长江流域典型城市水生态环境特征解析及综合整治对策

长江流域内城市依水而建，依水而兴，长江既是流域内城市的主要水源，又是城市的主要受纳水体[1]，因此，长江与流域内城市既相互依存，也相互影响。城市水体具有供水排水、排涝防洪、维持水生态及物种多样性等多种功能，因此，城市水生态环境是影响城市发展的重要因素，是推动城市生态文明建设的关键因素[2]。长江流域内城市的高速发展，城市规模快速扩大、人口激增、工业产能提升[3]，城市向长江流域水体排放大量污染物，造成流域内城市水环境恶化，水资源短缺，水生态系统结构和功能退化等问题。研究人员针对长江流域城市水环境开展了大量研究，如王金南等[4]利用压力——状态——响应结构模型分析长江三角洲16个城市的水环境承载力演变；成金华等[5]从水环境质量、水生态安全、人居安全3个方面评价了长江流域9座矿业城市的水生态环境质量；Chang等[6]评价了长江流域特大城市上海、南京、武汉、重庆和成都的水安全发展特征；刘录三等[7]解析了长江流域水生态环境安全主要问题，在此基础上提出了相应的对策；王建华[8]也解析了长江流域水生态系统保护治理面临的关键问题，并从水资源保护的角度提出相应对策建议。近年来，为了落实习近平总书记有关长江大保护的重要讲话和《长江保护修复攻坚战行动计划》，长江流域城市加快开展了生活污水收集和处理设施建设、城市黑臭水体治理专项行动、饮用水源地保护、水资源优化调度、工业企业搬迁改造等工作，城市水生态环境质量得到了明显的改善。但是，由于流域内城市基础建设薄弱，水生态环境问题仍然突出[9]。

综上，目前的研究主要集中在长江流域典型城市水生态环境质量评价和水生态环境问题解析方面，尚缺乏对长江流域城市污染排放的定量分析及城市水生态环境特征的系统梳理。基于此，笔者核算了长江干流、支流和通江湖流域典型城市污染物排放量，从水环境质量、水生态、水资源和水安全4个方面系统梳理长江流域城市水生态环境特征，解析其问题的来源，据此提出有针对性的整治对策建议，以期为长江流域城市可持续发展和改善长江水生态环境质量提供技术支持。

1 研究方法

1.1 研究流域范围

以长江流域56个城市为研究对象，包括干流29个城市，支流13个城市和通江湖14个城市，具体如表1所示。研究区域为典型城市建成区，不包括农村区域。

表1 本研究选取的长江流域典型城市Table 1 Selected typical cities in the Yangtze River Basin in this study

1.2 数据来源与估算方法

典型城市的生活源和工业源排放量数据主要来自国家长江生态环境保护修复联合研究中心运行管理部提供的56个城市的《生态环境问题解析报告》，少数城市的生活源数据采用输出系数法估算，公式如下[10]：

式中：W为城市生活源污染物排放负荷量，t/a；N城为城市城镇居民常住人口数，万人；Q城为城镇人均生活用水量，L/（人·d）；F为城市生活源污水折污系数，一般取0.8～0.9；R为城市生活污水收集率，%；C0为城市生活污水中污染物浓度，取城市污水处理厂进水浓度，mg/L；C为城市生活污水经污水处理厂处理后排放的污染物浓度，取城市污水处理厂出水浓度，mg/L。计算城市生活源污染负荷时，各城市污水处理厂进出水污染物浓度参考第二次全国污染源普查集中式污染治理设施产排污系数手册[10]，污水收集率按70%计算。

大部分典型城市面源的COD、氨氮、总磷排放负荷采用EMC系数法估算，公式如下[11]：

式中：Ly为年降雨径流污染负荷，t/a；EMC为年降水地表径流排放污染物的平均浓度，mg/L；α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；A为集水区面积，km2，数据来源于《中国城市建设统计年鉴》；P为研究区域年降水量，mm，数据来源于各市统计年鉴和水资源公报；Cf为地表径流校正因子。

2 结果与讨论

2.1 长江流域典型城市污染物排放负荷

2.1.1 长江流域典型城市污染排放总量

长江流域56个典型城市的城市生活源、工业源和城市面源污染排放总量如表2所示。由表2可知，长江流域56个城市COD、氨氮、TN、TP的排放总量分别为193.78万、15.57万、31.01万和2.18万t/a，其中城市生活源为主要污染源，其COD、氨氮、TN和TP分别占城市污染源排放总量的60.51%、78.61%、73.30%和75.23%。城市面源为COD排放的第二大源，占比为25.45%。估算长江流域典型城市COD、氨氮、TN和TP排放量如图1所示。

图1 长江流域典型城市COD、氨氮、TN和TP排放量Fig.1 COD, NH3-N, TN and TP discharge load of typical cities in the Yangtze River Basin

表2 长江流域56个典型城市污染物排放量Table 2 Pollutant discharges from 56 typical cities in the Yangtze River Basin

2.1.2 长江干流典型城市污染排放负荷

估算长江干流典型城市各污染源COD、氨氮、TN 和 TP 污染负荷占比如图2所示。长江干流29个城市COD、氨氮、TN和TP排放量分别为103.30万、9.12万、17.13万和1.33万t/a，分别占沿江56个城市总排放量的53.31%、58.62%、55.22%和61.20%。由图2可知，长江干流29个城市的城市生活源为主要污染源，其COD排放量占干流城市COD总排放量的60.00%；但部分城市的城市面源和工业源污染突出，如上海市COD主要来自于城市生活源和城市面源，而合肥市主要来自工业源。干流29个城市的城市生活源氨氮排放量占干流城市氨氮总排放量的77.50%。城市生活源、工业源和面源TN排放量分别占干流城市总排放量的74.11%、15.06和10.83%。城市生活源TP排放量占干流城市TP总排放量的73.23%；但部分城市的城市面源和工业源污染突出，如上海市TP主要来自城市生活源和城市面源，合肥市主要来自工业源。流域内沿江干流城市排放的TP是造成城市内水体磷超标的主要原因。

图2 长江干流典型城市各污染源COD、氨氮、TN和TP污染负荷占比Fig.2 Proportion of COD, NH3-N, TN and TP discharged from typical cities at the mainstream of the Yangtze River Basin

2.1.3 长江支流典型城市污染排放负荷

估算长江上游岷沱江、嘉陵江支流和中游汉江支流13个城市3类污染源排放的COD、氨氮、TN和TP占比如图3所示。长江支流13个城市COD、氨氮、TN和TP排放量分别为43.18万、3.63万、5.97万和0.41万t/a，分别占56个城市总排放量的22.28%、23.33%、19.23%和18.77%%。由图3可知，岷沱江、嘉陵江和汉江流域城市主要污染源为城市生活源。但部分城市的城市面源和工业源污染突出，如成都市、广元市等城市面源排放的COD占各城市COD排放总量比例较高，襄阳市工业源对氨氮和TN的贡献较大，乐山市、襄阳市等工业源排放TP的占比也较高。

图3 长江支流典型城市各污染源COD、氨氮、TN和TP污染负荷占比Fig.3 Proportion of COD, NH3-N, TN and TP discgarged from typical cities at tributary streams of the Yangtze River Basin

2.1.4 长江流域通江湖泊城市污染排放负荷

估算长江流域洞庭湖、鄱阳湖和太湖3个通江湖泊流域14个城市各污染源COD、氨氮、TN和TP污染负荷占比如图4所示。3个通江湖流域14个城市COD、氨氮、TN和TP排放量分别为47.30万、2.81万、7.92万和0.44万t/a，分别占长江流域56个城市总排放量的24.41%、18.04%、25.54%和20.03%。由图4可知，城市生活源为洞庭湖、鄱阳湖流域城市和太湖流域部分城市的主要污染源。但是，城市面源为太湖流域城市COD主要污染源，也是该流域部分城市如苏州市和嘉兴市城市TP的主要来源。娄底市、九江市、无锡市、常州市等城市工业源排放氨氮、TN和TP污染突出，尤其是苏州市工业源为氨氮和TN的主要来源。

图4 长江通江湖典型城市各污染源COD、氨氮、TN和TP污染负荷占比Fig.4 Proportion of COD, NH3-N, TN and TP discharged from typical cities around the lakes connected with the Yangtze River Basin

2.2 长江流域典型城市水环境问题及解析

2.2.1 长江流域典型城市水环境共性问题及解析

2.2.1.1 城市水环境质量问题

长江流域城市仍存在不达标水体。截至2019年底，长江流域内110个地级及以上城市黑臭水体总数为1 372个，占全国295个地级及以上城市黑臭水体总数的47.3%，主要集中在长江中下游城市。到2020年底，还有黑臭水体32个，劣Ⅴ类水质断面占比为1%～2%。

流域内城市污染排放负荷大是造成城市水环境质量差的主要原因。流域内大部分城市主要污染源为城市生活源。流域内城市基础设施建设欠账多，排水管网混错接和不配套等问题普遍存在，还有大量生活污水直排问题不同程度存在，导致污水收集率低；管网破损导致的入渗入流，使污水处理设施进水浓度偏低和进水流量大幅增加。加上污水处理设施管理制度不健全、维护不到位，导致运营效率低，许多污水处理厂出水不达标，这些问题是导致长江流域部分城市水体劣V类甚至黑臭的主要原因[12]。

流域内城市工业企业污染负荷突出，潜在水环境风险较大。沿江城市工业发展迅速，绝大部分工厂分布在城市内或城市周边，工业生产对水的大量需求以及工业废水的产生和排放，是城市水环境主要污染源之一。由于企业入园要求低、园区内污水处理设施不完善和对企业排污监管力度不够，使工业园区存在污染重、环境风险高的问题。流域内苏州市、贵阳市、合肥市等城市主要污染源为工业源，对于其他城市来讲，工业源通常为第二大污染源。

流域内城市的快速发展导致城市面源污染和洪涝灾害加剧。特别是长江中下游城市属于平原河网城市，降雨初期径流入河路径短，其携带的污染物浓度接近甚至超过城镇生活污水的平均水平，降雨的平均浓度也高于城市水体的本底状况。与此同时，受污水管网传输和污水厂处理能力限制，在降雨期存在一定的污水无组织漫溢入河现象。

2.2.1.2 水生态健康问题

流域不断开发造成较严重的地表植被破坏和水土流失，使长江水体混浊度增加；水上交通运输的大力发展使长江来往船只增多，石油类等污染物污染水体的可能性增大。从沿江城市角度看，沿江城市水生态总体处于不健康等级。多年来，长江沿岸城市规模的快速发展，带来的土地利用不合理，水系统被人为地破坏和改造，河湖水域岸线、生态缓冲带、水源涵养区、自然保护区被侵占，围垦湖泊、填湖造地、河湖湿地退化萎缩等问题突出，森林、草地和湿地等自然生态用地面积减少，生态空间受到挤占，部分河道涵闸、泵站、漫水坝遍布，水生态流量保障不足。加上水资源开发过度和大量工业污水及生活污水的排放，导致各城市水生态系统均遭到不同程度的破坏，有的城市水生态系统甚至难以恢复。

2.2.1.3 水资源问题

长江上游流域水资源丰富，水利开发强度大，各城市由于水环境污染和生态破坏，不同程度存在水质型缺水和资源型缺水问题。中下游城市水质型缺水和资源型缺水问题更加突出，严重制约了城市的可持续发展。其中，污染物排放量大大超过城市水环境容量，是导致城市水质型缺水的主要原因。此外，城市对水资源不合理的开发利用是城市资源型缺水另一重要原因，再加上地区本身水资源匮乏，造成部分城市存在不同程度的生态流量不足问题。

2.2.1.4 水安全隐患

长江流域城市水源布局和结构存在重大风险隐患，城市取水口和企业排污口在空间布局上交叉分布，部分饮用水水源地保护区范围及保护区周围临近区域存在工业企业及排口，30%的环境风险企业位于饮用水水源地周边5 km范围内，12个地级城市未建设饮用水应急水源，297个地级城市集中式饮用水水源中有20个地级以上城市饮用水源水质未达到Ⅲ类[13]。长江港口码头几乎都建在流域城市内，航运存在污染风险隐患。各城市干线港口危险化学品生产和运输点多、线路长，泄漏风险大，污染物接收设施分布不均衡，处理难度大，部分船舶生活污水和油污水排放存在不达标现象[14]。船舶、港口、码头的污染防治工作多头管理，责任主体环保意识和污染防治信息化监管能力不高，港口污染物风险管控不足。

2.2.2 长江流域典型城市水环境个性问题

2.2.2.1 上游城市水环境问题

长江上游干流水量大、水力落差大，当地自然资源开采幅度大。上游干流城市典型的生态环境问题是“三磷”问题和由开采矿藏形成尾矿库诱发的重金属污染问题。其中，存在“三磷”问题的城市占37%，存在重金属和尾矿库问题的城市占64%。因“三磷”、重金属和尾矿库等问题导致部分城市出现饮用水水源地风险，如贵阳市、遵义市、攀枝花市。因上游水力落差较大，上游城市水电开发幅度大造成部分城市出现水生态问题，如重庆市和宜宾市。

2.2.2.2 中游城市水环境问题

中游城市工业较为发达，带来的污染物排放量逐渐增多，成为沿江城市重要的污染问题之一。沿岸城市内湖富营养化、沿河环湖生态缓冲带、水源涵养区、自然保护区被侵占等现象普遍存在，水生植被退化严重。加上城市快速发展，土地类型显著变化，造成城市雨季径流污染和内涝问题严重，千湖之城武汉市水域面积萎缩，城市水生态环境面临挑战。此外，由航运构成的水环境风险也是长江干流中游段城市的另一问题，特别是武汉市和宜昌市。

2.2.2.3 下游城市水环境问题

长江下游工业高度发达，成为长江下游沿江城市的重要污染源，但不同城市也呈现出不同特征的工业类型，如铜陵的工业形成了重金属污染问题[15]，南京、镇江、泰州和南通形成了化工行业特色的工业污染类型，苏州则是以纺织行业为特色的工业污染类型。高度发达的航运也带来了长江流域下游城市的水环境安全问题，工业和航运的快速发展造成扬州、泰州和南通等城市存在不同程度的饮用水水源地生态环境风险问题。此外，合肥地处巢湖流域，雨季内涝问题严重，形成负荷较高的城市面源。

2.3 长江流域典型城市水生态环境综合整治对策

为了推动解决长江流域城市水生态环境存在的问题，结合国家对长江流域“十四五”期间水生态环境保护的需求，本文提出“十四五”时期城市水生态环境综合整治对策的目的为进一步削减沿江城市对长江的污染负荷以及改善沿江城市自身水生态环境质量。

长江上游城市“十四五”期间需进一步保障城市水安全和合理利用水资源，合理做好节水回用，城市内河充分发挥防洪排涝的基本功能；将削减污染物负荷量作为改善城市水生态环境质量的重中之重，重点控制氮、磷的排放，完善污水的收集系统，实行污水处理系统提质增效；积极加强海绵城市、径流污染控制设施的建设以减轻城市面源污染负荷；加强工业企业节能减排和风险防控；完善饮用水水源地安全防护，实现沿江城市自身水生态环境质量的改善，减少向长江排放的污染负荷；完成上游城市“三线一单”生态环境分区管控对策的落地实施。

长江中下游城市“十四五”期间需将削减污染物负荷量作为改善城市水生态环境质量的主要任务，重点控制COD和TN的排放；完善污水的收集系统，实行污水处理系统提质增效；控制城市面源污染，加强城市防御洪涝灾害的能力；加强工业企业入园管理和工业园区的建设，通过清洁生产和排污许可证等技术与管理措施相结合，降低工业园区污染负荷，提升园区环境安全风险防控水平。

2.3.1 水环境质量改善对策

削减污染排放量是提升水环境质量的首要措施。在污染源减排方面，沿江各城市需根据国家减排指导意见和产业政策要求、城市的经济发展水平与人口规模、行业水污染物排放情况，提出具体可操作的减排对策。其中，城市生活源污染控制方面，要加强城市污水收集系统和污水处理设施建设，促进污/废水处理提质增效。工业源污染控制方面，要完善工业园区、加强工业企业清洁生产和排污许可证管理、强化工业生产过程安全管理和风险防控体系建设。城市面源污染控制方面，要加快推进中心城区合流制溢流和初期雨水污染治理，充分采用“渗、滞、蓄、净、用、排”措施，实现水环境、水生态、水资源、水安全、水文化的有机结合。加强城市水体内源污染控制，包括底泥疏浚、底泥原位覆盖、生物修复和原位钝化等。

2.3.2 水生态保护对策

按照不同城市生态格局的特点，树立“生态优先、绿色发展”的理念，坚持“统筹协调、系统治理”原则，处理好水生态系统保护与开发利用的关系，坚持保护优先，一切有害于生态安全的开发利用活动都必须受到法律的限制乃至禁止。要维护河流合理生态流量，科学确定河湖生态需水量，增加再生水补充河道生态用水，维系河湖基本水生态功能，制定生态流量监测预警对策。推进生态用水合理配置，加大河湖水系连通，提高河湖自净能力。分级管控城市河湖水生态空间，适当扩展河湖缓冲带，采取生态工程措施，加强河道生态缓冲带建设，保障缓冲带植被覆盖率和连续性，为河湖生态健康提供安全屏障。重视河湖岸带生物栖息地功能，提高城市生物多样性。提高河湖生态服务功能，打造亲水空间。

2.3.3 水资源保护对策

严格落实用水全过程精细化管理，强化节水监督考核，进一步降低供水管网漏损，城市公共管网漏损率控制在10%以内。严控高耗水服务业用水，推进园林绿化精细化用水管理并加大非常规水利用规模。支持工业企业节水改造和园区水循环阶梯利用，严格施工用水、降水管理，创建节水标杆园区和企业。加强生态用水计量、收费管理。加大雨水资源利用规模，严格落实海绵城市建设标准，充分发挥绿地、城市公园等对雨水的调蓄和消纳作用。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。到2025年，实现《关于推进污水资源化利用的指导意见》提出的地级及以上缺水城市再生水利用率达到25%以上的目标。

2.3.4 水安全控制对策

沿江城市水安全控制主要关注城市水源地保护、航运码头安全等。首先，要加大城市水源地保护力度。要执行国家对水源地选址与保护要求，对于水质不达标的饮用水水源，因地制宜采取水源置换。对于不能迁址的水源地要有多级屏障工程措施，防止“外水”进入水源地，保障供水安全；统筹实施饮用水水源保护区划定和优化调整，配套完善水源地封闭隔离设施和保护区标识牌，动态清理整治饮用水水源保护区环境问题。建设水源地管理信息化系统，实现对饮用水水源地在线监控，继续开展城镇饮用水水源水质状况信息公开。建立饮用水水源地应急管理系统，完善保护区风险源名录，落实风险管控措施，提升水源地突发事件应急能力和管理水平。其次，要加强航运码头安全控制。加快推进沿江城市范围内非法码头取缔；加快港口码头环境基础设施的完善；尽快制定城市港口码头总体规划，优化沿江码头布局，推进生活污水、垃圾、含油污水、化学品洗舱水接收设施建设；加强船舶污染防治及风险管控措施，淘汰不符合标准的老旧船舶，实行不达标船舶升级改造，打击危化品非法水上运输及油污水等非法转运处置行为等。近年来，新污染物在长江流域不断被检出，虽然还没有达到长期致毒的浓度水平，但具有累积风险隐患。因此，在关注长江流域常规污染物控制的同时，要强化长江流域新污染物的监管和防治。

2.3.5 现代水生态环境管理体系构建

首先，要健全水生态环境管理责任体系。落实水生态环境管理主体责任，严格落实生态环境保护工作职责分工，完善常态长效管理体系，全面推进流域治理；完善水生态环境保护评价考核机制，深入开展生态环境保护督察，落实生态环境保护督察工作规定实施办法，健全市级生态环境保护督察反馈问题整改机制。其次，健全环境治理企业责任体系。强化固定污染源持证排污，推行“一证式”管理，强化证后监管。推动排污单位环境信息公开，引导企业主动治污，鼓励企业争创能效、水效、低碳和环保领跑者。再次，健全环境治理全民行动体系。把生态环境保护纳入国民教育、职业教育体系和党政领导干部培训体系。推动环保设施开放与生态环境教育深度融合，全面推行绿色生活方式。最后，健全生态环境监管体系。系统提升生态环境监测能力，加快完善生态环境综合监管和执法体系，提升综合执法能力，完善水生态环境网格化管理机制。

3 结论

（1）长江流域56个城市COD、氨氮、TN和TP排放量分别为193.78万、15.57万、31.01万和2.18万t/a，其中，城市生活源为最主要的城市污染源，其COD、氨氮、TN和TP分别占城市污染源排放总量的60.51%、78.65%、73.29%和75.47%，是造成城市内水体水生态环境质量差的主要原因。

（2）长江流域城市生活污水收集和处理不足、工业污染排放量大、城市过度开发和城市水资源不合理开发利用等导致了流域内城市水环境、水生态、水资源和水安全问题突出。

（3）长江流域城市需以水定城，量水发展，加强污染源控制，完善污水收集系统，实行污水处理系统提质增效；推进生态用水合理配置，推进节水，保护流域水资源，加大城市水源地保护和航运码头安全管控力度，全面提升城市水生态环境质量。