鎮(zhèn)江金山湖水體污染源解析

謝家國,蘇航,解清杰,陳志剛,陳軍靜(.鎮(zhèn)江市水利投資公司,江蘇鎮(zhèn)江000;.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江03)

鎮(zhèn)江金山湖水體污染源解析

謝家國1,蘇航2,解清杰2,陳志剛2,陳軍靜2
(1.鎮(zhèn)江市水利投資公司,江蘇鎮(zhèn)江212000;2.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院,江蘇鎮(zhèn)江212013)

分析了2012年金山湖各監(jiān)測段的水質(zhì)情況,并對金山湖水體污染源進(jìn)行解析。結(jié)果表明,運糧河入流水質(zhì)較差,金山湖TN值超標(biāo)；降雨地表徑流是金山湖的第一大污染源,并且城鎮(zhèn)地表徑流所產(chǎn)生的污染物的負(fù)荷及濃度要遠(yuǎn)高于農(nóng)田地表徑流；由于截污工程的實施,工業(yè)生產(chǎn)廢水與城鎮(zhèn)生活污水對污染的貢獻(xiàn)率較低。

水質(zhì)分析；污染源；地表徑流；金山湖

鎮(zhèn)江市地處江蘇省西南部,長江下游南岸,北緯31°37憶～32°19憶,東經(jīng)118°58憶～119°58憶,市區(qū)面積154.56 km2,屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候。鎮(zhèn)江市降水充沛,多年平均降水量1 376mm[1]。鎮(zhèn)江市的金山湖水面約8.8 km2,占鎮(zhèn)江城市水系水面的80%以上。引航道閘與焦南壩水利樞紐完工后,金山湖與長江水體的交換水量與交換頻率減少,夏季高溫環(huán)境下可能出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象,甚至可能出現(xiàn)藍(lán)藻水華,因此,金山湖水體水質(zhì)需要合理調(diào)控。本文就金山湖水體水質(zhì)現(xiàn)狀及污染源進(jìn)行分析,旨在為改善金山湖水環(huán)境提供參考。

1 金山湖基本概況

1.1 污染源現(xiàn)狀

金山湖由原來的鎮(zhèn)江港港池形成,原與長江自然連通,兩岸分布有大量的工業(yè)企業(yè),是鎮(zhèn)江城市經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。由于金山湖水環(huán)境質(zhì)量問題逐漸得到重視,鎮(zhèn)江老港池碼頭和部分污染企業(yè)已經(jīng)外遷,這給金山湖水環(huán)境質(zhì)量的改善提供了有利的條件。但是,金山湖四周目前仍然分布有工廠和企業(yè),與金山湖連通的運糧河和虹橋港仍是重污染河道,是金山湖主要的污染源。降雨期間,江濱污水截流泵站的排污和沿江污水截流井的溢流,成為金山湖水質(zhì)惡化的點源。金山湖岸邊堆放的垃圾和金山湖區(qū)域分布的大量魚塘,是造成金山湖水質(zhì)惡化的面源。古運河、運糧河和虹橋港是與金山湖相通的3條主要城市河流。自1993年開始,在古運河、運糧河兩岸的局部地區(qū)實施了污水截流工程,原先直接排入河道的污水被截留,大大改善了這兩條河流的水環(huán)境。但是,這些地區(qū)仍然存在生活污水直排的現(xiàn)象,尚有部分管網(wǎng)的溢流和雨水徑流進(jìn)入金山湖。

1.2 污水收集現(xiàn)狀

鎮(zhèn)江市1993年開始建設(shè)污水截流工程,2003年建成了古運河、運糧河、金山湖3個截流系統(tǒng)和7個污水(雨水)提升泵站以及征潤洲污水處理廠。鎮(zhèn)江主城現(xiàn)狀排水管渠多為合流制管渠,約占所有排水管道數(shù)量的53.0%,而在新建地區(qū)、舊城改造區(qū)及道路改造區(qū)實行分流制排水管渠。目前鎮(zhèn)江主城區(qū)排水管道總長約646.384 km,屬于市政管養(yǎng)的排水管道長474.368 km,排水管道密度為2407m/km2,管網(wǎng)普及率為80%。在鎮(zhèn)江虹橋港區(qū)域,新建的米山路、禹山北路已按分流制建成獨立的污水管網(wǎng)[2]。

2 研究方法

本研究依據(jù)基礎(chǔ)調(diào)研數(shù)據(jù)和鎮(zhèn)江環(huán)境監(jiān)測站提供的金山湖水體質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù),對2012年1—12月金山湖主要監(jiān)測斷面的水質(zhì)和污染源進(jìn)行分析,并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況,根據(jù)污染源污染物的排放總量和產(chǎn)污系數(shù),來分析各污染源對金山湖的污染貢獻(xiàn)度[3]。

3 研究結(jié)果

3.1 主要污染指標(biāo)質(zhì)量濃度情況

圖1為金山湖水域水系流向圖。金山湖水域3條主要河流為運糧河、虹橋港和古運河,引航道為金山湖引清換水的主要閘口,3條河流及引航道與金山湖連通區(qū)域都由閘站控制。對金山湖不同湖區(qū)監(jiān)測點的水體水質(zhì)進(jìn)行對比,可以定性地識別金山湖污染的主要來源。圖2為2012年金山湖不同監(jiān)測斷面的COD、TP、TN質(zhì)量濃度變化情況。監(jiān)測時各閘站處于關(guān)閉狀態(tài),這些數(shù)據(jù)能反映各河流與金山湖連通處的水質(zhì)情況。

從圖2(a)可以看出,金山湖各監(jiān)測段COD的空間分布區(qū)別較大。除11月以外,運糧河處的COD質(zhì)量濃度全年都處于最高值,引航道與古運河的COD質(zhì)量濃度均值較接近,焦南壩處COD質(zhì)量濃度值較低且保持平穩(wěn)。此外,除焦南壩COD質(zhì)量濃度值保持平穩(wěn)以外,5月、8月金山湖各監(jiān)測段的COD質(zhì)量濃度值都較高。金山湖各監(jiān)測段TP基本處于地表水環(huán)境質(zhì)量III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)左右,除運糧河處在3—5月較高,全年各監(jiān)測段TP質(zhì)量濃度值比較平穩(wěn)(圖2(b))。對不同監(jiān)測段TN質(zhì)量濃度值進(jìn)行對比分析,發(fā)現(xiàn)金山湖TN污染較嚴(yán)重,在地表水環(huán)境質(zhì)量IV類及V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以上,其中TN質(zhì)量濃度最高值基本都出現(xiàn)在運糧河段(圖2(c))?？梢?作為景觀湖泊及鎮(zhèn)江市備用水源地,金山湖的水質(zhì)已經(jīng)受到TN的嚴(yán)重影響。

圖1 金山湖水系流向

圖2 2012年金山湖主要監(jiān)測段COD、TP、TN質(zhì)量濃度變化情況

3.2 污染源

3.2.1 工業(yè)廢水

鎮(zhèn)江地處長江與京杭大運河的交匯點,水陸交通暢通,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),化工生產(chǎn)是這座城市最大的產(chǎn)業(yè)之一。截污工程實施前,在金山湖沿岸分布著25個工業(yè)生產(chǎn)廢水排放口,每年向金山湖內(nèi)排放116.0萬m3的工業(yè)生產(chǎn)廢水,廢水中的COD、TN及TP分別達(dá)454.5 t/a、98.4 t/a、4.8 t/a。近幾年截污工程實施后,工業(yè)生產(chǎn)廢水的入湖量有了較大幅度的減少,截污率達(dá)到70%左右。目前,每年入湖廢水量為35.0萬m3,廢水中含有的COD、TN及TP分別為136.4 t、29.5 t和1.4 t[4]。

3.2.2 生活污水

據(jù)統(tǒng)計,長居于金山湖流域的用水人口達(dá)到43.8萬,結(jié)合當(dāng)?shù)鼐用竦纳罘绞脚c消費水平,每人用水量為200 L/d?？紤]到用水的部分流失,人均排水量一般以用水量的85%估算。對生活污水的收集率,鎮(zhèn)江市在城鄉(xiāng)兩地存在較大差異。在城鎮(zhèn),地下污水管網(wǎng)較為發(fā)達(dá),生活污水得以截留凈化后再排放,污水的收集處理率可以達(dá)到99%以上。而在農(nóng)村,由于沒有發(fā)達(dá)的排水管網(wǎng),或管網(wǎng)多為直排式,使污水直接進(jìn)入水體,污水收集率不到60%。綜合考慮城鄉(xiāng)兩地的人口差異以及流域截污工程的實施情況,計算生活污水排放量時生活污水年平均收集處理率取95%。為獲取鎮(zhèn)江市城鎮(zhèn)生活污水中各污染物質(zhì)量濃度,本研究對金山湖流域內(nèi)幾個特征居民區(qū)進(jìn)行了采樣監(jiān)測,取以下平均值作為污染物質(zhì)量濃度值：COD,300mg/L;TN,40mg/L;TP,5mg/L。

3.2.3 降雨徑流

鎮(zhèn)江市屬于沿江型城市和河網(wǎng)地區(qū)城市,地表徑流帶來的非點源污染已經(jīng)成為城市水體污染的主要來源之一。鎮(zhèn)江年平均降雨量為1 376mm,常年平均氣溫15.5oC。根據(jù)土地利用現(xiàn)狀,金山湖流域面積98.46 km2,其中農(nóng)田面積38.64 km2,城鎮(zhèn)面積59.82 km2。污染物的質(zhì)量濃度參考相近地區(qū)的經(jīng)驗值和實測值。農(nóng)田地表徑流和城鎮(zhèn)地表徑流在產(chǎn)流系數(shù)上存在較大的差異,城鎮(zhèn)產(chǎn)流系數(shù)為0.70。農(nóng)田綠地產(chǎn)流系數(shù)為0.35[5](表1)。

表1 農(nóng)田地表徑流與城鎮(zhèn)地表徑流的差異

3.2.4 大氣沉降

鎮(zhèn)江市化工企業(yè)發(fā)達(dá),大氣受其影響,城區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量整體處于輕度污染狀態(tài)[6]。參照已有研究成果并結(jié)合鎮(zhèn)江市實際狀況,監(jiān)測獲得不同污染物的沉降量,見表2。

表2金山湖大氣污染物沉降量kg/(km2·a)

3.3 主要污染源貢獻(xiàn)率

根據(jù)金山湖污染源污染物的排放總量及產(chǎn)污系數(shù),參考相關(guān)文獻(xiàn)[7-8],計算得到4種主要污染源所產(chǎn)生污染物的年排放入湖量,見表3。由表3可知,由降雨地表徑流產(chǎn)生的入湖污染物量較大,每年向金山湖排放TN、TP與COD分別高達(dá)186.9 t、38.3 t與4 693.6 t。與降雨地表徑流相比,其他各污染源污染物排放入湖的量要小得多。由于2010年全部截污工程實施后[9],鎮(zhèn)江市企業(yè)廢水均被城市污水截流工程截留,統(tǒng)一處理后再排放,而生活污水通過城市污水處理廠收集處理,故工業(yè)生產(chǎn)廢水與城鎮(zhèn)生活污水所產(chǎn)生的污染物排放量較小,兩者COD的排放總量僅為降雨地表徑流的1/9,其TP與TN的排放總量也遠(yuǎn)小于降雨地表徑流。大氣沉降污染物的TN、TP與COD的排放入湖量分別為39.9 t/a、3.8 t/a與236.2 t/a。

表3 主要污染源所產(chǎn)生污染物的年排放入湖量t

4種主要污染源對污染物的貢獻(xiàn)率見圖3。

從圖3可以看出,降雨地表徑流為金山湖水體污染的第一大污染源,其對COD、TP及TN的貢獻(xiàn)率分別為87%、75%和60%;其次為城鎮(zhèn)生活污水,對COD、TP及TN的貢獻(xiàn)率分別為7%、14%和18%。由于流域截污工程的實施,工業(yè)生產(chǎn)廢水得到有效截留,對金山湖水體污染的貢獻(xiàn)率較小,除對TN貢獻(xiàn)率稍高外,對COD和TP的貢獻(xiàn)率均在5%以下。由于鎮(zhèn)江市空氣質(zhì)量狀況處于輕度污染狀態(tài),大氣沉降對各污染物的貢獻(xiàn)率處于城鎮(zhèn)生活污水與工業(yè)生產(chǎn)廢水對各污染物的貢獻(xiàn)率之間,其對COD、TP及TN的貢獻(xiàn)率分別為4%、8%和13%?？梢?面源污染對金山湖水體的污染及影響越來越嚴(yán)重,已成為鎮(zhèn)江城市水體水質(zhì)惡化的主要原因之一。

圖3 4種主要污染源對COD、TP、TN的貢獻(xiàn)率

就降雨地表徑流來講,兩種不同下墊面的地表徑流對金山湖水體污染的貢獻(xiàn)率也存在較大差異。城鎮(zhèn)地表徑流中COD、TP及TN濃度分別占到全部徑流污染物的92.07%、90.33%與92.51%(圖4),城鎮(zhèn)地表徑流污染物的負(fù)荷及濃度要遠(yuǎn)高于農(nóng)田地表徑流,這與Sartor的研究結(jié)果[10]相吻合。同樣,大氣干沉降與大氣濕沉降對水體污染的貢獻(xiàn)也存在一定的差異。COD與TN主要源于大氣濕沉降,分別占總沉降量的73.33%與72.18%,而TP主要源于大氣干沉降,大氣干沉降產(chǎn)生的TP占總沉降量的75%(圖5)。

圖4 不同地表徑流對污染物貢獻(xiàn)的對比

圖5 大氣干、濕沉降對污染物貢獻(xiàn)的對比

4 結(jié)論

a.綜合對比3種常規(guī)污染物指標(biāo)(COD,TP, TN)在金山湖各監(jiān)測段的質(zhì)量濃度變化情況,發(fā)現(xiàn)金山湖長江入流與湖泊出流段水質(zhì)相對較好,3種指標(biāo)在運糧河入流處的質(zhì)量濃度都較高,說明金山湖受內(nèi)陸河流排放的污水影響較大;3月各監(jiān)測段的各污染物指標(biāo)質(zhì)量濃度都處于較高值,尤其TN值較高,氮污染嚴(yán)重,表明金山湖水質(zhì)較差。

b.在現(xiàn)有的污水收集管網(wǎng)條件下,工業(yè)生產(chǎn)污水與城鎮(zhèn)生活污水被有效截流,金山湖點源污染得到有效控制。工業(yè)生產(chǎn)污水與城鎮(zhèn)生活污水對金山湖的COD、TP、TN的貢獻(xiàn)率分別為9%、17%、27%。

c.鎮(zhèn)江市屬于沿江型城市和河網(wǎng)地區(qū)城市,降雨地表徑流對金山湖的COD、TP、TN貢獻(xiàn)率分別為87%、75%、60%,是金山湖最大的污染源。其中城鎮(zhèn)地表徑流占主體,城鎮(zhèn)地表徑流中COD、TP、TN含量分別占全部徑流污染物的92.07%、90.33%與92.51%。針對金山湖降雨徑流產(chǎn)生污染的問題,優(yōu)化金山湖閘站調(diào)度,對保護(hù)金山湖水質(zhì)意義重大。

[1]鎮(zhèn)江市環(huán)境監(jiān)測中心站.鎮(zhèn)江市生態(tài)環(huán)境狀況評價報告[EB/OL].[2012-12-12].http：//hbj.zhenjiang. gov.cn/zwgk/hjzk/hjzl/sthjzl/zjsstzhfxbg/201212/ t20121213_837534.htm.

[2]鎮(zhèn)江市建設(shè)局.鎮(zhèn)江市城市“十一五”排水規(guī)劃[EB/ OL].[2008-07-22].http：//jsj.zhenjiang.gov.cn/ xxgk/fzgh/200908/t20090805_156358.htm.

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[10]SARTOR J D,BOYD G B.Water pollution aspects of street surface contaminants[M].Washington D C：The United States Environmental Protection Agency,1972.

Analysis of water pollution sources in Jinshan Lake,in Zhenjiang

XIE Jiaguo1,SU Hang2,XIE Qingjie2,CHEN Zhigang2,CHEN Junjing2
(1.Zhenjiang Water Conservancy Investment Company,Zhenjiang 212000,China; 2.School of the Environment,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

The water quality of severalmonitoring sections in Jinshan Lake in the year 2012 and water pollution sources of the lake were analyzed.The results show that the water quality of inflow of the Yunliang River was poor and TN in Jinshan Lake exceeded the standard.The surface runoff was the largest source of pollution of Jinshan Lake water.The pollutant load and concentration of surface runoff in the town were far higher than those in the farmland.Due to the implementation of sewage interception projects,industrial wastewater and urban sewage contributed little to the pollutants.

water quality analysis;pollution sources;surface runoff;Jinshan Lake

X524;X501

A

1004 6933(2014)05 0052 04

2013 11 17編輯：彭桃英)

10.3969/j.issn.1004 6933.2014.05.009

國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07102-001);江蘇省水利廳科技項目(2012086)

謝家國(1968—),男,工程師,主要從事水污染控制研究。E-mail：davidshshsh@163.com

蘇航,碩士研究生。E-mail：sc251038569@126.com