巢湖烔煬河流域氮磷污染源調(diào)查分析及治理建議

吳文倩，趙 振，李昆朋

(南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210000)

巢湖位于安徽省中部，是我國(guó)五大淡水湖之一，是長(zhǎng)江下游重要的濕地，具有工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉、防洪、漁業(yè)、旅游等多種功能，在促進(jìn)江湖水運(yùn)、維護(hù)生物多樣性和推動(dòng)區(qū)域發(fā)展等方面發(fā)揮了巨大作用[1]。近30年來(lái)，由于流域內(nèi)人口的快速增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，巢湖流域主要污染物的排放量已經(jīng)超過了水環(huán)境承載能力，藍(lán)藻頻發(fā)，湖泊水質(zhì)嚴(yán)重惡化，生態(tài)功能退化[2]。經(jīng)過多年努力，巢湖流域治理初見成效，2017—2019年入湖污染總體有下降趨勢(shì)，水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，但仍存在一些問題，如水體氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和藍(lán)藻密度較高、水生植物稀少、魚類小型化等[3]。

巢湖入湖河流約33條，包括南淝河、派河、雙橋河、白石天河、烔煬河等[4]。巢湖流域污染輸入可分為2類河流：①污染重的城市河流，主要位于西北部合肥市區(qū)的南淝河等城市河流。其污染濃度高，污染入湖通量占比大[5]?？偟⒖偭?、化學(xué)需要量、氨氮分別占全流域入湖總通量的62.6%、63.8%、39.5%、79.7%；②以農(nóng)村為主的流域，如杭埠河-豐樂河、白石天河、兆河、柘皋河、烔煬河和雞裕河等，這些河流水質(zhì)相對(duì)較好，為清水河流[6]。隨著這些農(nóng)村流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以農(nóng)業(yè)面源、村鎮(zhèn)生活污水等為主的排放增加，清水河流出現(xiàn)水質(zhì)惡化的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)巢湖達(dá)成水質(zhì)目標(biāo)構(gòu)成極大挑戰(zhàn)。

研究表明，烔煬河流域未來(lái)將超出水資源利用紅線，出現(xiàn)水資源量嚴(yán)重超載的情況，其中農(nóng)業(yè)用水占主要比例[7]。對(duì)巢湖烔煬河流域進(jìn)行污染源調(diào)查，剖析污染結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上提出水環(huán)境治理對(duì)策至關(guān)重要，一方面提升烔煬河流域的水資源利用率，另一方面為巢湖地區(qū)清水小流域的治理提供參考。

1 流域概況

烔煬河是巢湖北岸的1條直接入湖支汊河流[8]，全長(zhǎng)22.78km，烔煬河有烔河、煬河2條支流。其中烔河長(zhǎng)約9.82km，起于秦樹村水塘止于烔河口；煬河長(zhǎng)約9.62km，起于永豐水庫(kù)壩下至煬河口處。2條支流在入湖口上游交匯為烔煬河干流后流入巢湖，烔煬河干流長(zhǎng)約3km，流域總面積約100km2。流域總體地勢(shì)為西北高、東南低，上游以丘陵崗地為主，中下游主要為平原圩區(qū)[9]。

2 污染源調(diào)查與分析

2.1 子流域劃分

烔煬河流域地勢(shì)起伏較大，不同區(qū)域的污染分布也不同，為準(zhǔn)確掌握流域污染物產(chǎn)生情況，為水污染控制措施提供數(shù)據(jù)支持，根據(jù)區(qū)域匯水方向、自然地形地貌特征，河網(wǎng)分布等特征，結(jié)合實(shí)測(cè)的1∶10000地形圖，將烔煬河流域劃分為24個(gè)子流域，如圖1所示。

圖1 烔煬河流域子流域劃分圖

2.2 水質(zhì)現(xiàn)狀

烔煬河的水質(zhì)目標(biāo)為GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)2018—2021年烔煬河入湖口國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面年內(nèi)總氮、氨氮和總磷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如圖2所示，烔煬河入湖斷面氨氮和總磷整體較優(yōu)。2018年1月—2021年3月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中氨氮和總磷濃度各有1次、3次超過Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)上限，68%的氨氮監(jiān)測(cè)濃度和84%的總磷監(jiān)測(cè)濃度屬于Ⅰ類和Ⅱ類水；總氮年際波動(dòng)較大，各年總氮平均濃度均未達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 污染類型劃分

流域內(nèi)沒有嚴(yán)重污染的工業(yè)企業(yè)，污染主要來(lái)源與村鎮(zhèn)生活污水以及農(nóng)業(yè)排水產(chǎn)生的地表徑流污染[10]。根據(jù)烔煬河流域污染分布特征，將其劃分為點(diǎn)源和面源污染，點(diǎn)源污染為烔煬鎮(zhèn)污水處理廠尾水，面源污染有生活污水、畜禽養(yǎng)殖、種植業(yè)尾水、村鎮(zhèn)地表徑流、固廢垃圾。

2.4 污染調(diào)查

(1)污水處理廠

通過資料查詢、實(shí)地調(diào)研得知，烔煬鎮(zhèn)污水處理廠位于3號(hào)子流域，于2018年8月正式運(yùn)行，設(shè)計(jì)規(guī)模為6000m3/d，服務(wù)范圍包括烔煬鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)及工業(yè)集中區(qū)，采用A2/O+活性砂濾+紫外線消毒工藝，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：COD≤40mg/L、氨氮≤2mg/L、總氮≤10mg/L、總磷≤0.3mg/L、污水處理廠尾水排入烔河干流。

(2)生活污水

通過政府統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、問卷調(diào)查以及實(shí)地調(diào)研得知，烔煬河流域包含烔煬鎮(zhèn)的11個(gè)行政村和肥東縣橋頭集鎮(zhèn)的3個(gè)行政村(國(guó)光村、馬龍山村和城山村)，常住人口共計(jì)19432人，其中2號(hào)、6號(hào)子流域人口數(shù)量較多。

(3)畜禽養(yǎng)殖

通過各村填報(bào)的數(shù)據(jù)以及實(shí)地走訪的方式得知，流域內(nèi)現(xiàn)有13家畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)，其中含規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)有9家，分布在2號(hào)、7號(hào)、11號(hào)、16號(hào)、17號(hào)、19號(hào)、20號(hào)、21號(hào)、23號(hào)8個(gè)子流域，養(yǎng)殖種類為羊、肉雞、蛋雞和鵝。

(4)種植業(yè)

通過政府統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知，烔煬河流域內(nèi)主要種植的農(nóng)作物為水稻、油菜和小麥。水田、旱地、耕地面積依次為：23.2、28.47、51.65km2。

(5)村鎮(zhèn)地表徑流

通過調(diào)查獲得烔煬河流域城鎮(zhèn)用地面積，2號(hào)子流域?yàn)闉鸁?zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，其城鎮(zhèn)用地面積最高，各子流域城鎮(zhèn)用地面積如圖3所示。

圖3 子流域城鎮(zhèn)用地面積圖

(6)固廢垃圾

通過各個(gè)子流域的農(nóng)村人口數(shù)量調(diào)查，根據(jù)第一次污染源普查在巢湖流域的測(cè)算結(jié)果，選用的固廢垃圾產(chǎn)排污系數(shù)估算出烔煬河流域的固廢垃圾產(chǎn)量為1702t/a，排放量為1419t/a。

2.5 污染計(jì)算取值

相關(guān)系數(shù)取值根據(jù)烔煬河流域?qū)嶋H情況，參考第一、二次全國(guó)污染普查成果報(bào)告[11]，結(jié)合相關(guān)學(xué)者針對(duì)巢湖流域所做的研究[12]，以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研實(shí)測(cè)得出。

(1)生活污水

烔煬河流域農(nóng)村生活污水排污總氮和總磷濃度取值為23.9、3.1mg/L，污水量實(shí)測(cè)值為58L/(人/d)。

(2)畜禽養(yǎng)殖

烔煬河畜禽的糞尿流失系數(shù)以及畜禽糞尿的污染物平均質(zhì)量比分別見表1—2。

表1 畜禽糞尿產(chǎn)量及流失量

表2 畜禽糞尿中污染物的平均質(zhì)量比 單位：kg/t

(3)種植業(yè)

烔煬河流域種植業(yè)化肥施用量以及烔煬河流域水田和旱田化肥流失系數(shù)(%)分別見表3—4。

表3 烔煬河流域農(nóng)作物耕作信息表

表4 烔煬河流域水田和旱田化肥流失系數(shù) 單位：%

(4)村鎮(zhèn)地表徑流

烔煬河流域建設(shè)用的總氮、氨氮、總磷的輸出系數(shù)取值見表5。

表5 建設(shè)用地污染物輸出系數(shù) 單位：kg·hm-2·a-1

(6)固廢垃圾

烔煬河流域固廢垃圾產(chǎn)排污系數(shù)見表6。

表6 巢湖流域固廢垃圾產(chǎn)排污系數(shù)

2.6 污染調(diào)查結(jié)果分析

(1)污染結(jié)構(gòu)分析

通過系數(shù)取值法計(jì)算得到各污染排放量[13]，對(duì)總磷污染排放，種植業(yè)貢獻(xiàn)總占比最高，達(dá)到44.6%，生活污水位居其次，占比為23.91%；對(duì)總氮污染排放，種植業(yè)與生活污水的貢獻(xiàn)占比相近，分別為35.0%、30.5%。規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖氮磷排放量?jī)H次于種植業(yè)和生活污水。烔煬河流域污染源氮磷排放組成如圖4所示。

圖4 烔煬河流域污染物氮磷排放組成

(2)子流域污染比重分析

從各子流域總氮入河量來(lái)看，3號(hào)>1號(hào)>23號(hào)>2號(hào)>8號(hào)>其他子流域；從各子流域總磷入河量來(lái)看，3號(hào)>2號(hào)>1號(hào)>8號(hào)>24號(hào)>其他子流域，如圖5所示。由此可知3號(hào)、2號(hào)、1號(hào)子流域氮磷排放量均較高，其中3號(hào)子流域由于具有烔煬鎮(zhèn)污水處理廠的點(diǎn)源污染排放，因此總氮和總磷的入河量均最高；2號(hào)子流域?yàn)闉鸁?zhèn)代表區(qū)域，常住人口數(shù)量較多，人口密度居首，因此總氮和總磷排放量較為突出；1號(hào)子流域?yàn)闉鸁恿饔蛳掠纹皆瓍^(qū)，耕地面積占比51%，面源污染嚴(yán)重，因此總氮和總磷排放量較高。

圖5 烔煬河子流域污染物氮磷入河量

如圖6所示，從每個(gè)子流域中的污染源結(jié)構(gòu)組成來(lái)看，大部分子流域中的種植業(yè)化肥流失貢獻(xiàn)占比最大。6號(hào)子流域建有烔煬中學(xué)、敬老院，人口總量居首，2號(hào)子流域?yàn)闉鸁?zhèn)鎮(zhèn)區(qū)，人口數(shù)量?jī)H次于6號(hào)子流域，因此2號(hào)、6號(hào)子流域生活污水污染貢獻(xiàn)比例較大；11號(hào)、16號(hào)和17號(hào)子流域中具有多個(gè)規(guī)?；男笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)，因此畜禽養(yǎng)殖污染貢獻(xiàn)比例較大。

圖6 烔煬河子流域總氮、總磷污染源結(jié)構(gòu)占比

3 治理思路

烔煬河流域面積較大，流域范圍內(nèi)既分布有丘陵崗地、又分布有平原圩區(qū)；既有以農(nóng)業(yè)面源污染為主的區(qū)域，又有以生活污染為主的人口聚集區(qū)域，也有城鎮(zhèn)地表徑流污染為主的集鎮(zhèn)區(qū)。應(yīng)綜合考慮地形地貌、污染類型、人口密度選擇代表性的子流域，以“生態(tài)保護(hù)優(yōu)先”為原則，遵循“生態(tài)清潔小流域”治理基本內(nèi)涵，因地制宜實(shí)施精準(zhǔn)連片治理，打造水清、岸綠、景美、宜居的烔煬河小流域，為巢湖地區(qū)其他清水小流域污染治理提供參考。

4 建議措施

(1)農(nóng)業(yè)面源污染治理

烔煬河流域農(nóng)業(yè)技術(shù)簡(jiǎn)單、施肥方法以及灌溉方式落后，造成化肥利用率低，大量化肥隨農(nóng)田尾水流失進(jìn)入烔煬河，故農(nóng)作物種植對(duì)烔煬河流域氮磷污染排放的影響極為突出。建議利用現(xiàn)有池塘、退養(yǎng)魚塘進(jìn)行生態(tài)化改造，改造排灌系統(tǒng)，將農(nóng)田尾水回用至農(nóng)田灌溉，構(gòu)建農(nóng)田退水閉路循環(huán)回用與生態(tài)攔截體系，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)“退水不直排、肥水不下河、養(yǎng)分再循環(huán)”。如2號(hào)子流域土橋高和倪村西側(cè)的129畝農(nóng)田種植區(qū)，對(duì)農(nóng)田種植區(qū)附近的溝渠、坑塘進(jìn)行串聯(lián)溝通和生態(tài)化改造，利用現(xiàn)有電灌站作為動(dòng)力循環(huán)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田尾水的凈化和肥水的再利用。

另外，綜合考慮地形地貌、水源供應(yīng)情況，實(shí)施節(jié)水灌溉工程，提高灌溉效率，同時(shí)結(jié)合有機(jī)肥的使用，降低化肥施用量。建議對(duì)7號(hào)子流域的合裕村扶貧產(chǎn)業(yè)園18.6萬(wàn)m2瓜蔞種植基地實(shí)施節(jié)水灌溉示范工程，節(jié)水灌溉技術(shù)與水肥一體化施肥技術(shù)相結(jié)合，降低化肥的使用量，節(jié)約水資源的同時(shí)，降低入河污染總量。

(2)村鎮(zhèn)地表徑流收集與凈化

針對(duì)生活污染嚴(yán)重的區(qū)域，結(jié)合人口、地形地貌和場(chǎng)地以及周邊管網(wǎng)條件等，以“因地制宜、注重實(shí)效、分類處置”作為指導(dǎo)原則，人口密集、規(guī)劃發(fā)展污水管網(wǎng)的村鎮(zhèn)，優(yōu)先考慮截污納管處理。如6號(hào)子流域高密度人口聚集點(diǎn)烔煬中學(xué)、養(yǎng)老院生活污水未接入處理設(shè)施，建議將污水納管接入烔煬鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行集中處理。

對(duì)于不具備接管條件、居住相對(duì)集中的村莊，可采取相對(duì)集中處理的模式，將一定范圍內(nèi)的生活污水統(tǒng)一收集后，利用適宜處理設(shè)施進(jìn)行處理。如1號(hào)子流域大何鮑、大徐村2個(gè)自然村，建議將污水收集至指定地點(diǎn)，利用多級(jí)生態(tài)塘串聯(lián)進(jìn)行凈化，一方面可以充分利用當(dāng)?shù)販咸临Y源，提升村容村貌，另一方面可降低工程造價(jià)和運(yùn)行成本。

對(duì)居住相對(duì)分散且管網(wǎng)建設(shè)難度較大的規(guī)劃發(fā)展農(nóng)村，采用分散處理的模式，就地就近對(duì)單戶或多戶生活污水進(jìn)行收集后，通過處理設(shè)施或者自然凈化的方式進(jìn)行處理。

(3)有機(jī)固廢處理及資源化

烔煬河流域內(nèi)有機(jī)廢棄物主要有農(nóng)作物秸稈、畜禽養(yǎng)殖廢棄物、藍(lán)藻水葫蘆等河湖有機(jī)廢氣物，建議實(shí)施有機(jī)廢棄物處理試點(diǎn)工程，建設(shè)收儲(chǔ)運(yùn)體系，將河湖廢棄物、農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便等協(xié)同綜合利用制備有機(jī)肥，資源化利用的同時(shí)，可降低施肥成本，減少農(nóng)田面源污染。

(4)畜禽養(yǎng)殖污染治理

針對(duì)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖，建議采取清污分流和糞尿的干濕分離等措施，減少對(duì)地表水和地下水的污染；另外可加強(qiáng)對(duì)規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖糞便的處理措施，一方面通過對(duì)糞便高溫烘干滅菌及高壓膨化除臭，添加氮、磷、鉀等元素，制成高效有機(jī)肥，可作為農(nóng)作物肥料進(jìn)行二次利用，但注意施肥量不可超過土壤的自凈能力；另一方面可實(shí)行厭氧發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣可用于發(fā)電等用途，提升經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

烔煬河流域土地利用開發(fā)強(qiáng)度空間差異性大，污染源結(jié)構(gòu)組成多樣，各分區(qū)污染成因存在顯著差異，本文通過科學(xué)地組合配置治理技術(shù)，從源-遷-匯多過程協(xié)同削減氮磷污染，由于涉及的分區(qū)、村鎮(zhèn)較多，實(shí)施過程中需要較高的組織協(xié)調(diào)與開拓創(chuàng)新能力，需各成員單位對(duì)項(xiàng)目深入理解以及良好配合，方可取得較好的治理效果，為其他類似小流域的治理提供借鑒。