孟凡麗，肖勁松，王程程，商正松 ，王立志

(1.貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，貴陽(yáng) 550081;2.臨沂大學(xué)，山東 臨沂 276000;3.貴州省水污染控制與資源化技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550081)

1 引 言

紅楓湖于1966年建成蓄水，庫(kù)容 6.01 億 m3，流域面積1 596km2，蓄水面積 57.2km2，位于貴州中部清鎮(zhèn)市、平壩縣和安順市西秀區(qū)境內(nèi)。作為貴陽(yáng)市重要水源地之一，紅楓湖底泥[1～6]、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)[7～11]、水質(zhì)狀況[11～13]、污染物來源[14～21]等一直備受公眾關(guān)注。紅楓湖自20世紀(jì)90年代以來至2007年水污染迅速加重，水質(zhì)日趨惡化，庫(kù)區(qū)大多水域水質(zhì)達(dá)不到水域功能區(qū)規(guī)定的水質(zhì)類別[17-18]；2008年紅楓湖開始綜合治理，水質(zhì)已由2007年的劣 Ⅴ類提升至2014年的總體Ⅲ類和局部Ⅱ 類[11,13]。紅楓湖水質(zhì)改善與其污染物來源的變化息息相關(guān)[1,15,17,19-20]，自水質(zhì)改善后，影響其水體的污染物來源中外源污染以面源污染為主，外源的污染最終通過入湖支流進(jìn)入湖區(qū)；內(nèi)源則包括污泥和水體內(nèi)污染物的釋放。研究近年紅楓湖流域主要入湖污染物、探求主要污染物來源及其貢獻(xiàn)率，可為紅楓湖污染源治理、水質(zhì)的進(jìn)一步改善以及環(huán)境管理提供技術(shù)支撐。

2 調(diào)查范圍與方法

2.1 調(diào)查范圍

本次調(diào)查范圍為紅楓湖整個(gè)流域，涉及貴陽(yáng)市、貴安新區(qū)和黔南州3個(gè)行政區(qū)，包括貴陽(yáng)市清鎮(zhèn)市、安順市平壩區(qū)、西秀區(qū)、黔南州長(zhǎng)順縣和貴安新區(qū)(湖潮鄉(xiāng)、馬場(chǎng)鎮(zhèn)、高峰鎮(zhèn))5個(gè)縣級(jí)行政區(qū)，見圖1。

2.2 調(diào)查方法

2.2.1 數(shù)據(jù)來源

紅楓湖主要入湖污染來源有兩類即：外源(入湖河流、濱湖農(nóng)村生活、濱湖區(qū)域暴雨輸入)和內(nèi)源。(1)各降水情景∶(枯水年(P=20%)、平水年(P=50%)、豐水年(P=95%)入湖河流流量、暴雨資料主要通過查閱國(guó)內(nèi)相關(guān)資料及文獻(xiàn)[22]；(2)濱湖農(nóng)村人口考慮紅楓湖水域周邊陸域100m范圍，參考2016年觀山湖區(qū)、清鎮(zhèn)市統(tǒng)計(jì)年鑒和實(shí)地調(diào)查，2016年該區(qū)域共有人口7 870人；(3)內(nèi)源數(shù)據(jù)來自2017年1月沉積物監(jiān)測(cè)報(bào)告。2016年紅楓湖流域河流等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表1。

圖1 紅楓湖流域范圍圖Fig.1 Map of Hongfeng Lake basin range

表1 紅楓湖入湖河流等基本情況Tab.1 Basic situation of tributary of lake to Hongfeng Lake

2.2.2 排污系數(shù)取值

農(nóng)村人口污染物排放參數(shù)參考第一次全國(guó)污染源普查城鎮(zhèn)生活污染源排放系數(shù)手冊(cè)資料和相關(guān)文獻(xiàn)確定；內(nèi)源擴(kuò)散參數(shù)通過查閱國(guó)內(nèi)相關(guān)資料(貴州省“九五”重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目《紅楓湖、百花湖水環(huán)境污染防治研究》)及文獻(xiàn)[23～25]，各參數(shù)見表2。

表2 各參數(shù)選用取值Tab.2 Selection of value for each parameter

2.2.3 計(jì)算方法

入湖支流入湖污染物采用入湖支流的流量和水質(zhì)指標(biāo)的年均質(zhì)量濃度計(jì)算[26]。

污染負(fù)荷估算參照文獻(xiàn)[27]采用輸出系數(shù)法， 計(jì)算公式為：Lj=∑EijAi

式中: Lj為污 染 物j 在研究區(qū)中的總負(fù)荷[t/a ];

Eij為第i 種污染源的輸出系數(shù)(g·p-1d-1或μg·cm-2·d-1) ;

Ai 為第i 種污染源的數(shù)量 (人或km2) ;j 為污染物類型; i 為流域中污染源類型。

3 結(jié)果與分析

3.1 流域內(nèi)主要入湖污染物總量及貢獻(xiàn)率

通過流域內(nèi)入湖污染物估算，得出流域范圍內(nèi)各種情景下污染物入湖總量，見表3、表4和圖2。

由表3、表4可知，在污染物入湖量方面，均是豐水年>多年平均>平水年>枯水年；在多年平均情景下，COD、氨氮、總磷、總氮的入湖量分別為17 551.4t/a、1 979 t/a、67 t/a和2 961.5 t/a。在各種情景下，入湖的各污染物總量大小順序均為COD>總氮>氨氮>總磷。

由表4和圖2可知，在多年平均降水情景下，紅楓湖流域內(nèi)各污染物濱湖居民生活排放貢獻(xiàn)率最低，僅為0.02%～0.15%；COD入湖量除濱湖居民外，其他各類型污染源貢獻(xiàn)率較為均勻，僅相差10.19%；總磷、總氮較為相似，均是內(nèi)源貢獻(xiàn)率大于主要支流貢獻(xiàn)率，且均相差約5.2%，暴雨(坡面徑流)貢獻(xiàn)率低于最主要支流；氨氮主要入湖量主要來源于內(nèi)源，其貢獻(xiàn)率為94.21%，其次為暴雨(坡面徑流)，再次為主要支流。

根據(jù)王雨春的研究成果:紅楓湖的研究發(fā)現(xiàn)，其沉積物中的總磷含量高達(dá) 3 000mg/kg,并且主要以活性較高的鐵結(jié)合態(tài)磷和有機(jī)磷等形式存在，紅楓湖內(nèi)大量的營(yíng)養(yǎng)元素在沉積物-水界面處發(fā)生劇烈的生物地球化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鐵結(jié)合態(tài)磷以及有機(jī)磷等釋放到孔隙水中，并且持續(xù)向上覆水釋放[29]。徐洋等人的研究結(jié)果：紅楓湖底泥在厭氧條件下沉積物孔隙水中磷酸鹽濃度明顯升高，而好氧條件下沉積物孔隙水磷酸鹽濃度顯著降低，反映厭氧條件顯著促進(jìn)了紅楓湖沉積物磷釋放[30]。

表3 紅楓湖主要污染物入湖量Tab.3 The amount of main pollutants into Hongfeng Lake (t/a)

表4 紅楓湖各類型污染源主要污染物入湖量(多年平均降水情景)Tab.4 The amount of main pollutants into the lake from various types of pollution sources in Hongfeng Lake (Annual average precipitation situation) (t/a)

圖2 主要污染物各類型污染源入湖量貢獻(xiàn)率(多年平均降水情景)Fig.2 The proportion of the main pollutant sources (Annual average precipitation situation)

3.2 流域內(nèi)外源、內(nèi)源污染物入湖量分析

由圖3可知，各降水情景下，內(nèi)源污染物入湖量大小順序?yàn)椋贺S水年>多年平均>平水年>枯水年；在多年平均情景下，內(nèi)源中COD、氨氮、總磷、總氮的入湖量分別為6 358.4t/a、1 864.4t/a、29.9t/a和1 436.4t/a。在各種情景下，入湖的污染物總量大小順序均為COD>氨氮>總氮>總磷。

多年平均情景下，紅楓湖流域各污染物內(nèi)源與外源入湖量貢獻(xiàn)率相比較，氨氮的比值最大，為16.3；其他3種污染物比值大小順序?yàn)榭偟?總磷>COD，其比值分別為0.9、0.8和0.6。由此可知，紅楓湖流域內(nèi)入湖主要污染物(COD、總氮、總磷)主要以外源為主，氨氮?jiǎng)t以內(nèi)源污染為主。

圖3 紅楓湖內(nèi)源各降水情景下污染物入湖量Fig.3 The amount of internal pollutant into in Hongfeng Lake under different precipitation conditions

3.3 流域內(nèi)主要支流污染物入湖量分析

在多年平均情景下，5條主要支流主要污染物入湖量貢獻(xiàn)率情況見圖4。由圖4可知，在各污染物(COD、氨氮、總磷、總氮)入湖量所占比例均是羊昌河最大、麥包河最小，其貢獻(xiàn)率范圍分別為46.33%～76.6%和0.4%～0.6%，這與羊昌河、麥包河流量大小密切相關(guān)。COD入湖量方面，其他3條支流據(jù)其貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)椋郝榫€河>桃花園河>后六河；氨氮、總磷入湖量方面，其他3條支流據(jù)貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)椋汉罅?麻線河>桃花園河；總氮入湖量方面，其他3條支流據(jù)其貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)椋禾一▓@河>麻線河>后六河。

圖4 紅楓湖主要入湖河流污染物入湖量貢獻(xiàn)率(多年平均降水情景)Fig.4 Contribution rate of pollutants from inflow lakes Hongfeng Lake (Annual average precipitation situation)

4 結(jié)論與討論

4.1 不同降水情景下，主要污染物COD、氨氮、總磷、總氮入湖量總和均是豐水年>多年平均>平水年>枯水年；在各種降水情景下，入湖的各污染物總量大小順序均為COD>總氮>氨氮>總磷。在多年平均降水情景下，流域范圍內(nèi)COD入湖量大小順序?yàn)橹饕Я?內(nèi)源>暴雨徑流>濱湖居民，氨氮入湖量大小順序?yàn)閮?nèi)源>暴雨徑流>主要支流>濱湖居民，TP入湖量大小順序?yàn)閮?nèi)源>主要支流>暴雨徑流>濱湖居民，TN入湖量大小順序?yàn)閮?nèi)源>主要支流>暴雨徑流>濱湖居民；由上述研究可看出，紅楓湖流域氨氮、總磷、總氮的最大來源均是內(nèi)源，后續(xù)紅楓湖水質(zhì)改善的可傾向于內(nèi)源治理。

4.2 在各種降水情景下，在各污染物(COD、氨氮、總磷、總氮)入湖量貢獻(xiàn)率均是羊昌河最大、麥包河最小，其貢獻(xiàn)率范圍分別為46.33%～76.6%和0.4%～0.6%。在5條支流中，羊昌河流量最大，其流量大于其他4條支流之和，這使得在其水質(zhì)較好的情況下其入湖污染物總量最大；而后六河的流量在5條河中僅大于麥包河，但其氨氮、總磷的入湖量?jī)H小于羊昌河，說明其水體中氨氮、總磷的濃度高于其他支流，應(yīng)作為紅楓湖支流治理的重點(diǎn)對(duì)象。

4.3 在各種降水情景下，入湖的內(nèi)源污染物總量大小順序均為COD>氨氮>總氮>總磷；紅楓湖流域各污染物內(nèi)源與外源入湖量貢獻(xiàn)率相比較，氨氮的比值最大，為16.3；其他3種污染物比值大小順序?yàn)榭偟?總磷>COD；在治理紅楓湖水質(zhì)氨氮污染物時(shí)，更應(yīng)側(cè)重于內(nèi)源的治理。

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