长江流域四川区域城市水生态环境问题解析及治理对策

董妍兰，孙德智，邱斌*

1.北京林业大学，水体污染源控制技术北京市重点实验室

2.北京林业大学污染水体源控与生态修复技术北京高校工程研究中心

四川省位于长江上游，区域内97%的水系属于长江流域。该区域分布着长江上游最重要的城市群，城市主要分布在长江干流（四川段）及支流岷沱江和嘉陵江沿岸。近年来，随着四川省城市水环境治理工作的深入开展，区域内各城市的水环境质量和水生态状况得到明显改善。但由于社会经济的高速发展、城镇化进程加快、城市基础建设欠账等原因，城市产生的大量生活污水、工业废水和城市面源污染未得到有效处理，进入城市水体污染负荷仍较高，对城市水生态环境构成严重威胁[1-2]。笔者以长江流域四川区域内18个城市建成区为研究对象，分析城市内河流的水质现状与主要污染指标，解析城市生活源、工业源和面源排放的主要污染物特征，梳理区域内城市水生态环境问题并分析其成因，进而有针对性地提出城市水生态环境治理对策。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区域城市概况

研究区域为长江流域四川区域18个城市建成区（表1），不包括农村区域。主要包括长江干流（四川段）3个城市、支流岷沱江流域8个城市和支流嘉陵江流域7个城市。区域内水系及流域内城市分布如图1所示。

图1 长江流域四川区域水系及典型城市分布Fig.1 Water systems and typical city distribution in Sichuan region of the Yangtze River Basin

表1 长江流域四川区域城市情况Table 1 Overview of the cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

1.2 数据来源

长江流域四川区域城市内河流国控断面水质数据来源于《四川省生态环境状况公报》（2016——2020年）、各市《环境质量公报》（2016——2020年）和《地表水环境质量月报》等。各城市的工业源、城市生活源化学需氧量（COD）、氨氮、总氮（TN）和总磷（TP）污染排放数据来源于四川省各市《第二次全国污染源普查公报》。城市面源污染负荷估算中所用的集水区面积与年降水量数据来源于《中国城市建设统计年鉴（2017）》和《四川统计年鉴（2018）》。四川省水资源与基础设施建设现状相关数据来源于《中国城市建设统计年鉴（2019）》《四川统计年鉴（2020）》、四川省各市《水资源公报》（2019 年）和《2019年中国水资源公报》。

1.3 城市面源污染负荷估算方法

采用改进的事件平均浓度估算方法[3]估算了区域内各城市面源COD、氨氮、TN和TP污染负荷，具体计算公式如下：

式中：Ly为年降雨径流污染负荷，t/a；EMC为年降雨地表径流排放污染物的平均浓度，mg/L，本研究中EMC取值来自文献[4-6]，详见表2；R为研究区域年径流系数，参考GB 50014——2021《室外排水设计标准》取值（表2）；A为集水区面积，km2；P为研究区域年降水量，mm；Cf为地表径流校正因子，取0.9。

表2 长江流域四川区域典型城市EMC与径流系数取值[4-6]Table 2 Index value of EMC and runoff coefficient for typical cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

2 结果与分析

2.1 长江流域四川区域典型城市水质评价

统计了近5年长江流域四川区域干流、支流岷沱江和嘉陵江流域城市建成区内23个国控断面水质情况，结果如图2所示。由图2可知，近年来研究区域城市建成区国控断面水质逐年提升，长江干流（四川段）城市水体水质优于支流城市。2016年研究区域城市内国控断面水质达标率为65.22%，2019年全部消除GB 3838——2002《地表水环境质量标准》劣Ⅴ类水体，断面水质达标率提升至90.91%。其中，长江干流（四川段）流域5个国控断面水质达标率为100%；支流岷沱江流域10个国控断面水质达标率由2016年的30.00%提升至2020年的88.89%；支流嘉陵江流域8个国控断面水质持续向好，除联盟桥断面外，其余断面均能稳定达到Ⅲ类水质。

图2 长江流域四川区域城市建成区内国控断面水质类别占比Fig.2 Proportion of water quality categories of state-controlled sections in cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

解析了研究区域城市内不达标国控断面的主要污染因子，结果如图3所示。由图3可知，区域城市内断面水质主要污染指标为TP、氨氮和COD，其中TP为首要污染指标。2016年TP超标断面有8个，占不达标断面数的50%，而2020年TP不达标断面仅有1个。需要说明的是，城市内国控断面水质年际变化不能直接反映城市内水体水生态环境质量状况，城市生活源、工业源和面源排放大量污染物，导致城市水生态系统受到严重破坏，其水质明显低于国控断面，仍有污染水体甚至黑臭水体存在[7]。因此，有必要进一步分析区域内各城市污染源排放COD、氨氮、TN和TP的特征，以提出相应的治理对策。

图3 长江流域四川区域城市内水质指标不达标断面数Fig.3 Number of substandard sections corresponding to each water pollution index in cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

2.2 长江流域四川区域典型城市污染源解析

估算了研究区域城镇生活源、工业源和城市面源排放的COD、氨氮、TN和TP污染负荷，结果如表3所示。由表3可知，长江流域四川区域内主要污染源为城镇生活源，其COD、氨氮、TN和TP排放量分别占四川区域COD、氨氮、TN和TP排放总量的69.10%、90.70%、85.04%和80.52%，远高于工业源和城市面源。其中，支流岷沱江流域城市污染贡献最大，其COD、氨氮、TN和TP排放量分别占四川区域城市排放总量的46.48%、45.52%、54.34%和47.78%；长江干流（四川段）流域污染贡献最小，COD、氨氮、TN和TP排放量分别占四川区域城市排放总量的17.01%、17.02%、14.65%和16.47%。

表3 长江流域四川区域各流域城市污染物排放量Table 3 Urban pollutant discharges from the river basins in Sichuan region of the Yangtze River Basin t/a

长江流域四川区域内各典型城市COD、氨氮、TN和TP的排放量如图4所示。由图4可知，成都市作为超大城市，其COD、氨氮、TN和TP的污染贡献远高于其他城市。此外，南充市COD排放量超过 30 000 t/a，南充市、德阳市、达州市、泸州市的氨氮排放量均在2 000 t/a以上，绵阳市、南充市、达州市和泸州市的TN排放量在3 000 t/a以上，绵阳市TP 排放量超过 300 t/a。

图4 长江流域四川区域各典型城市COD、氨氮、TN和TP排放负荷Fig.4 Discharge load of COD, NH3-N, TN and TP from typical cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

为了确定长江流域四川区域内城市的主要污染源，计算了各城市城镇生活源、工业源和城市面源污染排放负荷占比，结果如图5所示。由图5可知，城镇生活源为长江流域四川区域COD的首要来源，各城市城镇生活源COD排放量占比为43.18%～86.73%。城市面源为区域内大部分城市COD的第二污染源，其中自贡市、绵阳市、广元市城市面源对COD的污染贡献较为突出，其COD排放量占比分别为44.11%、31.09%和27.21%。此外，宜宾市、资阳市和乐山市工业源对COD的污染贡献突出，其COD排放量占比分别为40.46%、34.27%和20.20%。城镇生活源为各城市氨氮的主要来源，各城市生活源氨氮排放量占比为66.97%～97.05%。宜宾市、自贡市、乐山市和资阳市工业源对氨氮的污染贡献较为突出，其排放量占比分别为16.14%、18.43%、15.66%和14.21%；自贡市城市面源对氨氮的污染贡献突出，其排放量占比为14.60%。四川区域内城镇生活源也是TN的主要污染源，各城市城镇生活源TN排放量占比为61.97%～95.15%。与其他城市相比，攀枝花市、泸州市和乐山市工业源对TN的污染贡献较突出，其TN排放量占比分别为32.35%、25.98%和29.30%。除乐山市外，其他各城市均以城镇生活源为TP的主要污染来源，各城市城镇生活源TP排放量占比为56.68%～92.65%。乐山市以工业源为TP的主要污染源，其TP排放量占比为60.18%，资阳市和雅安市工业源的TP污染排放量占比也分别达35.40%和25.00%。此外，自贡市城市面源对TP的污染贡献突出，其TP排放量占比达21.84%。

图5 各典型城市COD、氨氮、TN和TP排放负荷占比Fig.5 Discharge load proportion of COD, NH3-N, TN and TP from typical cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

2.3 长江流域四川区域典型城市水环境污染特征

2.3.1 城镇生活源污染排放贡献大

根据《四川省第七次全国人口普查公报》，2020年四川省城镇人口达4 746.6万人，较2010年增加1 515.4万人。社会经济发展与城镇化进程加快，导致长江流域四川区域城市生活污水和污染物排放量激增。首先，部分城市污水管网建设滞后，污水收集能力不足。如攀枝花市、达州市、巴中市、自贡市等9个城市建成区排水管道密度低于全国平均水平（10.5 km/km2）〔图6(a)〕；部分城市还存在管网老化破损、错接乱接的现象，导致部分生活污水未得到收集，城乡接合部、城中村、老城区还存在城镇污水管网留白区，生活污水直接进入受纳水体。其次，城市污水处理厂建设滞后，污水处理能力不足。除广安市外，其他城市污水处理率均低于全国平均水平（96.81%）〔图6(c)〕。大部分城市污水处理厂运行负荷接近全国平均水平，南充市的污水处理厂运行负荷超过设计能力〔图6(d)〕，污水集中处理能力尚不能满足需求，同时部分城市污水处理厂出水水质超标，严重影响着城市水生态环境质量。上述问题是长江流域四川区域城市生活源污染负荷高且对城市污染贡献大的主要原因。

2.3.2 部分城市工业源污染问题严重

与城镇生活源相比，长江流域四川区域工业源对COD、氨氮、TN和TP的污染贡献较小，但部分城市工业污染问题仍较为突出。由《中国城市统计年鉴》统计数据可知，2015年起四川省工业企业高速发展，2015——2020年规模以上工业企业增长1 700多家，涨幅接近35%，随之带来的污染排放和环境风险也大大增加。宜宾市、泸州市、德阳市、乐山市、自贡市、资阳市、眉山市等城市工业园区污水处理设施建设整体滞后，园区内企业工业废水收集、处理率低，污染物排放量大。表4总结了研究区域内各城市主要工业行业情况。攀枝花市、泸州市、德阳市、内江市、自贡市、绵阳市等城市存在化工、机械等重工业，其废水及污染物的排放量均较大。宜宾市和泸州市白酒制造业产生的COD以及氨氮、TN、TP浓度均较高，存在较大水环境风险。支流岷沱江流域及绵阳市存在“三磷”（磷矿、磷化工企业、磷石膏库）污染问题[8]，磷化工企业存在厂区雨污分流不彻底、堆场三防措施不完善等问题；磷石膏堆场综合利用率低，存在一定环境风险[9]，导致支流岷沱江流域河流断面水质存在TP超标现象。眉山市泡菜行业产生的高含盐量有机废水处理难度大，给城市水生态系统带来显著影响[10]。区域内部分工业园区和化工企业依江而建，水生态环境风险也较高。

表4 长江流域四川区域各城市污染负荷高的主要工业行业Table 4 Major industries with high pollution load in cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

2.3.3 城市面源污染问题突出

城市面源对长江流域四川区域COD的污染贡献较大，一定程度上影响城市内水体水质。如成都市黄龙溪断面位于城区，2018——2019年监测数据表明，该断面在雨季（7月）水质恶化，均为Ⅴ类；2019年德阳市八角断面水质总体达到Ⅲ类，但丰水期受城市降雨径流的影响，城市水体TP有超标现象。多种因素导致了四川区域城市面源污染突出。首先，宜宾市、乐山市、自贡市、广元市、南充市等城市雨污分流管道占比低〔图6（b）〕，降雨时易出现溢流污染，污水携带大量污染物直接影响城区水体水质。其次，除成都市、眉山市、德阳市外，其他城市地形均以山区/丘陵为主，降雨径流汇流时间短、流速快、冲刷力强，可迅速汇集不同下垫面的污染物。此外，成都市、眉山市、德阳市城区已形成平原区水网化的态势，地表径流易就近入河，影响城区水体水质。

图6 长江流域四川区域各典型城市基础设施建设现状Fig.6 Current situation of infrastructure construction in typical cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

2.3.4 资源型和水质型缺水并存

长江流域四川区域资源型和水质型缺水并存。四川省人均水资源量（3 288.9 m³）高于全国平均水平（2 077.7 m3），但水资源分布严重不均：雅安市人均水资源量为全国平均水平的6倍；宜宾市、泸州市、德阳市、成都市、内江市、自贡市、资阳市、南充市、广安市、达州市、遂宁市等11个城市的人均水资源量低于全国平均水平；成都市、自贡市、资阳市、南充市、广安市、遂宁市重度缺水，2019年人均水资源量低于 1 000 m3；而内江市极度缺水，2019 年人均水资源量仅为 396.11 m3〔图7（a）〕。四川区域资源型缺水问题突出，支流岷沱江流域内资阳市、成都市、德阳市等在枯水期河流生态基流无法保障，河流地表径流较小，水环境容量小，河流自净能力低[11]。由图7（b）可知，攀枝花、成都、雅安等市人均日生活用水量远高于全国平均水平〔179.97 L/(人·d)〕，攀枝花、德阳、乐山、眉山、雅安、广元、巴中、遂宁等市万元GDP用水量高于全国平均水平（60.8 m3），易产生水资源供需矛盾，致使水资源量进一步减少[12]。此外，支流岷沱江流域德阳、成都、乐山、自贡、资阳等市由于城区部分水域污染严重，也存在水质型缺水的现象。

图7 长江流域四川区域各典型城市人均水资源量和生活用水量Fig.7 Per capita water resource and domestic water consumption of typical cities in Sichuan region of the Yangtze River Basin

2.4 长江流域四川区域城市水环境整治对策

2.4.1 城镇生活源整治对策

推进城市污水收集和处理系统的基础设施建设。区域内城市特别是攀枝花、达州、巴中、自贡等污水管网建设滞后的城市，应当按照“污水应收尽收、雨水应分尽分”的原则，完成区域内城市配套排水管网的建设与完善，加快实现城市建成区排水管网全覆盖及生活污水全截污、全收集。同时要全面排查污水管网的错接混接漏接和用户接入等情况，加速推进管网的改造与建设。

提高区域城市污水处理能力，尤其是内江、自贡、巴中、达州和南充等污水处理率低或污水处理厂运行负荷大的城市，应合理规划城镇污水处理厂规模，实现城市生活污水集中处理设施全覆盖。加强已建污水处理设施的提标改造和提质增效，推进长期超负荷运行的城市污水处理厂升级改造，保障污水处理设施全面、稳定运行并达标排放。

2.4.2 工业源整治对策

加强工业废水的专项治理。首先，加强工业企业清洁生产审核，依法落实工业企业污染源排污许可“一证式”监管，严格执行行业排放标准、清洁生产标准，从源头上控制工业污染，坚决关停污染环境、浪费资源、设备落后、产能低下的企业和产品，发展水环境影响小的现代化产业。此外，应加强工业废水特别是特色行业工业废水的收集和处理，对于宜宾、泸州、德阳、乐山、自贡、资阳、眉山等市，应推进工业园区污水处理设施建设和工业废水治理工程升级改造，实现工业园区污水处理设施全覆盖，重点工业企业废水排放稳定达标。对于宜宾市和泸州市的白酒制造业，应当开设酿酒工业园区，中小型酿酒企业集中发展，便于酿酒废水的集中收集与处理，同时需优化酿酒废水处理工艺，使处理后的废水稳定达标排放。对于支流岷沱江流域内城市的“三磷”行业，应当推进“三磷”产业的废水收集设施的建设，完善磷石膏渣堆场渗滤液收集、导排系统以及雨污分流系统，降低对周边水体的污染。最后，工业企业特别是攀枝花、泸州、德阳、内江、自贡、绵阳等市的化工、机械等重工业企业应当完善企业环境风险防控体系，建立突发性水污染事件预警预报系统，制定应急预案，加强应急处理的基本装配和专业救援装备建设[13]。

2.4.3 城市面源整治对策

进一步减少雨天溢流污染并加强河岸生态修复。首先，对于宜宾、乐山、自贡、广元、南充等市，应排查雨污合流制管网的设施功能和运行状况与管网溢流污染情况，建设合流制溢流污水调蓄及处理设施、初期雨水分散调蓄设施，强化推进网——池——厂联合调控，通过管网——泵站——调蓄池——污水处理厂——河（湖）的优化调度，实现雨污水收集、转输、调蓄和处理能力的相互匹配，减少溢流污水和初期雨水直接入河。同时，对于受面源污染影响较大的黄龙溪、八角等断面，可通过构建河湖缓冲带和湿地系统等措施减少污染物的入河量。

2.4.4 水资源保护对策

加强城市水资源保护与合理利用。对于内江、成都、自贡、资阳、南充、广安、遂宁等资源型缺水城市，应当坚持“以水定城，量水发展”，依据各城市的水资源禀赋与经济社会发展现状，通过控制性水源工程和水资源管理措施优化水资源配置，实现水资源的科学分配。对于资阳、成都、德阳等枯水期河流生态流量不足的城市，应当建立流域水量调节长效机制，加强生态流量调度，促进枯水期河流生态补水，保障枯水期生态基流，缓解生态型缺水问题。

坚持城市节水优先，制定全民节水行动计划，实现城市水资源消耗总量和强度双控。对于攀枝花、成都、雅安等生活用水量大的城市，在生活上鼓励居民使用节水型用水器具或采取节水措施。对于眉山、雅安等工业用水量大的城市，在工业上严控化工、机械等高耗水行业用水，支持工业企业节水改造和园区水循环阶梯利用，同时扩大再生水利用规模，推进工业生产、园林绿化、市政、车辆冲洗及生态景观等领域优先使用再生水。

2.4.5 水生态环境整治对策

坚持“控源截污是核心，清淤疏浚是基础，生态修复是关键”的理念，以水生态系统健康和生态景观为目标，利用城市水体生态修复工程系统解决城市污染水体问题。首先，以受损水体的主要污染因子为依据制定污染负荷削减方案，调查污染因子的来源，减少相应污染物的入河量[14]。其次，发挥城市河流缓冲带在水生态环境修复中的作用，在控源截污和保证防洪排涝功能的基础上，实施河流缓冲带的生态修复，科学确定缓冲带的宽度和植物种类配置，在两岸污染物入河量减少的前提下提升缓冲带的生物量与生物多样性，打造生态景观[15]。最后，对于城市水体治理，应当结合城市污染水体的污染源种类、周围环境等具体情况，开展城市河流水体生态修复工程，采用河流水动力改善与水生态调控、水生植被修复、河湖原位和异位人工湿地修复等技术进一步提升城市水生态环境质量。重点关注水生态受损较严重的城市水体，如攀枝花市安宁河、成都市饮马河和西郊河、乐山市茫溪河、资阳市九曲河、自贡市釜溪河、德阳市绵远河和石亭江等。

3 结论

（1）长江流域四川区域城市内国控断面水环境质量逐年提升，但区域内城市污染源排放量大，导致城市水体水环境质量差、水生态系统脆弱。区域内18个城市排放COD、氨氮、TN和TP负荷分别为36.32万、3.04万、6.30万和0.36万t/a，城镇生活源是区域内城市的主要污染来源。支流岷沱江流域污染贡献最大，COD、氨氮、TN和TP排放量均占四川区域城市排放总量的50%左右。

（2）长江流域四川区域城市水环境问题主要是由于污染物排放量大所致，其中城市基础设施建设与社会经济发展城镇化进程不匹配致使区域内城市生活源污染排放贡献大；部分城市工业园区建设落后及大量工业行业导致工业源污染问题突出；部分城市基础设施建设薄弱及特殊的山地丘陵地形地势和平原区河网化的态势致使丰水期城市面源污染贡献大。同时，长江流域四川区域存在资源型与水质型缺水并存的水资源短缺问题。

（3）建议通过推进城镇污水收集和处理系统提质增效、典型工业废水专项治理、溢流污水处理设施建设、城市水体生态修复等措施，进一步提升长江流域四川区域城市水生态环境质量。