揚(yáng)州城市河流污染物總量估算及對(duì)策研究

（1..江蘇省水利重點(diǎn)工程揚(yáng)州市指揮部，揚(yáng)州，225009；2 揚(yáng)州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，揚(yáng)州，225009；3.湖北省水利水電科學(xué)研究院，武漢，430070；4. 慶元縣農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室，浙江慶元 323700）

摘要：城市河流是城市景觀和生態(tài)的重要載體，城市河流污染物總量估算是河流污染物控制的重要基礎(chǔ)指標(biāo)。本文以揚(yáng)州市為例，通過(guò)少量參數(shù)對(duì)城市河流污染物總量進(jìn)行了估算，并提出了河流污染物控制措施。研究結(jié)果表明：基于少量參數(shù)對(duì)城市河流污染物總量進(jìn)行估算合理可行；城市生活污水和面源污染是揚(yáng)州市城市河流水體污染物主要來(lái)源。

關(guān)鍵詞：城市河流；揚(yáng)州；污染物重量；估算

城市河流是城市景觀和生態(tài)環(huán)境的重要載體，研究者對(duì)其做出具體定義：指發(fā)源于城區(qū)或流經(jīng)城市區(qū)域的河流或河流段，也包括一些歷史上雖屬人工開挖、但經(jīng)多年演化已具有自然河流特點(diǎn)的運(yùn)河、渠系[1]。城河流受人類活動(dòng)干擾，是人類活動(dòng)與自然過(guò)程共同作用最為強(qiáng)烈的地帶之一[2]?；謴?fù)和維持健康的城市河流生態(tài)和景觀系統(tǒng)已成為重要的生態(tài)管理目標(biāo)[3]。準(zhǔn)確分析估算城市河流污染物來(lái)源及總量是城市河流生態(tài)管理的重要基礎(chǔ)工作，也是制定城市河流污染物控制指標(biāo)確定的基礎(chǔ)內(nèi)容之一。

眾多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究，已有的河流水環(huán)境容量估算中，通常首先設(shè)定河流的目標(biāo)水質(zhì)和一定保證率下的設(shè)計(jì)流量，再建立一維或二維的水環(huán)境容量模型，并在模型參數(shù)的率定基礎(chǔ)上進(jìn)行估算[4-5]。已有的研究側(cè)重于理論模型研究，所需參數(shù)較多，在日常的河道管理及規(guī)劃、環(huán)境指標(biāo)分解等工作的應(yīng)用中還存在一定的難度。因此，本文以揚(yáng)州市為例，基于易獲取的資料，進(jìn)行了城市河流污染物總量估算，并提出了河流污染物控制措施。

1、概況

揚(yáng)州屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，夏季多東南風(fēng)，冬季多偏北風(fēng)；四季分明，年平均氣溫14.8℃；雨量充沛，多年平均降雨量1027.8 mm，年最大降雨量1520.7 mm（1991），且時(shí)空分布不均，最大3日降雨量281.8 mm，暴雨性質(zhì)主要為梅雨和臺(tái)風(fēng)雨。年平均水面蒸發(fā)量為906.3 mm，年水面蒸發(fā)量最大值為1086.4 mm（1994），最小值為775 mm（2003），水面蒸發(fā)的年內(nèi)分配很不均勻，汛期（5～9月）的蒸發(fā)量占全年的59.5%。

本文研究區(qū)域?yàn)楣胚\(yùn)河以西，南到古運(yùn)河，揚(yáng)子江路以東，江平東路以南約22.44 km2的范圍，區(qū)域總?cè)丝?0多萬(wàn)人，其中常住人口16多萬(wàn)人，流動(dòng)人口約4萬(wàn)人。

2、污染物計(jì)算方法分析

根據(jù)已有的研究成果，將研究區(qū)內(nèi)污染物分為生活污染源、面源污染、內(nèi)源頭污染三類，分別進(jìn)行分析。

2.1生活污染源入河量

生活污染源入河量可采用兩種估算方法，方法1是按生活、公共分別估算，方法2是按污水處理量估算。

（1）按生活、公共分別估算

1）居民生活污源入河量

居民生活污水入河量采用污水總量和污染物濃度相乘，污水總量采用居民生活用水量間接估算，污染物濃度結(jié)合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，選取具有代表性的污染物濃度作為典型值代入計(jì)算。

（1）

式中：M居——居民生活污染物入河量；——居民生活污水入河量；——居民生活污水污染物濃度。

（2）

式中：——居民用水定額；——研究區(qū)域人口；——排水系數(shù)；——居民生活污水入河率。

2）公共建筑污水入河量

城鎮(zhèn)公共用水主要集中在醫(yī)院、學(xué)校、住宿和餐飲業(yè)及沐浴業(yè)等單位與行業(yè)。根據(jù)城市統(tǒng)計(jì)部門公布的城市污水處理率和廢水排放量，計(jì)算城市公共建筑污水入河量。污染物濃度結(jié)合長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)資料，選取具有代表性的污染物濃度作為典型值代入計(jì)算。

（3）

式中：M公共——公共建筑污染物入河量；——公共建筑污水入河量；——公共建筑污水中污染物濃度。

（4）

式中：——城鎮(zhèn)公共用水量；——城市污水處理率

（2）按處理量推算入河污染物量

本方法以污水入河量和污染物濃度為基本數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。選取典型區(qū)域進(jìn)行調(diào)查，統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)供水量和污水處理量，估算污水入河率，以此為擴(kuò)大指標(biāo)，結(jié)合本區(qū)供水量，計(jì)算本區(qū)污水入河量；以本區(qū)域污水處理廠的進(jìn)口處污染物濃度為代表濃度。

（5）

式中：M生活——生活污染源入河量；——污水入河量；——污水中污染物濃度。

（6）

式中：——城市供水總量；——污水入河率。

由于該方法中污染物入河量?jī)H為估算結(jié)果，可采用偏安全原則選取，通過(guò)兩種方法對(duì)比，取其大值進(jìn)行計(jì)算。

2.2 面污染源入河量估算

參考相近城區(qū)徑流污染負(fù)荷率，結(jié)合本地區(qū)的國(guó)土部門的土地利用統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行估算。土地利用類型分為居住用地、公共設(shè)施、倉(cāng)儲(chǔ)用地、對(duì)外交通、市政設(shè)施和綠地，共計(jì)6類。計(jì)算公式如下：

（7）

式中：M面——面污染源入河量，kg/a；——不同土地利用類型的徑流污染負(fù)荷，kg/hm2·a； ——各土地利用類型面積，hm2；i——不同土地利用類型，i=1～6，依次對(duì)應(yīng)居住用地、公共設(shè)施、倉(cāng)儲(chǔ)用地、對(duì)外交通、市政設(shè)施和綠地。

2.3 內(nèi)源污染物釋放量估算

內(nèi)源污染主要指進(jìn)入水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)各種物理、化學(xué)和生物作用，逐漸沉降至湖泊底質(zhì)表層，在一定條件下向水體釋放，形成水體污染負(fù)荷。城市河道內(nèi)源污染計(jì)算主要考慮河道底泥污染物釋放。污染嚴(yán)重的城區(qū)河流，由于長(zhǎng)期的積累，沉積物中氮磷負(fù)荷很高，換水后，底泥中的污染物會(huì)釋放進(jìn)入水體，部分河流湖泊內(nèi)源污染已成為河流湖泊的重要來(lái)源。內(nèi)源污染物釋放量估算采用區(qū)域河流污染物釋放率和河流底面積為基礎(chǔ)參數(shù)。根據(jù)河道底泥監(jiān)測(cè)資料分析，確定本區(qū)域河流污染物釋放率；底面積根據(jù)河道的長(zhǎng)度和寬度進(jìn)行估算。

3、污染物入河量估算與討論

3.1 生活污染源入河量估算

（1）按居民、公共分別估算法

1）居民生活污水入河量

用水定額取210 L/（人·d），區(qū)域用水量1533 萬(wàn)m3/a，排水系數(shù)取0.80，則排水量1226.4萬(wàn)m3/a，污水收集率85%，則有184萬(wàn)m3/a入河，根據(jù)相近地區(qū)取樣研究，取COD濃度300 mg/L，BOD5濃度180 mg/L，氨氮濃度30 mg/L，則污染物排放量COD為552.0 t/a，BOD5為331.2 t/a，氨氮為55.2 t/a。

2）公共建筑污水入河量

2010年揚(yáng)州市城鎮(zhèn)公共用水主要集中在醫(yī)院、學(xué)校、住宿和餐飲業(yè)及沐浴業(yè)等單位與行業(yè)，其中公共沐浴排水占廢水排放量36.5%，學(xué)校、醫(yī)院、科研單位排水占33.2%，住宿和餐飲業(yè)排水占23.4%，其他公共排水占6.9%。城市污水處理率85%，有15%城市公共企業(yè)就近排放水體。研究區(qū)域污水總量約為173.6萬(wàn)m3，排放量為26.04萬(wàn)m3，根據(jù)相近地區(qū)取樣研究，取COD濃度240 mg/L，BOD5濃度160 mg/L，氨氮濃度15 mg/L，則污染物排放量COD為62.50 t/a，BOD5為41.66 t/a，氨氮為3.90 t/a。

3）居民、公共生活污染源入河量

表1 居民、公共生活污染源入河量

Table 1 The volume of public life pollution into river

污水量（萬(wàn)m3/a）COD（t/a）BOD（t/a）氨氮（t/a）

居民生活184552.0331.255.2

城市公共26.0462.541.663.90

合計(jì)210.04614.5372.8659.1

生活污染源入河量合計(jì)為COD為614.50 t/a，BOD5為372.86 t/a，氨氮為59.10 t/a。平均每天入河量COD為1.68 t/d，BOD5為1.02 t/d，氨氮為0.162 t/d。

（2）按處理量推算入河污染物量

揚(yáng)州城區(qū)最高日供水量59萬(wàn)m3/d，2011年日收集處理污水量33萬(wàn)m3/d，考慮漏損（約13%）7.6萬(wàn)m3/d，供水覆蓋面積480 km2，區(qū)域計(jì)算面積22.44 km2，約有0.86萬(wàn)m3/d生活污水直接或間接的入河，指標(biāo)濃度參考湯汪污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)（表2）。污染物入河量見表3。

表2 排放生活污水主要污染物濃度

Table 2 The main pollutant concentrations of Sewage discharged

COD（mg/L）BOD5（mg/L）SS（mg/L）氨氮（mg/L）

30020015030

（3）生活污染源入河量估算

分別按照兩種方法進(jìn)行估算，估算結(jié)果如表3。綜合考慮，取較大者作為生活污染源入河量估算結(jié)果，即COD為2.58 t/d，BOD為1.72 t/d，氨氮為0.26 t/d。

表3 區(qū)域生活污水污染物入河量

Table 3 Regional sewage pollutants discharged

COD（t/d）BOD5（t/d）氨氮（t/d）

按處理量推算2.581.720.26

按生活、公共分別計(jì)算1.681.020.16

3.2 面污染源入河量估算

通過(guò)查閱研究區(qū)域土地利用現(xiàn)狀（表4），參考相近城區(qū)徑流污染負(fù)荷率（表5），按照公式7計(jì)算本區(qū)域地表徑流污染物入河量，計(jì)算成果見表6。

表4 城區(qū)部分土地利用統(tǒng)計(jì)表

Table 4 Statistical table of land use in urban areas

用地類型居住用地公共設(shè)施倉(cāng)儲(chǔ)用地對(duì)外交通市政設(shè)施綠地合計(jì)

面積（hm2）860520815118302244

表5 城區(qū)地表徑流污染估算系數(shù)表

Table 5 tables of Estimation coefficient of surface runoff pollution in urban area

污染負(fù)荷率居住用地公共設(shè)施倉(cāng)儲(chǔ)用地對(duì)外交通市政設(shè)施綠地

BOD5（kg/hm2·a）186.523035058.840036.0

COD（kg/hm2·a）431.4650600198.8150080

總氮（kg/hm2·a）7.8483815752.6

氨氮（kg/hm2·a）4.15.6121.5401.3

表6 城區(qū)地表徑流污染物入河量表

Table 6 Surface runoff pollutants discharged into river in urban area

徑流污染負(fù)荷居住用地公共設(shè)施倉(cāng)儲(chǔ)用地對(duì)外交通市政設(shè)施綠地合計(jì)

BOD5（t/a）160.39 119.60 2.80 0.88 4.40 29.88 317.95

COD（t/a）371.00 338.00 4.80 2.98 16.50 66.40 799.68

總氮（t/a）6.71 24.96 0.30 0.23 0.83 2.16 35.19

氨氮（t/a）3.53 2.91 0.10 0.02 0.44 1.08 8.08

徑流雨水入河污染物量COD為799.68 t/a， BOD5 為317.95為t/a，氨氮為8.08 t/a。

3.3 內(nèi)源污染物釋放量估算

內(nèi)源污染主要包括水產(chǎn)養(yǎng)殖污染和河道底泥污染物釋放等項(xiàng)目。首先計(jì)算水產(chǎn)養(yǎng)殖污染，據(jù)調(diào)查，本研究區(qū)域養(yǎng)殖面積幾乎沒有，因此，這部分污染源項(xiàng)可不計(jì)。內(nèi)源污染計(jì)算主要考慮河道底泥污染物釋放。污染嚴(yán)重的城區(qū)河流，由于長(zhǎng)期的積累，沉積物中氮磷負(fù)荷很高，換水后，底泥中的污染物會(huì)釋放進(jìn)入水體，根據(jù)河道底泥監(jiān)測(cè)資料分析，確定本區(qū)域河流污染物釋放率。

表7 河道底泥污染物釋放量

Table 7 Emissions of pollution of river bottom sludge

序號(hào)河道名稱長(zhǎng)度（km）河道斷面COD氨氮

平均底寬（m）底面積

（萬(wàn)m2）釋放率

（mg/m2·d）釋放量

（kg/ d）釋放率

（mg/m2·d）釋放量

（kg/ d）

1濠田河3.7207.406.750.49950.33750.02498

2魏家沖1.76203.526.750.23760.33750.01188

3保障河1.3101.306.750.087750.33750.00439

4邗溝河1.971.336.650.0884450.39750.00529

5漕河2.4102.4010.650.25561.39750.03354

6玉帶河1.130.3310.650.0351451.39750.00461

7寶帶河1.3050.657.950.0516750.33750.00219

8北城河2.151.0510.650.1118250.39850.00418

9蒿草河4.131.2310.650.1309951.39750.01719

10二道河1.681.287.950.101761.39750.01789

11安墩河1.140.4410.650.046861.39750.00615

12小秦淮河1.940.766.750.05130.33750.00257

13西沙河4.152.056.750.1383750.33750.00692

14響水河1.650.806.750.0540.33750.00270

合計(jì) 24.54 1.89083 0.14448

3.4 污染物入河量匯總

各類污染源入河廢水量及污染物量匯總成果見表3-8。揚(yáng)州市河流污染負(fù)荷較大，COD，BOD和氨氮的排放量較多，其中城市生活污水和面源污染是揚(yáng)州城市河流水體污染物主要來(lái)源。由于揚(yáng)州城市河流水體流動(dòng)性較差，水環(huán)境的稀釋容量和自凈容量較小，水質(zhì)目標(biāo)不變時(shí)，水環(huán)境容量較小。因此本河段可通過(guò)削減污染物入河量、提高水體流動(dòng)性以提高水體環(huán)境容量，改善區(qū)域河流水質(zhì)。鑒于揚(yáng)州城市河流水體流動(dòng)性受城市涵閘系統(tǒng)的限制，水體流動(dòng)性受到一定限制，因此，削減城市生活污水和面源污染才是提高揚(yáng)州城市河流水體水質(zhì)的根本措施和途徑。

表8 區(qū)域入河主要污染物匯總表

Table 8 The summary sheet of the main pollutants discharged

污染源種類CODBOD5氨氮

排放量（t/d）負(fù)荷比（%）排放量（t/d）負(fù)荷比（%）排放量（t/d）負(fù)荷比（%）

城區(qū)生活2.5854.11.7266.40.2692.15

面源2.1945.90.8733.60.0227.8

內(nèi)源0.0019 ----0.0001440.05

合計(jì)4.77191002.591000.282144100

4、結(jié)論與討論

綜上，得出結(jié)論如下：

（1）本文基于易獲取的資料，進(jìn)行了揚(yáng)州市城市河流污染物總量估算，所需參數(shù)較少，且易于獲取，可滿足日常的城市河道管理、規(guī)劃和指標(biāo)分解等工作的應(yīng)用要求。

（2）城市生活污水和面源污染是城市河流水體污染物主要來(lái)源，內(nèi)源污染源則相對(duì)較少。提高水體流動(dòng)性和削減污染物入河量均可不同程度改善河流水質(zhì)，但受限于揚(yáng)州城市河流水體流動(dòng)性現(xiàn)狀，削減城市生活污水和面源污染才是提高揚(yáng)州城市河流水體水質(zhì)的根本措施和途徑。

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