楊 柳，田慶華，王 維，韋婭儷

四川省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，四川 成都 610041

近年來(lái)，岷江中段地區(qū)由于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，水體污染狀況也愈加嚴(yán)重，并主要集中在一些水量少、城鎮(zhèn)化和工業(yè)化程度高的小流域，為了確保當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展[1]，減緩當(dāng)?shù)匾蚪?jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境壓力，對(duì)這些小流域?qū)嵤┚C合治理已經(jīng)勢(shì)在必行。該研究以四川省彭山縣毛河為研究對(duì)象，通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析、數(shù)字模擬、方案論證的方式，制定了毛河流域污染綜合治理方案，以期為四川省類似小流域的綜合治理工作提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

彭山縣毛河是岷江中游的一條中小支流，該流域?yàn)闁|經(jīng)103°42′～103°47′，北緯30°10′～30°15′，是眉山市彭山縣人口主要聚集地帶，也是糧油等農(nóng)副產(chǎn)品和主要工礦企業(yè)分布區(qū)。隨著彭山縣經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)、居民生活、農(nóng)村面源污染增加，目前排入毛河的污染物總量已大大超出毛河的水環(huán)境容量，導(dǎo)致毛河水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，并呈現(xiàn)出加重的態(tài)勢(shì)。

1.1 自然及社會(huì)環(huán)境

毛河源于彭山保勝鄉(xiāng)和邛崍縣曹溝、兩墻埂。流經(jīng)彭山保勝、公義、鄧廟、謝家、義和、鳳鳴、靈石等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在東坡區(qū)鎮(zhèn)江鎮(zhèn)注入岷江。河長(zhǎng)27.6 km，流域面積138.2 km2(含入境集雨面積12.8 km2)，河床比降2.1‰,河口高程410.2 m，集雨面積250 km2，最大流量1 200 m3/s，徑流量0.6億m3。毛河流域內(nèi)共有4家重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)，工業(yè)總產(chǎn)值為3.5億元。流域內(nèi)鄉(xiāng)鎮(zhèn)總?cè)丝?0.24萬(wàn)人(2008年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù))。

1.2 污染現(xiàn)狀

毛河因上游修建水庫(kù)蓄水，上游來(lái)水極少，主要靠通濟(jì)堰、地表徑流補(bǔ)水。毛河的污染負(fù)荷貢獻(xiàn)率主要來(lái)自上游來(lái)水、工業(yè)以及城鎮(zhèn)生活排水。工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)生活污水是毛河流域內(nèi)污染物的主要來(lái)源，化學(xué)需氧量占排入毛河污染物總量的73.8%以上，氨氮占60.2%。在枯水期，上游通濟(jì)堰水質(zhì)已經(jīng)無(wú)法達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)方面，某造紙企業(yè)化學(xué)需氧量排放量占毛河總排量的64%，盡管該企業(yè)排放的廢水濃度達(dá)到《造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3544—2008)的限值，但其單位產(chǎn)品基準(zhǔn)排水量大大超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，造成化學(xué)需氧量排放量仍然居高不下，是毛河化學(xué)需氧量的主要來(lái)源之一。由于城市人口密集，污水處理設(shè)施不完善及配套污水管網(wǎng)未完成，導(dǎo)致大量城鎮(zhèn)生活污染物未得到有效處理而進(jìn)入毛河。毛河各污染源入河量貢獻(xiàn)率情況如表1所示。

表1 毛河各污染源貢獻(xiàn)率情況

注：工業(yè)污染數(shù)據(jù)來(lái)自環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活及徑流污染數(shù)據(jù)為地方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查結(jié)合，采用《全國(guó)水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》中系數(shù)進(jìn)行估算。

化學(xué)需氧量在污染物統(tǒng)計(jì)中通常采用重鉻酸鉀法(CODCr)進(jìn)行檢測(cè)和統(tǒng)計(jì)，而在水質(zhì)分析中常采用高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)對(duì)河流受到的有機(jī)污染進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用高錳酸鉀指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，將重鉻酸鉀法所測(cè)化學(xué)需氧量總量統(tǒng)一換算為高錳酸鉀指數(shù)(換算系數(shù)CODCr∶CODMn=3.77∶1，該系數(shù)為岷江中段各斷面、各月份監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)歸納整理所得)，文中統(tǒng)一用COD指代。

根據(jù)《四川省地面水水域功能劃類管理規(guī)定》，毛河流域水域環(huán)境功能類別劃分為Ⅲ類水域。

1.3 水質(zhì)現(xiàn)狀

近年來(lái)，由于毛河流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的不斷增加，給該流域帶來(lái)了較嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，水體水質(zhì)已從Ⅱ類下降至Ⅴ類，向岷江輸入了大量的對(duì)COD有貢獻(xiàn)的污染物和氨氮、總磷等，加劇了岷江的富營(yíng)養(yǎng)化[2]進(jìn)程。同時(shí)，毛河的豐枯水位變化明顯，水流交換量較大，河道兩側(cè)自然護(hù)坡在水力沖刷的作用下坍塌較為嚴(yán)重，原有自然植被被破壞，水土流失嚴(yán)重，水體透明度下降，河道兩側(cè)原有水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡被打破，水體自凈能力下降，加大了進(jìn)入岷江的污染負(fù)荷。

毛河近3年的月均水質(zhì)變化見圖1。一年中，毛河大部分月份水質(zhì)在Ⅳ類和Ⅴ類之間波動(dòng)，少數(shù)月份水質(zhì)達(dá)到劣Ⅴ類。溶解氧常年較低，COD和氨氮超標(biāo)是造成水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的主要因素。毛河水質(zhì)在豐水期有一定好轉(zhuǎn)，多為Ⅳ類，平水期水質(zhì)主要為Ⅴ類，在枯水期水質(zhì)最差，經(jīng)常為劣Ⅴ類，說(shuō)明水量對(duì)毛河水質(zhì)的影響比較明顯。

圖1 2006—2008年毛河水質(zhì)狀況

2 毛河流域污染綜合治理方案

治理方案基于對(duì)流域充分全面的了解，采用的技術(shù)路線如圖2所示。

圖2 技術(shù)路線圖

2.1 毛河水環(huán)境動(dòng)態(tài)模擬

經(jīng)過(guò)對(duì)毛河流域水環(huán)境現(xiàn)狀的分析，研究構(gòu)建了毛河的水環(huán)境變化模型[3]，模型示意見圖3。模型可對(duì)毛河水環(huán)境變化狀況進(jìn)行了數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)模擬，便于詳細(xì)、準(zhǔn)確地掌握毛河的污染現(xiàn)狀，并驗(yàn)證綜合治理方案實(shí)施后的治理效果。

圖3 模型示意圖

2.1.1 水環(huán)境模型及參數(shù)選用

采用一維穩(wěn)態(tài)單組分水質(zhì)模型[4]對(duì)單位區(qū)間上河流對(duì)COD、氨氮的降解進(jìn)行計(jì)算，反演有關(guān)系數(shù)(K)。毛河采用的各類參數(shù)見表2。計(jì)算中，Kc為COD降解系數(shù)，d-1；KN為氨氮衰減系數(shù)，d-1。采用多賓斯-坎普穩(wěn)態(tài)模型[4]對(duì)毛河流域水環(huán)境中BOD、溶解氧的變化情況進(jìn)行模擬計(jì)算，反演K，KB1、KB2分別為BOD的衰減系數(shù)、沉浮系數(shù)，d-1；KD為河流復(fù)氧系數(shù)，d-1；KR為泥徑系數(shù)，mg/L·d-1；KP為藻徑系數(shù)，mg/L·d-1。K與溫度、河段人工改造、水量不均勻程度有關(guān)，按式(1)修正。

K(r)=K(20)θ(T-20)δa·b

(1)

式中：K(20)表示水溫為20 ℃時(shí)的K(T)表示水溫為T℃時(shí)的K；θ為T℃時(shí)K的修正系數(shù)，用θ(T-20)計(jì)算；δ為河流全段特征值；a為人工對(duì)天然河流的干擾因子；b為水量不均系數(shù)。因條件所限，將δa·b暫定為1。

表2 毛河模型計(jì)算參數(shù)表

表2中各參數(shù)為年均值，模型采用月均值計(jì)算，其中河水飽和溶解氧濃度按月均水溫計(jì)算，污染物濃度及河水流速由彭山縣政府提供，各模型系數(shù)(K)的修正系數(shù)(θ)采用岷江中段計(jì)算值[5]。在計(jì)算中，毛河采用河流水文狀況有關(guān)變化系數(shù)如表3所示。

表3 毛河水文時(shí)間變化系數(shù)

2.1.2 計(jì)算方法及計(jì)算結(jié)果

毛河干流共計(jì)27.6 km，以1 km為1個(gè)計(jì)算單元，對(duì)每個(gè)單元構(gòu)建輸入輸出模塊(圖3)。指標(biāo)選用相應(yīng)的河流水質(zhì)模型進(jìn)行單元計(jì)算，并引入水文數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)、環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、社會(huì)統(tǒng)計(jì)公報(bào)數(shù)據(jù)，以Excel作為數(shù)據(jù)平臺(tái)[6]，反演不同干流區(qū)間、不同月份(不同溫度)、不同水量條件下的各主要水質(zhì)指標(biāo)變化系數(shù)(K)。經(jīng)過(guò)反演算，毛河干流各主要水質(zhì)指標(biāo)變化系數(shù)見表4。

2.1.3 毛河水環(huán)境現(xiàn)狀解析

由于毛河河長(zhǎng)較短，流量小，無(wú)足夠停留時(shí)間和充足水量對(duì)水體中可生化的污染物進(jìn)行生化降解，致使其生化降解能力和復(fù)氧能力都較弱，該河流的環(huán)境容量多為稀釋容量，輸移容量及自凈容量都較小。

COD排放現(xiàn)狀:毛河的COD降解系數(shù)為負(fù)值，表明統(tǒng)計(jì)的COD排放量低于實(shí)際排放量。而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，COD全年有11個(gè)月超標(biāo)，說(shuō)明排入的污染物已經(jīng)超過(guò)了毛河自身的凈化能力，毛河不能完全降解排入其水體的COD類污染物，COD為毛河的主要超標(biāo)因子。

氨氮排放現(xiàn)狀:氨氮降解系數(shù)基本為異常值，同期只有4月氨氮稍微超標(biāo)外，其余月份均達(dá)標(biāo)，說(shuō)明統(tǒng)計(jì)的氨氮排放量高于實(shí)際的氨氮排放量，毛河對(duì)氨氮還尚有一定環(huán)境容量。這主要是由于上游來(lái)水水質(zhì)較好，使其部分得到稀釋，但因?yàn)槊雍恿骶嚯x短，沒有足夠的時(shí)間對(duì)氨氮進(jìn)行生化降解，所以毛河對(duì)氨氮的環(huán)境容量大多為稀釋容量，而少為自凈容量。

表4 毛河變化系數(shù)月均值

BOD、溶解氧分析:河流中溶解氧是反映水質(zhì)潔凈程度的重要參數(shù)之一。2008年，毛河有6個(gè)月(4、5、6、7、9、10月)溶解氧偏低，而在此期間，河流的復(fù)氧系數(shù)均在正常范圍內(nèi)，BOD在4、5月超標(biāo)，6、7、9、10月達(dá)標(biāo)，說(shuō)明這幾個(gè)月毛河的環(huán)境容量在可控制范圍內(nèi)，當(dāng)河流水質(zhì)出現(xiàn)超標(biāo)，可通過(guò)有效的環(huán)境管理手段實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)；8月出現(xiàn)了溶解氧正常、復(fù)氧系數(shù)卻異常的情況，分析原因可能是由于上游通濟(jì)堰來(lái)水溶解氧含量高，這也說(shuō)明通濟(jì)堰來(lái)水水質(zhì)對(duì)毛河的納污能力影響較為明顯。

2.2 毛河流域污染綜合治理方案

加強(qiáng)污染源源頭控制，增加河流自身納污能力。毛河流域污染治理工作的重點(diǎn)為“點(diǎn)源治理+面源治理+提高自凈能力”，并針對(duì)性地制定了流域綜合治理方案。

2.2.1 綜合治理方案及投資

根據(jù)毛河的水量季節(jié)變化情況確定流域內(nèi)主要污染物(COD、氨氮)在不同時(shí)間段(以季節(jié)或月份為單位)的允許排放量。

以治理重點(diǎn)污染工業(yè)企業(yè)、完善城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施及管網(wǎng)建設(shè)為重點(diǎn)，規(guī)劃和制定削減兩類污染源主要污染物(COD、氨氮)排放量的可行方案；全面開展畜禽養(yǎng)殖污染、農(nóng)田面源污染和農(nóng)村生活污染治理。

以水環(huán)境生態(tài)修復(fù)、生態(tài)截污、治污為手段，修建河口生態(tài)工程，改造河道以增加水域面積和水體停留時(shí)間，提高河流的自凈能力。

由于常規(guī)的末端治理局限性比較大，若上游通濟(jì)堰來(lái)水超標(biāo)，按照毛河現(xiàn)有的排污狀況很難保證其水質(zhì)達(dá)標(biāo)。為了保證毛河水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，結(jié)合綜合治理方案(方案1)擬定了補(bǔ)充方案(方案2)：當(dāng)毛河進(jìn)入枯水期或上游來(lái)水超標(biāo)，導(dǎo)致環(huán)境容量下降， 對(duì)流域的重點(diǎn)工業(yè)和城鎮(zhèn)生活污染源采取污染源轉(zhuǎn)移策略，單獨(dú)修建一條水生態(tài)控制渠，將其排放達(dá)標(biāo)的污水深度處理后污染物就地卸載，使其達(dá)到或接近Ⅲ類地表水后再引入岷江。

毛河水環(huán)境綜合整治工程分為工業(yè)污染治理工程、城市污染控制工程、農(nóng)村污染治理工程、河道改造生態(tài)修復(fù)工程4個(gè)部分：工業(yè)污染治理工程包括某造紙企業(yè)在內(nèi)的3個(gè)重點(diǎn)企業(yè)的污水治理設(shè)施的建設(shè)和改造，投資估算3 100萬(wàn)元；城市污染控制工程分為城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施工程，包含7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的污水處理廠的建設(shè)及其配套管網(wǎng)建設(shè)工程，投資估算5 000萬(wàn)元；農(nóng)村污染治理工程包括農(nóng)村生活污染治理工程6個(gè)，預(yù)計(jì)投資8 100萬(wàn)元；農(nóng)業(yè)污染治理工程3個(gè)，投資金額2 200萬(wàn)元；河道改造生態(tài)修復(fù)工程主要涉及3個(gè)小流域治理工程(預(yù)計(jì)投資4 700萬(wàn)元)、5個(gè)河道改造修復(fù)工程(估算投資為1 640萬(wàn)元)。以上工程項(xiàng)目共計(jì)27個(gè)，投資總金額24 740萬(wàn)元。

2.2.2 綜合治理方案實(shí)施效果模擬

毛河流域中工業(yè)污染、城鎮(zhèn)生活污染是主要污染源，這2種污染的治理工程為點(diǎn)源污染治理，污染物減排量可以量化，同時(shí)由于其他工程項(xiàng)目的污染物減排量無(wú)法準(zhǔn)確量化，故治理方案的效果模擬僅針對(duì)2種點(diǎn)源污染治理。對(duì)2種方案實(shí)施效果進(jìn)行了模擬計(jì)算。毛河目前下游出水與2種方案實(shí)施后下游出水水質(zhì)變化對(duì)比見圖4。

由圖4可以看出，CODMn、BOD5、溶解氧、氨氮指標(biāo)都有一定的好轉(zhuǎn)，區(qū)域內(nèi)排放的污染物減少對(duì)毛河水質(zhì)改善有明顯效果，但是方案二的實(shí)施對(duì)毛河水質(zhì)提高并不明顯。這進(jìn)一步說(shuō)明毛河水質(zhì)達(dá)標(biāo)受上游來(lái)水水質(zhì)的影響較大，點(diǎn)源治理不能作為毛河水質(zhì)達(dá)標(biāo)的決定性因素，同時(shí)方案二投資過(guò)大，故最終確定以方案一作為毛河流域污染綜合治理方案。

圖4 毛河綜合治理水質(zhì)變化分析

3 結(jié)論

彭山縣毛河流域主要污染源為謝家鎮(zhèn)等5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水及以印染、造紙、化工為主的工業(yè)廢水。依據(jù)毛河流域污染特征，提出的毛河流域水環(huán)境綜合治理工程總投資約24 740萬(wàn)元。通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，可減少工業(yè)污染源、生活污染源和農(nóng)村面源的產(chǎn)生量、排放量和入河量，可滿足規(guī)劃期間毛河流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和流域水質(zhì)控制目標(biāo)的要求。

建議盡快建立流域生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制、污染物就地卸載、統(tǒng)一污染物統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和河流水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)(如CODCr與CODMn)。毛河上游由通濟(jì)堰補(bǔ)水，由于通濟(jì)堰來(lái)水不能保證全年達(dá)標(biāo)，從而限制了毛河流域的發(fā)展，影響了當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量。為保護(hù)上下游利益公平，賦予各地平等的發(fā)展機(jī)會(huì)，建議成都市加大對(duì)城區(qū)水域的治理保護(hù)，降低水污染負(fù)荷，減輕下游來(lái)水的污染程度。同時(shí)，建議在通濟(jì)堰上游水不達(dá)標(biāo)的情況下，上游地區(qū)給予彭山縣一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，作為生態(tài)補(bǔ)償金用于下游降解上游污染的成本，最終實(shí)現(xiàn)上下游經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的“雙贏”。污染物就地卸載對(duì)污水治理而言，是指嚴(yán)格排污控制標(biāo)準(zhǔn)、資源化退水、有效提高區(qū)間自凈能力。彭山縣應(yīng)將毛河流域內(nèi)污水處理設(shè)施出口排放標(biāo)準(zhǔn)分階段提高到景觀回用水標(biāo)準(zhǔn)以上(CODCr30 mg/L,氨氮5 mg/L)。并在此基礎(chǔ)上再通過(guò)一級(jí)加壓提升，利用當(dāng)?shù)氐臏\丘臺(tái)地，規(guī)劃建設(shè)污水處理后排水自凈專線(生態(tài)自凈專線)，沿途設(shè)置必要的水體(如湖泊、濕地)，人為增大匯入自然河道前的停留時(shí)間和處置空間，使其匯入前達(dá)到或接近III類地表水標(biāo)準(zhǔn)。該排水自凈專線也可作為毛河流域內(nèi)農(nóng)灌用水堰渠，有效置換出部分農(nóng)灌用水，用以補(bǔ)充通濟(jì)堰提供的農(nóng)業(yè)用水量，特別是枯水期農(nóng)灌高峰用水。

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