九龍江-廈門灣氮磷污染物入海通量估算與研究

周增榮

(漳州市海洋環(huán)境監(jiān)測中心，福建 漳州 363000)

河口海灣的環(huán)境污染問題是陸地和海洋相互作用的研究內(nèi)容之一，也是全球環(huán)境變化研究的重點問題。近幾十年來，隨著日益頻繁的人類活動，以及河口地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，大量的污染物質(zhì)進入近岸海域，導致近岸海域富營養(yǎng)化、赤潮災害頻發(fā)、生態(tài)系統(tǒng)退化、服務功能顯著下降等問題日益突出，亟需開展入海污染物排放總量控制。入海污染物排放總量控制是水環(huán)境總量的重要組成部分，也是控制改善海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的有效手段。我國的水環(huán)境污染總量控制始于20世紀70年代，在經(jīng)過濃度控制、目標總量控制兩個階段之后，已逐漸進入到容量總量控制階段[1]。在海洋污染物總量控制方面，由于污染源入?？偭康牟淮_定性和海洋自然環(huán)境的復雜性，目前仍需要更多的研究應用案例以完善入海污染物排放總量控制的制度、技術(shù)與方法[2-3]。

入海污染物通量估算是入海污染物總量控制的關(guān)鍵，此前國內(nèi)已有大量的污染物入海通量研究，關(guān)于流域污染物入海通量的估算方法，富國等[4-5]根據(jù)Webb B W等[6]于1997年提出的估算污染物入海通量的5種方法進行總結(jié)，提出針對不同的點源、非點源污染應采用不同的估算公式。王衛(wèi)平等[7]采用這5種方法分別對九龍江污染物入海通量進行估算，分析比較各種估算方法的利弊和適用性。隨著污染物入海通量研究方法的成熟，越來越多研究從科學研究過渡為實際應用。涂振順等[8]利用GIS和RS技術(shù)，解譯海灣的土地利用類型，劃分匯水單元，并利用經(jīng)驗模型估算陸源污染物入海通量。林俊良等[9]利用公報統(tǒng)計了近十年廣西北部灣主要河流的污染物入海通量，認為污染物入海通量與流域人均GDP有較好的正相關(guān)關(guān)系。李莉等[10]和陳曉鋒等[11]分別對環(huán)膠州灣和北部灣各河流進行布點采樣分析，并統(tǒng)計各類污水排放情況和化肥施用情況，討論各個河流對于污染物入海通量的貢獻率，從而提出有針對性的管理方案。劉瑜婷等[12]采用單因子評價法和Spearman秩相關(guān)分析討論了2008—2017年小清河污染物入海通量與徑流量、污染物濃度的相關(guān)性，以及各個污染物單因子指數(shù)年際變化，得到不同水文時期的主要污染物情況。關(guān)于內(nèi)陸湖區(qū)入湖通量的研究同樣對入海污染物通量有一定的借鑒意義，呂文等[13]監(jiān)測了湖區(qū)水質(zhì)和主要入湖河流斷面水質(zhì)，采用GIS空間插值和統(tǒng)計分析的方法，討論入湖水量、水質(zhì)與湖區(qū)水質(zhì)的響應關(guān)系。朱昕陽等[14]優(yōu)化了傳統(tǒng)通量計算方法，通過更高頻率的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析太湖流域污染物月通量以及水質(zhì)、水量與湖區(qū)污染物濃度的相關(guān)性。

自2017年以來，福建省實施九龍江-廈門灣污染物總量控制試點工作，開展了城鎮(zhèn)污水處理廠提標升級改造、農(nóng)村生活污水處理設施建設、農(nóng)業(yè)面源污染治理、重點直排海企業(yè)減排等工作，取得一定的成效，已進一步遏制區(qū)域水環(huán)境惡化。現(xiàn)有研究根據(jù)入?？跀嗝姹O(jiān)測數(shù)據(jù)對九龍江河口不同污染物的養(yǎng)分通量進行估算分析[15]，缺乏對各個排污口監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析以及與全國其他河流的討論[16]，因此本文估算了2011—2020年九龍江總氮、總磷污染物入海通量，分析年際通量變化以及2018年北溪、西溪和南溪月際通量的空間變化，探討了陸源入海污染物對九龍江入海水質(zhì)的影響，提出控制九龍江-廈門灣有關(guān)污染物的措施建議，旨在為當?shù)卣龊弥攸c河流污染物總量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

九龍江是福建第二大河流(圖1)，流域面積約14 741 km2，約占福建省土地面積的12%。九龍江流經(jīng)龍巖市、漳州市，從廈門市入海進入廈門灣，九龍江是上述三地市的飲用水源，是支撐閩西南經(jīng)濟合作核心區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)性資源，是保障該區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要保障。隨著九龍江流域社會經(jīng)濟的發(fā)展，九龍江-廈門灣環(huán)境污染問題日益突出，已嚴重阻礙當?shù)厣鐣?jīng)濟的進一步發(fā)展。

1.2 研究數(shù)據(jù)

1.2.1 水文監(jiān)測數(shù)據(jù)

九龍江北溪、西溪和南溪入?？诟浇謩e設有浦南、鄭店水文監(jiān)測站和南溪浮宮橋監(jiān)測點，其徑流量基本可代表九龍江北溪、西溪和南溪的入海徑流量，本研究選取上述三個水文監(jiān)測站(點)(2011—2019年)的年平均徑流量數(shù)據(jù)，其中2018年有月際徑流量數(shù)據(jù)，作為九龍江入海通量計算的水量分量。

1.2.2 水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

九龍江北溪、西溪和南溪分別設置國控監(jiān)測點龍海江東橋、河口和南溪浮宮橋，三個監(jiān)測點2011—2019年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測項目包括總氮、總磷。其中2011—2015年為逢單月監(jiān)測，即每年1、3、5、7、9、11月監(jiān)測，2016—2019年為每月監(jiān)測。

1.2.3 經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)

人口、國民生產(chǎn)總值、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、化肥施用和工業(yè)廢水數(shù)據(jù)來源于漳州、龍巖市2011—2020年統(tǒng)計年鑒。其中，以畜禽出欄數(shù)(個)代表畜禽養(yǎng)殖量，水產(chǎn)養(yǎng)殖量(t)代表水產(chǎn)養(yǎng)殖總量，農(nóng)村化肥總施用量(t)代表化肥施用量，工業(yè)廢水總排放量(t)代表工業(yè)廢水量。

1.3 入海通量計算方法

鑒于九龍江流域污染物以農(nóng)業(yè)面源污染為主，王衛(wèi)平等[7]認為采用瞬時濃度Ci的平均值與時段平均流量的乘積計算方法較為科學，故本文采用該文在九龍江流域推薦的通量計算公式估算九龍江污染物入海通量，計算公式如下：

(1)

2 結(jié)果與討論

2.1 年際變化

由圖2(a)可知，北溪總氮通量的變化范圍為(1.1～2.0)×104t·a-1，平均值為1.5×104t·a-1；總磷通量的變化范圍為(4.9～8.9)×102t·a-1，平均值為6.5×102t·a-1。北溪的總氮和總磷入海通量隨時間推移呈遞減趨勢，在2011至2020年間，總氮通量由1.9×104t· a-1降低至1.1×104t· a-1。西溪總氮通量的變化范圍為9.7×103～2.7×104t·a-1，平均值為1.8×104t·a-1；總磷通量的變化從5.1×102t·a-1升高至1.0×103t·a-1，平均值為7.8×102t·a-1[圖2(b)]。南溪總氮通量為(1.7～2.8)×103t·a-1，平均值為1.8×103t·a-1；總磷通量為78.1～115.5 t·a-1，平均值為76.6 t·a-1[圖2(c)]。

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)分析九龍江口的養(yǎng)分通量。2011—2020年九龍江北溪總氮、總磷養(yǎng)分通量呈現(xiàn)波動變化，與吳高杰等關(guān)于九龍江河口養(yǎng)分通量變化趨勢基本一致[17-18]。2011—2020年九龍江西溪總磷通量和南溪總氮通量呈現(xiàn)下降趨勢。這些結(jié)果有幾種可能的解釋，養(yǎng)分入海通量主要受到各監(jiān)測點入海口的養(yǎng)分濃度的影響，2011—2020年污染物濃度具有下降的趨勢，這與通量變化保持一致。另外，入海通量主要受徑流量影響?？偟恐饕獮橄醯?，可能是因為受盆地中人類活動的影響[19-20]?？偭淄肯啾扔诳偟康呢暙I率要低，這與磷趨向于沉積的性質(zhì)有關(guān)。九龍江河口總磷通量與化肥施用呈顯著正相關(guān)，這是由于九龍江流域中的磷主要源于磷肥施用。從西溪2011—2020年間的總氮及總磷入海通量變化圖上看[圖2(b)]，總氮通量自2015年后顯著降低，總磷通量自2016年后顯著降低，這一現(xiàn)象可能與2015年后九龍江的化肥使用量減少有關(guān)(表1)。

表1 2011—2019九龍江社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

注：(a)北溪；(b)西溪；(c)南溪。

關(guān)于九龍江流域養(yǎng)分通量與中國其他流域的對比，先前的結(jié)果表明[21-23]，從1963年到2012年，長江的養(yǎng)分通量呈現(xiàn)逐年上升趨勢。1998—2007年，黃河的養(yǎng)分通量增加，2007—2012年養(yǎng)分通量減少，黃河的這一趨勢與九龍江的相一致。中國主要河流的養(yǎng)分率高于世界主要河流，但人均養(yǎng)分率低于世界主要河流。此外，與幾條大河相比，一些小流域(如九龍江)的養(yǎng)分率較高。因此，小集水區(qū)中的養(yǎng)分通量值得進一步研究。有研究表明與中國其他河流的通量相比，九龍江地區(qū)養(yǎng)分通量的面產(chǎn)率較高[18]。盡管九龍河的徑流僅為長江的1.3%、珠江的2.4%、黃河的2.0%，徑流量等水文因素影響其養(yǎng)分通量值也相比較低，但九龍河流域的區(qū)域總氮和總磷通量面產(chǎn)率是長江流域的4.1和4.5倍、黃河流域的20.8和154.0倍[24-25]。九龍江流域由于近年來大量農(nóng)業(yè)化肥施用、畜禽養(yǎng)殖及市政和工業(yè)污水排放等人類活動，導致水體總氮、總磷濃度較高，同時高養(yǎng)分通量會對河口和近海環(huán)境產(chǎn)生顯著影響，對于廈門灣海域水環(huán)境和水生態(tài)造成嚴重影響。

2.2 2018年各支流月際變化

由2018年九龍江營養(yǎng)鹽入海通量月際分析可知(圖4)，北溪龍海江東橋污染物指標為單月監(jiān)測[圖4(a)]，9月總氮和總磷的入海通量最高，分別為2.9×103、1.7×102t·mon-1；11月總氮和3月總磷的入海通量最低，分別為7.6×102、24.5 t·mon-1；全年總氮和總磷平均通量分別為2.0×103、75.8 t·mon-1，且5—7月氮磷營養(yǎng)鹽的入海通量高于1、3、11月。西溪的入海通量結(jié)果表明：9月總氮和10月總磷的入海通量最高[圖4(b)]，分別為2.4×103、1.1×102t·mon-1；4月總氮和總磷的入海通量最低，分別為8.7×102、31.7 t·mon-1，全年總氮和總磷平均通量分別為1.7×103、69.6 t·mon-1。南溪的入海通量結(jié)果表明：9月總氮和7月總磷的入海通量最高[圖4(c)]，分別為6.8×102、39.3 t·mon-1；6月總氮和總磷的入海通量最低，分別為48.2、2.9 t·mon-1；其中7—11月營養(yǎng)鹽通量處于較高水平，1—6月、12月營養(yǎng)鹽通量處于較低水平，全年總氮和總磷平均通量分別為3.0×102、12.5 t·mon-1。

表2 2018年九龍江入海監(jiān)測營養(yǎng)鹽濃度及河流徑流量

3 結(jié)論

本研究初步估算2011—2019年九龍江總氮、總磷污染物入海通量，分析年際通量變化以及2018年北溪、西溪和南溪月際通量的空間變化，探討可能的影響因素，其主要結(jié)論如下。

1)2011—2020年間，九龍江總氮和總磷的入海通量呈現(xiàn)遞減趨勢，但仍具有較高養(yǎng)分通量的特點，總氮和總磷的入海通量排放主要受到畜禽養(yǎng)殖和化肥施用等人為活動的影響，與水產(chǎn)養(yǎng)殖的相關(guān)性較小。

2)2018年九龍江北溪的總氮通量最高，西溪的總磷通量最高，南溪最低。入海通量的空間差異主要與徑流量有關(guān)，且北溪的畜禽養(yǎng)殖和西溪的化肥施用也是導致養(yǎng)分入海的主要因素。

4 總量控制建議

1)摸清流域污染物來源。開展九龍江入河排污口排查，掌握九龍江入河污染類型、數(shù)量狀況和溯源工作，為下一步實施九龍江綜合整治提供更精準的決策依據(jù)。

2)突出污染物整治重點。九龍江-廈門灣氮磷污染物入海通量的總量控制應重點從畜禽養(yǎng)殖和化肥施用兩方面進行管理。堅持生態(tài)先行，疏堵結(jié)合，控制養(yǎng)殖總量，嚴格準入門檻。新建、改建、擴建規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(小區(qū))要實施雨污分流、糞便污水資源化利用。推廣低毒、低殘留農(nóng)藥使用，開展農(nóng)作物病蟲害綠色防控和統(tǒng)防統(tǒng)治。推廣測土配方施肥，提高化肥利用率，開展化肥減量化行動。