汾河運(yùn)城段氨氮、總氮非點(diǎn)源污染負(fù)荷成因分析

陳楊娜 賀金花 王一霖 張引栓

（運(yùn)城市汾河運(yùn)城段河道管理站 山西運(yùn)城 044000）

1 水環(huán)境概況

運(yùn)城處于汾河最下游，是控制污染物排入黃河的最后一道關(guān)口。汾河自新絳南梁入境，流經(jīng)新絳、稷山、河津、萬(wàn)榮4縣（市），至萬(wàn)榮廟前匯入黃河，區(qū)段流長(zhǎng)109 km，境內(nèi)流域面積2 943 km2。流域面積達(dá)100 km2的一、二級(jí)支流有8條：澮河、三泉河、三交河、馬壁峪河、黃華峪河、瓜峪河、續(xù)魯峪河、黑河。隨著工業(yè)化、城市化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，一方面水資源過(guò)量開(kāi)采，河道流量減小，另一方面城市污水和工業(yè)廢水超標(biāo)排放，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，發(fā)黑發(fā)臭。2005年以來(lái)經(jīng)過(guò)各級(jí)政府加大水污染治理力度，點(diǎn)源污染得到有效控制，DO、CODcr、BOD等污染指標(biāo)已達(dá)到或接近Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但由于農(nóng)田過(guò)量施用化肥，化肥殘留物通過(guò)降雨徑流排入汾河，或通過(guò)灌溉滲入地下，最終排入汾河，導(dǎo)致氨氮、總氮居高不下，超Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)近10倍，可見(jiàn)控制非點(diǎn)源污染已迫在眉睫。

2 總氮、氨氮超標(biāo)原因分析

通過(guò)分析2005～2010年區(qū)段進(jìn)口新絳和出口河津斷面監(jiān)測(cè)資料，總氮、氨氮年際變化波動(dòng)很大（見(jiàn)圖1、圖2）,2005～2008呈增勢(shì)，2008年最高，隨后趨于下降，但總體在高位徘徊，而且出口（河津）大于進(jìn)口（新絳）。以2008年為例，這兩項(xiàng)指標(biāo)，出口比進(jìn)口分別增加2.9,和3.6，說(shuō)明區(qū)段內(nèi)污染負(fù)荷增加量超過(guò)了河道自然消減量。

從排污調(diào)查可知，區(qū)域內(nèi)氨氮點(diǎn)源排放主要集中在新絳煤化園和稷山豐喜集團(tuán)見(jiàn)表1。

表1 氨氮點(diǎn)源排放指標(biāo)

雖然兩處日排量只有近5 000 t,但氨氮含量均值42.9 mg/l，最高范圍值達(dá)127 mg/l，是造成河道該兩項(xiàng)指標(biāo)河津比新絳增高的一方面因素。但兩斷面都超出V類標(biāo)準(zhǔn)8～10倍，說(shuō)明不只存在點(diǎn)源污染，還有非點(diǎn)源污染。汾河中下游是全省重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，近三十年過(guò)量使用化肥導(dǎo)致大量氨氮隨地表徑流或地下滲流排入河道，造成該項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，所以削減該兩項(xiàng)污染因子，不僅要治理點(diǎn)源污染，重要的是防治非點(diǎn)源污染，否則僅靠企業(yè)廢水和城市污水處理解決不了根本問(wèn)題。

3 非點(diǎn)源污染成因分析

非點(diǎn)源污染是相對(duì)于工業(yè)廢水和城市污水集中排放而言，比較分散的農(nóng)業(yè)和村鎮(zhèn)污染，污染源不是通過(guò)集中的排污渠而是通過(guò)地表徑流、土壤侵蝕、農(nóng)田排水、地下淋溶、大氣沉降等形式進(jìn)入河流。

與點(diǎn)源污染相比，非點(diǎn)源污染起源分散，地理邊界和發(fā)生位置難以識(shí)別確定，隨機(jī)性強(qiáng)、成因復(fù)雜、潛伏周期長(zhǎng)，因而防治十分困難。隨著各級(jí)政府對(duì)點(diǎn)源污染控制的重視，點(diǎn)源污染在好多河流已得到較好的控制和治理，而非點(diǎn)源污染，由于涉及范圍廣、控制難度大，目前已成為影響水體環(huán)境質(zhì)量的重要污染源。

降雨徑流污染，即狹義的非點(diǎn)源污染，是與降水過(guò)程伴隨進(jìn)行的地表徑流污染。非點(diǎn)源污染源雖然來(lái)自于化肥過(guò)量使用、廢棄物堆放、城市膨脹、土地利用方式不合理等，但降雨形成的地面徑流是造成污染物轉(zhuǎn)移，河流非點(diǎn)源污染指數(shù)增高的直接媒介，降雨產(chǎn)流的邊界條件如地面縱坡、地形狀況、下墊面結(jié)構(gòu)等在流域內(nèi)是固定不變的，經(jīng)過(guò)三十年的快速工業(yè)化，流域內(nèi)化肥使用量也趨于穩(wěn)定，那么降雨就是造成河流污染物指標(biāo)變化的主要變量，通過(guò)降雨和河段內(nèi)污染物增量建立相關(guān)模型，分析非點(diǎn)源污染負(fù)荷成因，為控制非點(diǎn)源污染尋找理論依據(jù)。

圖1 汾河兩斷面氨氮年際變化趨勢(shì)圖

3.1 月降雨量與非點(diǎn)源污染相關(guān)分析

收集2005—2010年區(qū)段流域內(nèi)新絳、稷山、河津月降雨系列資料，按面積加權(quán)得出流域降雨系列，利用進(jìn)出口控制斷面監(jiān)測(cè)資料，計(jì)算出區(qū)段污染物增量W增:

式中：Q河津——河津斷面監(jiān)測(cè)流量，m3/s；

w河津——河津斷面污染物濃度，mg/l；

Q新絳——新絳斷面監(jiān)測(cè)流量，m3/s；

w新絳——新絳斷面污染物濃度，mg/l；

W點(diǎn)源——區(qū)段內(nèi)煤化園、豐喜集團(tuán)點(diǎn)源污染量，排放相對(duì)穩(wěn)定，按均值計(jì)算為2.387 g/s。

圖2 汾河兩斷面總氮年際變化趨勢(shì)圖

把斷面監(jiān)測(cè)空缺或河道斷流的月份剔除進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析，月降雨量與氨氮、總氮增量相關(guān)分析見(jiàn)表2，圖3、圖4，相關(guān)系數(shù)分別為0.21和0.25，說(shuō)明監(jiān)測(cè)斷面計(jì)算出的污染增量與月降雨量沒(méi)有明顯的因果對(duì)應(yīng)關(guān)系。

3.2 汛期強(qiáng)降雨與非點(diǎn)源污染關(guān)系分析

根據(jù)產(chǎn)流原理，該段汾河流域農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)主要位于黃土丘陵和平原區(qū)，一般降雨大多數(shù)入滲，很少能產(chǎn)生地面徑流，只有汛期前期降雨充沛，后期強(qiáng)降雨才能產(chǎn)生徑流，根據(jù)區(qū)段內(nèi)一級(jí)支流馬壁峪入汾河口觀測(cè)，該河屬于典型的季節(jié)性河流，2005—2010年平均每年發(fā)生一次地表徑流，多數(shù)時(shí)間在9月，個(gè)別年份7、8月也發(fā)水，因此把7、8、9三個(gè)月日降雨大于25mm的強(qiáng)降雨量累計(jì)，與同期污染物增量進(jìn)行相關(guān)分析，見(jiàn)表3，圖5、圖6，相關(guān)系數(shù)分別為0.90和0.94，說(shuō)明強(qiáng)降雨是導(dǎo)致污染物增量的主要因素，表3中2010年9月雖然有一場(chǎng)26.3 mm大雨，但前期降雨偏少，支流沒(méi)有形成地表徑流，加上區(qū)段內(nèi)汾河水面揮發(fā)、河道內(nèi)抽水灌溉以及部分污染物經(jīng)河床垂直下滲等消減因素，出口呈負(fù)增量，把此項(xiàng)剔除進(jìn)行分析，見(jiàn)圖7、圖8，相關(guān)系數(shù)分別為0.88和0.93，反而不如原來(lái)的相關(guān)性好。由此反證不論有無(wú)流域內(nèi)坡面溝道地表徑流，該段汾河都存在污染物垂直向轉(zhuǎn)移和自然降解現(xiàn)象，只有當(dāng)?shù)乇韽搅鲯稁У奈廴疚锍^(guò)一定限度才產(chǎn)生出口增量。負(fù)增量正是地表徑流少的客觀反映，污染物依然儲(chǔ)存在田面，只是沒(méi)有足夠的降雨挾帶轉(zhuǎn)移而已。

另一方面，不論降雨強(qiáng)度大小，氨氮和總氮的相關(guān)系數(shù)都在0.96以上，說(shuō)明流域非點(diǎn)源污染主要因子是氨氮，而其它有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮污染負(fù)荷低，是次要因子，控制非點(diǎn)源污染的核心是控制農(nóng)業(yè)化肥施用量及流失量。

4 結(jié)論

圖3 降雨量與氨氮增量相關(guān)分析

表2 月降雨量與氨氮、總氮增量相關(guān)分析

圖4 降雨量與總氮增量相關(guān)分析

通過(guò)降雨與污染物增量相關(guān)分析，找出非點(diǎn)源污染產(chǎn)生、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移機(jī)理，便可以從源頭到產(chǎn)流到匯流入河全過(guò)程綜合防治：（1）優(yōu)化施肥結(jié)構(gòu).非點(diǎn)源污染物的控制，核心在控制農(nóng)業(yè)化肥使用量，尤其是要改變農(nóng)民以施用氮肥為主的不良習(xí)慣，把好非點(diǎn)源污染防治第一道關(guān)；（2）整理田面坡度.進(jìn)行田面土地整理，調(diào)緩地面坡降，改善耕作方式，實(shí)行節(jié)水灌溉，提高田間持水量，減少養(yǎng)分從田面隨水流轉(zhuǎn)移；（3）治理水土流失.在中小河道修建水庫(kù)，在黃土溝壑區(qū)打壩蓄水，進(jìn)行水土流失治理，延長(zhǎng)污染物轉(zhuǎn)移時(shí)間，增加轉(zhuǎn)移過(guò)程自然降解量，從而消解地面徑流挾帶的非點(diǎn)源污染，也能起到積極的作用。

圖5 強(qiáng)降雨與氨氮增量相關(guān)分析

圖6 強(qiáng)降雨與總氮增量相關(guān)分析

圖7 強(qiáng)降雨與氨氮增量相關(guān)分析

圖8 強(qiáng)降雨與總氮增量相關(guān)分析

表3 強(qiáng)降雨與污染物增量相關(guān)分析表