漫水河清远段水质特征及污染源解析

2024-12-14李素芬於玲蔚陈福高李璞

中国资源综合利用 2024年12期

摘要：漫水河属于珠江水系，发源于广东省广宁县，穿过四会市、清远市清新区，最后经佛山市三水区汇入北江。作为饮用水水源地和重要农业灌溉水源，漫水河清远段水质污染较为严重，这可能会引起水体中生物组成的变化，从而影响生态安全和人体健康。采用单因子指数法开展水质评价，通过排污系数法分析漫水河清远段的主要污染物及来源，为污染防控提供理论支撑。结果表明，2019—2021年，漫水河清远段各断面全年平均综合污染指数为0.21～0.45，主要污染物为氨氮、总氮和总磷。氨氮、总氮和总磷的排放负荷分别为364.25、406.73、164.39 t/a。畜禽养殖、水产养殖和种植业是流域污染物的核心来源。因此，有必要引导养殖主体转变家禽养殖模式，提高畜禽粪便的资源化利用率，加强水产养殖源头控制和尾水处理，优化种养结合模式，有效减少污染物排放量，改善区域生态环境，为漫水河流域的高质量发展

贡献力量。

关键词：漫水河清远段；水质特征；污染源；单因子指数法；排污系数法；氨氮；总氮；总磷

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）12-0-0678

Analysis of Water Quality Characteristics and Pollution Sources in the Qingyuan Section of Manshui River

LI Sufen1，3， YU Lingwei1， CHEN Fugao2， LI Pu1

（1. Aquatic Environmental Institute of Guangdong Zhongda Xinhua， Dongguan 523000， China;

2. Qingxin District Environmental Monitoring Station of Qingyuan City， Qingyuan 511500， China;

3. CIIC Guangzhou Economic amp; Technical Cooperation Co.， Ltd.， Guangzhou 510225， China）

Abstract： Manshui River belongs to the Pearl River water system， it originates in Guangning county， Guangdong province， passes through Sihui city and Qingxin district of Qingyuan city， and finally flows into Beijiang River through Sanshui district， Foshan city. As a source of drinking water and an important agricultural irrigation water source， the water quality pollution in the Qingyuan section of the Manshui River is relatively serious， which may cause changes in the biological composition of the water body， thereby affecting ecological security and human health. The single factor index method is used for water quality evaluation， and the main pollutants and sources in the clear far section of the flooded river are analyzd through the discharge coefficient method， providing theoretical support for pollution prevention and control. The results show that from 2019 to 2021， the average comprehensive pollution index of each section of the Qingyuan section of the Manshui River is 0.21～0.45， with the main pollutants being ammonia nitrogen， total nitrogen， and total phosphorus. The emission loads of ammonia nitrogen， total nitrogen， and total phosphorus are 364.25， 406.73 and 164.39 t/a， respectively. Livestock and poultry farming， aquaculture， and agriculture are the core sources of pollutants in river basins. Therefore， it is necessary to guide the breeding subjects to transform the poultry breeding mode， improve the resource utilization rate of livestock and poultry manure， strengthen the source control and tail water treatment of aquaculture， optimize the combination of planting and breeding mode， effectively reduce pollutant emissions， improve the regional ecological environment， and contribute to the high-quality development of flooded river areas.

Keywords： Qingyuan section of Manshui River; water quality characteristics; pollution sources; single factor index method; discharge coefficient method; ammonia nitrogen; total nitrogen; total phosphorus

漫水河属于珠江水系，干流长度为75 km，集水区面积为791 km2。作为饮用水水源地和重要农业灌溉水源，漫水河清远段水质污染较为严重，这可能会引起水体中生物组成的变化，从而影响生态的可持续发展和人体健康[1]。污染负荷测定方法一般分为两类，即直接监测法和模型估算法。直接监测法需要长期广泛地布点监测，需要耗费大量的时间和费用。目前，模型估算法不断完善和改进。陈武权等[2]将排污系数法估算结果和全国污染源普查数据对比，发现测算结果与实地大规模调查结果相差不大。因此，以漫水河清远段为研究区，通过水质评价分析2019—2021年的主要污染物，利用排污系数法估算2020年污染源中总氮、总磷和氨氮的污染负荷，从而识别关键污染源。

1 数据和方法

1.1 数据来源

清远市清新区在漫水河清远段设有2个广东省考核水质监测断面，即三青大桥断面和黄坎桥断面。2019年三青大桥断面和黄坎桥断面水质监测数据由广东省佛山生态环境监测站提供，样品采集及分析方法参照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），检测指标包括高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总磷、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅、氟化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂和硫化物。根据广东省考核水质监测断面要求，漫水河的三青大桥断面水质目标为Ⅱ类，黄坎桥断面水质目标为Ⅴ类。分类收集2020年各项农业活动与人居活动涉及的原始数据。具体数据来源包括实地调研、问卷调查和相关部门统计数据资料查询，同时收集用于负荷核算的相关参数。

1.2 研究方法

一是水质评价。选取单因子指数法评价2019年三青大桥断面和黄坎桥断面的水质污染程度。单因子指数采用式（1）计算。根据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），三青大桥断面的水质目标为Ⅱ类，黄坎桥断面的水质目标为Ⅴ类。二是污染负荷计算。采用排污系数法分别对漫水河清远段流域内工业污染源、城镇生活污染源、畜禽养殖污染源、水产养殖污染源、农村生活污染源和种植业污染源中氨氮、总氮和总磷的污染负荷进行计算。参考《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》，确定排污系数，计算各污染源污染负荷。污染源主要有6种，其污染负荷计算方法存在差异。

（1）

式中：Pi为第i项污染物的单因子指数；Ci为第i项污染物的实测浓度；Si为第i项污染物的浓度标准限值。

1.2.1 工业污染源

工业污染源采用式（2）计算污染负荷。根据《水污染物排放限值》（DB 44/26—2001）和《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002），三青大桥断面控制单元内的企业污水氨氮、总磷和总氮最高允许排放浓度分别为10、1、20 mg/L，黄坎桥断面控制单元内的企业污水氨氮、总磷和总氮最高允许排放浓度分别为15、3、20 mg/L。

L=ρ×V（2）

式中：L为工业污染源的污染负荷；ρ为各类污染源允许排放浓度；V为企业污水年排放量。

1.2.2 城镇生活污染源

城镇生活污染源采用式（3）计算污染负荷。根据《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》，漫水河清远段属于五区。2019年，清远市清新区城镇居民人均用水量为179 L/d，采用插值法进行计算，得到折污系数为0.829。根据《生活污染源产排污系数手册》，氨氮、总氮和总磷的产污系数分别为28.3、39.4、4.1 mg/L。

M=aBKD×365/100 000-Q1（3）

式中：M为城镇生活污染源的污染负荷；a为城镇常住人口数量；B为人均综合生活用水量；K为折污系数；D为产污系数；Q1为污水处理厂污染物去除量。

1.2.3 农村生活污染源

农村生活污染源采用式（4）计算污染负荷。参考《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》的推荐值，清远市农村生活污染源的氨氮、总氮和总磷人均产污强度分别为2.78、4.72、0.36 g/d。

N=bE×365/100-Q2（4）

式中：N为农村生活污染源的污染负荷；b为农村常住人口数量；E为人均产污强度；Q2为污水处理厂污染物去除量。

1.2.4 水产养殖污染源

水产养殖污染源采用式（5）计算污染物排放量。参考《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》的推荐值，清远市水产养殖业氨氮、总氮和总磷的排放系数分别为0.46、2.68、0.52 kg/t。

R1=F×G1（5）

式中：R1为污染物排放量；F为捕捞量；G1为污染物排放系数。

1.2.5 畜禽养殖污染源

畜禽养殖污染源采用式（6）计算污染物排放量。根据《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》，确定生猪、肉牛、蛋鸡和肉鸡的污染物排放系数，其他畜禽种类按照《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596—2001）的换算比例换算成猪当量后进行估算。

R2=H×G2（6）

式中：R2为污染物排放量；H为养殖量；G2为污染物排放系数。

1.2.6 种植业污染源

种植业污染源采用式（7）计算污染物排放量。参考《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》的推荐值，氨氮、总氮和总磷的农用地流失系数分别为1.465、11.554、1.619 kg/hm2，氨氮、总氮和总磷的园地流失系数分别为1.403、12.995、0.822 kg/hm2。

Pj=（A1×ej+A2×fj ）×10-3（7）

式中：Pj为第j项污染物排放量；A1为农用地总播种面积；ej为农用地第j项水污染物流失系数；A2为园地面积；fj为园地第j项水污染物流失系数。

2 结果与分析

2.1 单因子指数评价结果

2019—2021年，黄坎桥断面水质变化如图1（a）所示。黄坎桥断面的化学需氧量标准指数为0.18～1.25，超标率为3.23%；生化需氧量标准指数为0.05～2.92，超标率为9.68%；氨氮标准指数为0.20～2.46，超标率为16.13%；总磷标准指数为0.43～2.45，超标率为35.48%；总氮标准指数为0.96～3.87，超标率为93.55%；其他水质指标均未超过《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅴ类水质标准。

2019—2021年，三青大桥断面水质变化如图1（b）所示。三青大桥断面高锰酸盐指数的标准指数为0.28～1.60，超标率为6.45%；化学需氧量标准指数为0.20～1.73，超标率为6.45%；生化需氧量标准指数为0.17～1.77，超标率为9.68%；总磷标准指数为0.50～2.40，超标率为41.94%；总氮标准指数为1.78～4.44，超标率为100%；挥发酚标准指数为0.15～1.00，超标率为29.03%；石油类标准指数为0.20～2.20，超标率为3.23%；其他水质指标均未超过《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）的Ⅱ类水质标准。

由上述结果可知，漫水河清远段的主要污染物为氨氮、总氮和总磷。杨茜等[3]研究2011—2020年自贡市釜溪河水质变化，发现氨氮和总磷是水质变差的主要影响因素，这与本研究结果一致。

2.2 污染负荷分析

利用排污系数法对氨氮、总氮和总磷的污染负荷进行估算，得到畜禽养殖污染源、农村生活污染源、水产养殖污染源、城镇生活污染源、种植业污染源和工业污染源的污染负荷，结果如表1所示。漫水河清远段氨氮、总氮和总磷的总污染负荷分别为364.25、406.73、164.39 t/a，主要污染物是总氮，这与断面监测结果一致。由图2可知，由高到低，氨氮负荷贡献率依次为畜禽养殖污染源（64.51%）＞农村生活污染源（11.59%）＞水产养殖污染源（8.29%）＞城镇生活污染源（8.26%）＞种植业污染源（6.26%）＞

工业污染源（1.09%）。由高到低，总氮负荷贡献率依次为种植业污染源（46.78%）＞农村生活污染源（28.12%）＞城镇生活污染源（12.15%）＞畜禽养殖污染源（11.65%）＞工业污染源（1.30%）。由高到低，总磷负荷贡献率依次为水产养殖污染源（42.67%）＞畜禽养殖污染源（35.61%）＞种植业污染源（12.96%）＞农村生活污染源（5.15%）＞城镇生活污染源（3.13%）＞工业污染源（0.48%）。

家禽排泄物含有大量未被完全消化的营养物质，易对环境造成污染。已有研究在猪粪污中检测出氨氮和总磷，平均含量分别为1 254 mg/L和217 mg/L[4]。目前，清远市漫水河流域汇水区开始由农村传统的分散养殖向规模化养殖转变，但还有部分畜禽采用散养方式，与鱼塘一起共建“畜-肥-鱼”模式。畜禽粪便长期大量投入鱼塘中，会改变鱼塘水体原有平衡，导致水体富营养化和多种病原微生物大量繁殖，池塘水外排，间接进入漫水河流域[5]。另外，规模化养殖会促进粪污的高度集中，但是与之相配套的处理利用模式相对落后，也会造成水体污染负荷加重[6]。最后，规模化养殖粪便大量堆放，对地下水环境造成污染，在汛期可能会随地表径流进入水体[7]。因此，引导家禽养殖模式的转变和提高粪便的资源化利用率有利于减少污染物对漫水河流域的影响。

水产养殖过程中，过量的饲料投喂、鱼类排泄、化学品和治疗剂投入、沉积物释放等原因都可能会导致养殖水体富营养化[8]。污染物会随着降雨和换水大量外排，对流域水体造成污染[9]。为有效解决养殖尾水污染问题，目前，相关研究集中在源头输入控制和尾水后期处理。源头控制方面，有研究认为，水产养殖过程的污染负荷与养殖模式、饲料采用的配方、饲料质量和投喂方式密切相关[10-11]。尾水后期处理方面，目前普遍采用的处理技术包括物理化学处理技术、生物处理技术和自然生物处理技术[12]。因此，加强源头控制和尾水处理有利于减少污染物对漫水河流域的影响。

在气候因素和人类不合理利用的综合影响下，水土流失携带的化肥、养分等营养物质和泥沙是流域污染的主要来源。已有研究表明，施肥方式[13]、灌溉方式[14]以及土地利用情况[15]等都会影响土壤中氮磷的利用率。其中，氮肥平均利用率为30%～35%，磷肥为10%～20%，过剩的肥料随着地表径流和地下水渗漏进入水环境中，同时破坏土壤的团粒结构，造成土壤板结，影响土壤的通气透水及其生态功能，这可能会加剧氮和磷的流失，导致水体富营养化[16-20]。因此，优选出适宜该区域水肥高效利用的综合种植模式，有利于减少污染物对漫水河流域的影响。综合来看，畜禽养殖、水产养殖、种植业是影响漫水河流域氮、磷的核心污染源。研究表明，种植业、畜禽养殖等排放的污染负荷对水体污染的贡献极大[21-22]。

3 结论

漫水河既是清远市的饮用水水源地之一，又是重要农业灌溉水源。但是，漫水河清远段水质污染较为严重，这可能会引起水体中生物组成的变化，从而影响生态的可持续发展和人体健康。通过水质评价分析2019—2021年漫水河清远段的主要污染物，利用排污系数法估算2020年污染源中总氮、总磷和氨氮的污染负荷，从而识别关键污染源。结果显示，漫水河清远段氨氮、总氮和总磷的总污染负荷分别为364.25、406.73、164.39 t/a，主要污染源为畜禽养殖、水产养殖和种植业。因此，引导家禽养殖模式的转变，提高畜禽粪便的资源化利用率，加强水产养殖源头控制和尾水处理，优化种养结合模式，有利于减少污染物对漫水河流域的影响。

参考文献

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