氮入河量主要集中在毗河单元和沱江金堂段单元；其中毗河单元点源负荷最重，占各污染物入河量的46.9%～49.6%。沱江流域的点源污染输入主要来自城镇生活直排、农村散排和餐饮业直排的输入，三者合计占比73%～80%。城镇生活直排贡献最大，主要来自毗河控制单元的新都区、龙泉驿区、金牛区等人口密度较高城区，生活污染产生量较大。推进排放源头的规范整治是今后的一项重要工作。

图4 沱江流域（成都段）不同行政区的污染贡献占比Fig.4 The proportion of pollutants from different regions in Tuojiang River basin(Chengdu section)

2.3 沱江流域（成都段）水质目标管理方法

水质目标管理是以先进规范化的技术指导体系为支撑、以水质目标为基础、以流域水生态系统健康为最终目的,依据“分类、分区、分级、分期”的流域水污染防治原则,将污染负荷削减和流域水质、水生态安全有机结合在一起所建立的水环境容量总量控制技术[8]。流域水质目标管理技术主要包括以下几个重要组成部分：水环境问题诊断、控制单元划分、水质目标核定、水质响应特征分析、污染排放负荷核算、污染负荷削减分配等。

从上述水质状况和污染源分析可以看出，沱江流域（成都段）水污染状况已经有较好的改善。2017年以来，成都市各级政府切实推进沱江水生态综合治理的战略部署，开展了大量的流域水环境综合整治工作，新建及升级污水处理设施、新建及改造污水管网、新建污泥无害化处理处置设施、新建污水再生利用工程、实施城市黑臭水体治理等项目100余项，对全流域水质的恢复起到了至关重要的作用。然而，通过本文前述分析也应该看到，毗河单元和沱江金堂段虽然已经开展了大量的工作，但区域水污染仍然较重。其原因主要有两个方面：一是这些区域水污染治理力度仍需要加强；二是污染治理的主体还不明晰。针对上述问题，结合国内外已有污染治理的成功经验，建议在重污染河段推行水质目标管理，逐步完善水质目标管理技术步骤，明确流域内控制单元负荷削减分配，最终实现流域内水环境质量总体达标的目的，其主要流程见图5。具体治理建议如下。

图5 沱江流域（成都段）重污染支流水质目标管理流程建议Fig.5 Suggestion on water quality target management process of heavily polluted tributaries in Tuojiang Riverbasin (Chengdu section)

（1）在重污染支流单元开展水环境问题的精确诊断与分析。

本文已经从流域整体角度，完成了沱江流域（成都段）不同监测断面指标氨氮、总磷、COD和BOD5的水质变化分析，但对不同水质单元的水质状况，以及污染源状况还缺乏深入的调查和研究。建议以毗河单元和沱江金堂段为主要对象，开展河流水质的加密调查，并结合第二次污染源调查的最新数据，分析具体河段的水质状况、污染来源及其负荷贡献，对区域水污染问题开展精确诊断。

（2）细化控制单元。

流域内部水质和污染负荷的空间异质性，导致水污染成因十分复杂，这在客观上要求对不同区域采取针对性的水污染治理措施。以具体河段水污染成因精确识别为基础，基于差异性将庞大复杂的流域系统划分为相对独立的若干小单元，这样可以针对性地缓解流域水污染问题,利于流域总体治理规划。如前所述，沱江流域的主要污染区域为彭州市、简阳市和金堂县，为了开展绩效与考核，建议以水文单位为基础，将污染控制单元细化到镇域进行管理，并与乡镇（街道）考核挂钩，强化责任意识。

（3）基于水质目标的污染负荷和水质响应分析。

以水功能区划为基础，确定镇域出口的水质目标和控制指标阈值。然后，通过水质模型模拟的方法来建立污染负荷和水质之间的响应关系，直观清晰地展示不同污染源对水质的影响，有利于流域最大允许纳污量的计算和分析。当前应用较广的有水质分析模拟程序（water quality analysis simulation program，WASP）模型、WASP与EFDC（environment fuild dynamics code）模型耦合及MIKE21模型等。WASP模型用来模拟常规污染物和有毒污染物在水中的迁移和转化规律，与其他模型特别是与水环境模拟系统EFDC模型结合使用而广泛应用；MIKE21软件主要应用于对河流、湖泊、河口、港口的水质、泥沙及水动力的模拟研究[9]。

（4）污染负荷削减分配。

控制单元允许纳污量计算与污染物总量分配是控制单元水质目标管理的核心所在[10-11]。如何科学、合理地实现点源和面源之间的分配、各个排污单位或者污染源之间允许排放量的分配，直接关系到总量控制制度的落实，也是水环境管理中的一个难点。控制单元允许纳污量计算与分配通过两个步骤完成：排污口总量分配、污染源总量分配。排污口总量分配即按照控制断面水质目标要求、排污口位置等条件，选择合适的规划模型，将控制单元纳污总量分配到各入河排污口，得到各入河排污口的允许纳污量。污染源总量分配即根据排污口的允许纳污量，结合各排污区的污染源结构、不同污染源的入河系数，对排污区内不同污染源进行允许排放量分配。

（5）常态化的监测管理。

在开展水质目标管理的过程中，需要强化监测手段，对污染排放和水质进行常态化监测，以实时对水质目标管理效果进行评估和动态调整，达到精确减排和最佳费效比的水污染控制目标。

3 结语

本文对沱江流域的水质情况分析结果表明，流域河流水质改善明显，但部分断面总磷和COD浓度在2020年有所升高。COD和氨氮以生活源为主，而总磷以畜禽养殖贡献为主；彭州市、简阳市和金堂县是污染物的主要排放区域。针对上述水质问题，建议在重污染支流开展河流水质目标管理，为沱江流域水质整体提升和水生态恢复奠定基础。