三峽庫區(qū)梁灘河流域水質(zhì)污染狀況研究

鄭學(xué)琴，李 楊，吳林鍵，朱 笛，李 怡

（1.重慶交通大學(xué)河海學(xué)院，重慶400074；2.重慶醫(yī)科大學(xué)兒科學(xué)院，重慶401331）

梁灘河作為三峽庫區(qū)內(nèi)的一條重要次級河流，也是嘉陵江流域的一級支流，在重慶市17條次級河流中具有顯著的代表性［1］。截止至2011年10月，在重慶市環(huán)保局所發(fā)布的主城區(qū)內(nèi)14條綜合整治次級河流水質(zhì)情況中，梁灘河流域九龍坡區(qū)段和沙坪壩區(qū)段水質(zhì)仍為劣V類，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)［2－3］。本文主要致力于研究梁灘河流域上、中游水質(zhì)污染狀況，為改善流域范圍內(nèi)的水環(huán)境質(zhì)量提供參考。

1 研究區(qū)概況

梁灘河（圖1a）是重慶市主城區(qū)境內(nèi)嘉陵江下游右岸的一條主要支流，基本呈南北走向。梁灘河干流長約88km，流域面積約510.1km2。流域內(nèi)共55條支流，如圖1b所示，其中最大的1條支流為虎溪河，該河流全長約30km，流域面積約165 km2。梁灘河干流源頭起始于九龍坡白市驛廖家溝水庫，流經(jīng)九龍坡、沙坪壩、北碚3個(gè)區(qū)的15個(gè)村鎮(zhèn)，最終于北碚區(qū)歇馬鎮(zhèn)毛背坨匯入嘉陵江［4］。

主要以梁灘河流域上、中游區(qū)域作為研究對象，如圖2所示，研究區(qū)內(nèi)主要包含梁灘河干流（后簡稱干流）和梁灘河最大的支流——虎溪河（后簡稱支流）。干流發(fā)源于重慶市九龍坡區(qū)白市驛鎮(zhèn)廖家溝水庫，支流發(fā)源于九龍坡區(qū)走馬鎮(zhèn)，支流于重慶市沙坪壩區(qū)土主鎮(zhèn)四塘匯入干流之中［5］。從梁灘河源頭至研究區(qū)域末端（土主鎮(zhèn)四塘），全程距離約68km，流域面積約283km2。梁灘河勘測調(diào)查資料顯示［1，6］，研究區(qū)干流沿岸的工業(yè)企業(yè)分布較為密集，工業(yè)污水及城鎮(zhèn)生活污水為梁灘河流域的主要污染因素。而支流沿岸工業(yè)企業(yè)較少，污染源主要為生活污水及畜禽養(yǎng)殖代謝產(chǎn)物。

圖1 梁灘河流域

圖2 梁灘河流域上、中游區(qū)域

2 外源對研究區(qū)河水水質(zhì)的影響

據(jù)李茂田等人［7］研究表明，長江流域水質(zhì)污染物通量［8］存在季節(jié)性的變化特征。長江流域于夏季洪水期污染物通量全年最大。梁灘河作為嘉陵江的一級支流，隸屬于長江水系，其水文特征應(yīng)與長江流域類似，在夏季河流的污染物通量也應(yīng)為全年最大。

按照GB3838－2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［9］，李科等人［5］于2010年夏季對該區(qū)域內(nèi)的12個(gè)采樣點(diǎn)（干流6個(gè)，支流5個(gè)，河流匯流處1個(gè)）進(jìn)行采樣分析，測試了各采樣點(diǎn)處的pH值，平均流量、DO含量，筆者將數(shù)據(jù)整理后得到流量、DO含量沿程變化規(guī)律，如圖3、圖4所示。

圖3 干流／支流流量沿程變化

圖4 干流／支流DO沿程變化

據(jù)圖1b、圖3，由于梁灘河流域沿程支流匯入主干道，故干流和支流的流量沿程增加，其中干流流量變化近乎呈線性增加。由圖4可得，干流中DO含量沿程呈減小趨勢，而支流則沿程增加。從源頭至距源頭約20km處，干、支流中DO含量變化較為明顯，之后其值變化趨于均勻。但總體上支流中DO含量較干流要高。

在距源頭約20～35km范圍內(nèi)，支流DO變化波動(dòng)不大且含量較高，流量增加較為迅速，而河流的自凈能力與流量、DO含量、河流彎曲程度等因素密切相關(guān)［10］。綜上分析，研究區(qū)支流河流自凈能力較干流相對較強(qiáng)，也表明干流水質(zhì)污染程度較支流嚴(yán)重。

2.1 水質(zhì)污染物等標(biāo)污染負(fù)荷研究

李科等人［5］也測試了各采樣點(diǎn)處的河流水質(zhì)污染物濃度，包括CODCr，TP，TN，NH3－N，重金屬（Pb、Cr等離子）5項(xiàng)指標(biāo)，每種樣品均采用雙平行樣進(jìn)行，控制誤差小于10%。李科等人［5］認(rèn)為，水質(zhì)污染物濃度并不能夠完全反映出河流各個(gè)斷面的污染物總量，應(yīng)采用污染物通量來對水環(huán)境中污染物總量進(jìn)行評判。等標(biāo)污染負(fù)荷［5，8］是污染物通量的細(xì)化指標(biāo)，是將各項(xiàng)水質(zhì)污染物總量除以該污染物所排放的標(biāo)準(zhǔn)值，使各項(xiàng)污染物在同一尺度上進(jìn)行互相比較，從而更加方便的找出主、次要污染物。應(yīng)用式1計(jì)算得到干流／支流各測點(diǎn)5項(xiàng)水質(zhì)污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷，其結(jié)果如圖5、圖6所示。

式中：pik——第i處采樣點(diǎn)第k項(xiàng)污染物等標(biāo)污染負(fù)荷；

qik——第i處采樣點(diǎn)的第k項(xiàng)污染物總量；

c0k——該采樣點(diǎn)第k項(xiàng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)值。

圖5 干流各污染物等標(biāo)污染負(fù)荷沿程變化

圖6 支流各污染物等標(biāo)污染負(fù)荷及合計(jì)值沿程變化

由圖5可得，干流從源頭處至距源頭約10km區(qū)段為干流1區(qū)段（全長約10km，后簡稱G1區(qū)段），G1區(qū)段污染負(fù)荷較小且變化不大；從距源頭約10km至距離源頭35km的區(qū)段為干流2區(qū)段（全長約25km，后簡稱G2區(qū)段），G2區(qū)段污染負(fù)荷均沿程增加；距源頭約35km以后區(qū)段為干流3區(qū)段（全長約30km，后簡稱G3區(qū)段），G3區(qū)段內(nèi)NH3－N，TP含量持續(xù)增加，TN變化趨于穩(wěn)定，CODCr，重金屬含量相對有所降低。同時(shí)，從圖式中明顯可得，干流中TN的含量最高，為主要污染物，其余依次為NH3－N，TP，CODCr和重金屬。

由圖6可知，支流中重金屬污染負(fù)荷沿程幾乎不變，含量很小可忽略不計(jì)。從支流源頭處至距源頭約18km的區(qū)段為支流1區(qū)段（全長約18km，后簡稱Z1區(qū)段），Z1區(qū)段污染負(fù)荷均較低且各污染物的含量沿程變化大致相等；距支流源頭約18km之后區(qū)段為支流2區(qū)段（全長約35km，后簡稱Z2區(qū)段），Z2區(qū)段中其余4項(xiàng)污染物的污染負(fù)荷變化較大，近乎呈線性增加。支流中TN含量依舊最高，其余依次為TP，CODCr，NH3－N。

綜合以上分析表明，研究區(qū)流域水質(zhì)污染應(yīng)主要包括N，P元素及有機(jī)物（CODCr）污染，重金屬污染較輕，可忽略不計(jì)。

2.2 污染源頭分析

林墨等人［11］認(rèn)為造成梁灘河流域河水水質(zhì)污染的直接原因是大量未經(jīng)處理的生活污水，工、農(nóng)業(yè)廢水直接排入河道中。吳林鍵［4］在對造成梁灘河污染的眾多因素研究中表明，梁灘河流域水質(zhì)污染的外源主要包括工業(yè)點(diǎn)源污染，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染，城鎮(zhèn)化帶來的集中生活污水3個(gè)方面。

經(jīng)分析表明，梁灘河水環(huán)境中N，P元素污染最嚴(yán)重，其次是有機(jī)質(zhì)含量，重金屬污染可忽略。而河水中N，P元素主要是來自于沿河畜禽養(yǎng)殖代謝產(chǎn)物對水體造成的污染［12］，而農(nóng)業(yè)用地所形成的非點(diǎn)源污染，化學(xué)農(nóng)藥、化肥的使用及城鎮(zhèn)集中生活污水的直排也是其中的影響因素［4，13］。杜利瓊等人［13］研究表明，梁灘河中游土主鎮(zhèn)畜牧業(yè)所產(chǎn)生的CODCr排放量約為3.5×104～8.5×104t／a。表明有機(jī)質(zhì)污染（如CODCr，BOD5等）也主要來自于沿河畜禽養(yǎng)殖代謝產(chǎn)物形成的非點(diǎn)狀污染源。而吳林鍵［4］、杜利瓊等人［13］的研究成果表明，梁灘河流域工業(yè)點(diǎn)狀污染源、城鎮(zhèn)化帶來的集中生活污水所產(chǎn)生的CODCr含量與沿河畜禽養(yǎng)殖代謝產(chǎn)物中的CODCr含量相比較少，幾乎可忽略不計(jì)。

為更直觀對干流和支流各斷面污染物通量進(jìn)行分析，進(jìn)而找出研究區(qū)內(nèi)的主要污染地區(qū)。如圖5、圖6中，將各污染物的等標(biāo)污染負(fù)荷值在各測量點(diǎn)處求和［5］，得到污染負(fù)荷合計(jì)值曲線。

從圖中可得，干流中G1區(qū)段污染負(fù)荷合計(jì)值基本無變化，說明位于干流源頭的水質(zhì)污染小，據(jù)陳維燈等人［14］于2011年夏季對梁灘河的走訪調(diào)查顯示，梁灘河源頭處的水質(zhì)已達(dá)到Ⅲ類飲用水標(biāo)準(zhǔn)。G2區(qū)段污染負(fù)荷合計(jì)值明顯增加，該區(qū)段城鎮(zhèn)規(guī)模較大，人口分布較為密集，工業(yè)企業(yè)的數(shù)量相對較多，尤其在夏季，河道底泥上浮，生活污水排放量增加，農(nóng)業(yè)徑流加大等污染負(fù)荷增加，構(gòu)成對流域范圍內(nèi)的點(diǎn)源、線源、面源污染為一體的復(fù)合型輸出［4－5］。G3區(qū)段污染負(fù)荷逐漸降低，表明污染物得到一定的降解。

支流中，Z1區(qū)段污染負(fù)荷合計(jì)值較小且波動(dòng)不大，同樣表明支流源頭附近水質(zhì)良好。Z2區(qū)段污染負(fù)荷合計(jì)值近乎線性增加，由于Z2區(qū)段內(nèi)城鎮(zhèn)規(guī)模較Z1區(qū)段大，且工業(yè)企業(yè)的數(shù)量有所增加，更易形成工業(yè)點(diǎn)狀污染源［4，5，13］。

綜上分析可知，干流的污染源主要位于距河流源頭約10～35km的G2區(qū)段；支流則主要位于距河流源頭約18km之后的Z2區(qū)段。但總體而言，干流污染負(fù)荷總量較支流大，其平均值超過支流的6倍，結(jié)合河流自凈能力的分析結(jié)果表明，梁灘河流域干流水質(zhì)污染較支流嚴(yán)重，應(yīng)重點(diǎn)針對干流污染源制定相應(yīng)的改善措施。

3 內(nèi)源對研究區(qū)河水水質(zhì)的影響

除外源對流域河水造成污染外，內(nèi)源也是一個(gè)重要的污染因素。底泥作為河流營養(yǎng)物中重要的內(nèi)源負(fù)荷，在一定條件下，位于底泥中的污染物將重新進(jìn)入河水中，形成二次污染源，其污染狀況對河流的富營養(yǎng)化程度有重要的影響［15］。

周安興等人［15］在研究區(qū)干流上白市驛鎮(zhèn)天賜溫泉（距源頭約21km，后簡稱斷面1）、西永鎮(zhèn)童善橋村（距源頭約35km，后簡稱斷面2）以及土主鎮(zhèn)（距源頭約64km，后簡稱斷面3）3處地方確定了采樣斷面，測定了3處斷面中河流底泥、底泥間隙水及上覆水的理化指標(biāo)，其中上覆水即指梁灘河河水。

據(jù)周安興等人［15］所測數(shù)據(jù)表明，斷面1和斷面2底泥含水率較高，具有較大的不穩(wěn)定性；而斷面3處底泥含水率相對較低，說明其受擾動(dòng)少而較穩(wěn)定。同時(shí)，梁灘河底泥中TN污染較為嚴(yán)重，N元素含量高是梁灘河流域底泥中的一項(xiàng)顯著特征。而底泥中的有機(jī)質(zhì)含量（如CODCr），TP含量則屬于輕度內(nèi)源負(fù)荷。

底泥間隙水是底泥與上覆水體之間進(jìn)行物質(zhì)交換的重要介質(zhì)［16］。周安興等人［15］對3處采樣斷面底泥間隙水及上覆水中的TN，TP及CODCr3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了測量，其沿程變化如圖7、圖8、圖9所示。

圖7 上覆水／底泥間隙水TN含量沿程分布

圖8 上覆水／底泥間隙水TP含量沿程分布

圖9 上覆水／底泥間隙水CODCr含量沿程分布

從圖7～9中可看出，上覆水與底泥間隙水中的污染物之間存在一定的濃度差，這表明底泥污染物與上覆水之間存在“源匯”關(guān)系［15］。當(dāng)?shù)啄嚅g隙水污染物濃度大于上覆水時(shí)，污染物具有向上覆水釋放的趨勢，此時(shí)底泥污染物表現(xiàn)為水體的“源”；當(dāng)間隙水中污染物濃度小于上覆水時(shí)，則污染物會(huì)由上覆水進(jìn)入底泥間隙水中，此時(shí)底泥污染物主要表現(xiàn)為“匯”的作用。

據(jù)數(shù)據(jù)顯示，梁灘河上覆水中TN質(zhì)量濃度平均值約24mg／L，TP質(zhì)量濃度平均值約3.05mg／L，CODCr質(zhì)量濃度平均值125mg／L；底泥間隙水中TN質(zhì)量濃度平均值約26mg／L，TP質(zhì)量濃度平均值約1.83mg／L，CODCr質(zhì)量濃度平均值133mg／L［15］。據(jù)GB 3838－2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［9］，水體中的TN質(zhì)量濃度已遠(yuǎn)大于2mg／L，TP的質(zhì)量濃度已遠(yuǎn)大于0.4mg／L，CODCr的質(zhì)量濃度已遠(yuǎn)超過40mg／L，以上3項(xiàng)指標(biāo)綜合表明梁灘河干流沿程N(yùn)，P元素及有機(jī)質(zhì)污染非常嚴(yán)重，與外源對研究區(qū)河水水質(zhì)污染研究得到的結(jié)論一致。

如圖7所示，3處斷面上覆水中TN含量變化波動(dòng)較小，底泥間隙水TN值呈先增后減的變化趨勢。圖8中各斷面底泥間隙水中TP含量變化波動(dòng)較小，上覆水中TP值呈先增后減的變化特征。圖9中上覆水CODCr含量沿程先增后減，底泥間隙水CODCr含量則先減后增。斷面1、斷面3處上覆水中TN含量大于間隙水，表明上覆水體中N元素將會(huì)擴(kuò)散到底泥中；斷面2處底泥間隙水中的TN含量約為上覆水的1.72倍，說明在斷面2處底泥中N元素將釋放到上覆水中，底泥表現(xiàn)為N元素污染物的內(nèi)源。3處斷面上覆水中TP含量均高于底泥間隙水，表明上覆水中TP將會(huì)向底泥間隙水中遷移，這在一定程度上能夠降低流域水環(huán)境中TP的濃度。通過圖9中對比上覆水與底泥間隙水中CODCr的含量，可發(fā)現(xiàn)在斷面1和斷面3處上覆水中CODCr含量小于底泥間隙水，表明底泥中CODCr可釋放到上覆水體中；而斷面2處上覆水中CODCr含量大于底泥間隙水，表明上覆水中CODCr將會(huì)向底泥間隙水中擴(kuò)散。

綜上所述，對比干流上覆水與底泥間隙水中污染物的濃度，可發(fā)現(xiàn)上覆水體中污染物濃度既有高于底泥間隙水，也有低于底泥間隙水。表明梁灘河流域干流底泥與其上覆水體之間存在復(fù)雜的“源匯”關(guān)系。

4 結(jié)論

通過對梁灘河流域上、中游區(qū)域外源和內(nèi)源對河水水質(zhì)的污染分析表明，在該研究區(qū)內(nèi)N，P元素污染最為嚴(yán)重，其次為有機(jī)質(zhì)（如CODCr）污染，重金屬污染較輕。工業(yè)點(diǎn)源、農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源以及集中生活污水是造成梁灘河流域河水水質(zhì)污染的3大主要外源；底泥是流域的重要內(nèi)源負(fù)荷，與上覆水體之間存在復(fù)雜的“源匯”關(guān)系。從污染因子的影響程度上看，外源對河水水質(zhì)的污染程度大于內(nèi)源對上覆水水質(zhì)的污染。在外源污染中，研究區(qū)干流水質(zhì)污染程度較支流嚴(yán)重，干流的污染源主要位于距河流源頭約10～35km的G2區(qū)段；支流則主要位于距支流源頭約18km之后的Z2區(qū)段。

［1］ 重慶青年環(huán)保協(xié)會(huì).YEA梁灘河水環(huán)境調(diào)研報(bào)告：關(guān)于身邊的河流［R］.重慶：重慶市環(huán)境保護(hù)局，2010.

［2］ 徐 庶.10月水質(zhì)監(jiān)測，梁灘河還是最臟［N］.重慶商報(bào)，2011－11－08（16）.

［3］ 徐 庶.9月次級河流監(jiān)測梁灘河九龍坡段最臟［N］.重慶商報(bào)，2011－10－20（16）.

［4］ 吳林鍵.梁灘河流域污染原因分析及改善措施探討［J］.重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，30（3）：456－460.

［5］ 李 科，高 旭，郭勁松.梁灘河流域污染物通量研究［J］.三峽環(huán)境與生態(tài)，2011，33（2）：6－9.

［6］ 王里奧，祝家麟，楊天怡，等.梁灘河流域水污染調(diào)研報(bào)告［R］.重慶：重慶市環(huán)境保護(hù)局，2011.

［7］ Li Maotian，Xu Kaiqin，Masataka Watanabe，et al.Long－term Variations in Dissolved Silicate，nitrogen，and Phosphorus Flux from the Yangtze River into the East China Sea and Impacts on Estuarine Ecosystem［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science，2007，71：3－12.

［8］ 蔡建安，張文藝.環(huán)境質(zhì)量評價(jià)與系統(tǒng)分析［M］.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

［9］ 國家環(huán)保總局.GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［10］ Qian Guangren.Practice and design of the self－purification system for heavy metals－bearing contaminants［J］.Engineering Sciences，2008，4：20－27.

［11］ 林 墨，蕭仁武.還我清澈梁灘河［J］.公民導(dǎo)刊，2009（8）：5.

［12］ 魏志琴，李旭光.重慶市梁灘河流域的畜禽污染現(xiàn)狀及綜合治理對策［J］.遵義師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003，5（3）：65－67.

［13］ 杜利瓊，夏 非，張永戰(zhàn)，等.山區(qū)小流域污染與治理對策研究——以重慶市梁灘河流域?yàn)槔跩］.水資源保護(hù)，2010，26（4）：70－75.

［14］ 陳維燈.真實(shí)而奇怪的梁灘河［N］.重慶日報(bào)，2011－08－26（12）.

［15］ 周安興，陸佳蕓，紀(jì)芳芳，等.梁灘河底泥污染特征及其對上覆水的影響初探［J］.三峽環(huán)境與生態(tài)，2011，33（1）：6－9.

［16］ 傅平青，吳豐昌，劉叢強(qiáng).洱海沉積物間隙水中溶解有機(jī)質(zhì)的地球化學(xué)特征［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2005，16（3）：338－344.