赤水河九倉—中華段污染負(fù)荷及水環(huán)境容量分析

方月梅，張曉玲

(1湖北理工學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 黃石 435003；2湖北理工學(xué)院 環(huán)境污染控制與資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 黃石 435003)

赤水河九倉—中華段污染負(fù)荷及水環(huán)境容量分析

方月梅1,2，張曉玲1,2

(1湖北理工學(xué)院 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 黃石 435003；2湖北理工學(xué)院 環(huán)境污染控制與資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 黃石 435003)

通過調(diào)查赤水河九倉—中華段各污染源，以化學(xué)需氧量(COD)和氨氮(NH3-N)為污染負(fù)荷指標(biāo)，分析了赤水河九倉—中華段污染負(fù)荷現(xiàn)狀，確定了主要污染源。在此基礎(chǔ)上，選擇NH3-N和COD為計(jì)算因子，利用一維水質(zhì)模型測算出赤水河九倉—中華段水環(huán)境容量，COD：133.5 t/a，NH3-N：18.75 t/a。結(jié)果表明，各水平年COD和NH3-N都沒有環(huán)境容量，主要是因?yàn)檠匕多l(xiāng)鎮(zhèn)居民的生活污水未經(jīng)處理直接排放，白酒企業(yè)廢水也未達(dá)標(biāo)排放。因此，必須加快各鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠的建設(shè)并使污水達(dá)標(biāo)排放；加強(qiáng)酒廠廢水達(dá)標(biāo)治理，確保國酒特殊水源的水質(zhì)滿足生產(chǎn)要求。

赤水河；污染負(fù)荷；水環(huán)境容量

赤水河仁懷段是國酒茅臺(tái)特殊生產(chǎn)用水的水源地和仁懷市飲用水水源地，其同時(shí)承接了仁懷市大部分的工業(yè)廢水和生活污水。因此，合理利用和有效保護(hù)赤水河水資源和生態(tài)環(huán)境，確保“國酒茅臺(tái)”特殊生產(chǎn)用水及釀造環(huán)境安全就顯得極為重要和迫切。2007年貴州省制定了《貴州省赤水河上游生態(tài)保護(hù)區(qū)規(guī)劃(貴州境內(nèi))》，劃定了國酒特殊水源的一級(jí)和二級(jí)保護(hù)區(qū)。但隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，仁懷市的排污等情況發(fā)生了變化，赤水河仁懷段的水環(huán)境容量也相應(yīng)地發(fā)生了變化。同時(shí)隨著茅臺(tái)集團(tuán)的發(fā)展，茅臺(tái)酒廠將沿赤水河河谷向上游中華村和太平村發(fā)展。國酒特殊水源保護(hù)區(qū)范圍也要相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整并重新核定水域納污能力，以及制定水域排污的總量控制和消減方案，切實(shí)實(shí)現(xiàn)水資源的有效保護(hù)和可持續(xù)利用，保障茅臺(tái)集團(tuán)可持續(xù)發(fā)展。

本文在調(diào)查和分析赤水河上游九倉—中華村段污染源的基礎(chǔ)上，確定了該段的污染負(fù)荷，并采用一維水質(zhì)模型對其水環(huán)境容量進(jìn)行了預(yù)測分析，為產(chǎn)業(yè)布局、環(huán)境管理和污染控制提供理論依據(jù)。

1 赤水河概況

赤水河是長江上游較為重要的一級(jí)支流，發(fā)源于云南省鎮(zhèn)雄縣，流經(jīng)云、貴、川3省共13個(gè)縣市。干流全長436.5 km，落差1 588 m，河口流量309 m3/s。赤水河是長江流域唯一一條沒有筑壩并且污染較輕的干流, 因而成為長江上游特有魚類及多種水生生物的重要棲息地或產(chǎn)卵場，該流域自然資源豐富，珍稀、特有、瀕危物種較多。2005年4月赤水河全段及部分支流被劃入“長江上游珍稀、特有魚類國家級(jí)保護(hù)區(qū)”范圍，其豐富的物種和生態(tài)環(huán)境在我國乃至世界生物多樣性保護(hù)中具有重要地位，同時(shí)它也是三峽庫區(qū)上游水污染防治的重點(diǎn)流域之一；赤水河沿岸地區(qū)獨(dú)特的氣候、地質(zhì)、土壤、水質(zhì)乃至微生物區(qū)系等環(huán)境因素，是生產(chǎn)國酒茅臺(tái)必不可少的條件，國酒茅臺(tái)對赤水河中上游地區(qū)的環(huán)境具有依賴性。因此保護(hù)赤水河流域的生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

近年來,盡管赤水河流域主要干流的水質(zhì)仍是Ⅱ類水,但其環(huán)境有逐漸惡化的趨勢。赤水河流域是一個(gè)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的地區(qū)，是我國人口、資源、環(huán)境矛盾最突出的地區(qū)之一。上游地區(qū)過度開墾和礦產(chǎn)資源的過度開發(fā),導(dǎo)致森林植被銳減,涵養(yǎng)能力下降，水土流失日益加劇，土地石漠化面積不斷擴(kuò)大，赤水河干流來水量減少，局部地區(qū)生態(tài)功能出現(xiàn)了退化。目前赤水河已有15%～20%的動(dòng)植物種類受到威脅，高于全國平均水平[1-3]。中下游經(jīng)濟(jì)開發(fā)活躍, 尤其是茅臺(tái)鎮(zhèn)及其周圍釀酒、造紙、煤礦、建材等工業(yè)和城鎮(zhèn)生活排污，使該區(qū)域空氣與地表水環(huán)境受到不同程度的污染，大氣和水環(huán)境質(zhì)量明顯退化[3-5]。赤水河流域生態(tài)環(huán)境壓力逐漸增大，區(qū)域生態(tài)環(huán)境急待保護(hù)和修復(fù)。

2 水污染負(fù)荷分析

2.1污染源調(diào)查的范圍

污染源調(diào)查范圍為國酒特殊水源保護(hù)區(qū)及其周圍可能會(huì)影響水源的污染源區(qū)域，包括仁懷市赤水河九倉—中華段茅臺(tái)鎮(zhèn)、壇廠鎮(zhèn)、魯班鎮(zhèn)、茅壩鎮(zhèn)、龍井鄉(xiāng)、九倉鎮(zhèn)共6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。

2.2污染源調(diào)查

仁懷市赤水河九倉—中華段主要有點(diǎn)污染源和面污染源這2類污染源。點(diǎn)源調(diào)查了涉及仁懷市赤水河九倉—中華段所屬的6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的工業(yè)污染源、城鎮(zhèn)生活污染源和農(nóng)村生活源。面源調(diào)查了該6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)田徑流污染源、礦山徑流污染源、城鎮(zhèn)徑流污染源。整體主要調(diào)查了保護(hù)區(qū)及周圍區(qū)域內(nèi)存在的工業(yè)、企業(yè)分布及生產(chǎn)情況、居民區(qū)分布情況、廢水排污口位置、農(nóng)業(yè)污染源分布情況與養(yǎng)殖場分布情況等。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所涉及的調(diào)查范圍無規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖污染源，結(jié)合仁懷市的工業(yè)分布特點(diǎn)及污染物特性，工業(yè)污染源主要考慮白酒企業(yè)；由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)離河較遠(yuǎn)且規(guī)模較小，可不考慮城鎮(zhèn)徑流污染源；鑒于仁懷市礦山主要為沙場和煤礦，其徑流中污染物主要為重金屬和懸浮物，基本不含COD和NH3-N，也可不考慮礦山徑流污染源。因此本文主要分析農(nóng)村生活污染源、農(nóng)田徑流污染源和白酒工業(yè)污染源。

2.3農(nóng)村生活污染源負(fù)荷

2.3.1農(nóng)村生活污染源調(diào)查

農(nóng)村生活污染源主要指人們在日常生活中烹飪、洗滌、清潔衛(wèi)生等過程中產(chǎn)生的廢水，也包括散養(yǎng)畜禽產(chǎn)生的糞尿和污水等污染源。本文以分布在赤水河周邊的村莊為單位，調(diào)查農(nóng)村人口數(shù)量及流域分布特征、散養(yǎng)型畜禽(包括豬、牛、馬、羊、鵝、雞、鴨)養(yǎng)殖數(shù)量及廢渣回收方式等方面的內(nèi)容。赤水河(九倉—中華段)周邊村莊生活污染源調(diào)查結(jié)果如表1所示。

表1 赤水河(九倉—中華段)周邊村莊生活污染源調(diào)查結(jié)果

2.3.2污染物排放量計(jì)算

污水排放量按公式(1)計(jì)算：

Q=[N×U×e×f×365+(P×Ep+C×Ec+H×Eh+S×Es+G×Eg)×l×f]×10-3

(1)

式(1)中：Q為控制單元內(nèi)某鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活污水排放量(t/a)；N為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村人口數(shù)量(人(cap))；U為農(nóng)村人口生活用水量，根據(jù)《貴州省水資源利用區(qū)劃》，仁懷市統(tǒng)一取值為100 kg/(cap·d)；e為農(nóng)村生活用水排水系數(shù)，統(tǒng)一取值為0.8；f為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)控制單元流域分布系數(shù)，根據(jù)行政區(qū)劃圖、人口分布圖研判，通常取值為0.3～0.8；l為散養(yǎng)畜禽流失率(%)。仁懷農(nóng)村畜禽養(yǎng)殖中以廢渣回收方式處理污染源，因此按產(chǎn)生量的12%計(jì)算污染物的流失量；P、C、H、S、G分別指存欄生豬(頭)、牛(頭)、馬(匹)、羊(只)、散養(yǎng)禽(以鵝計(jì)，1.25羽雞=1.25羽鴨=1羽鵝)(羽)的數(shù)量；Ep、Ec、Eh、Es、Eg分別對應(yīng)為豬、牛、馬、羊、鵝的年糞尿排放量(kg/a)，分別取值為1 095 kg/a、3 650 kg/a、1 825 kg/a、274 kg/a和36.5 kg/a。

污染物排放量按公式(2)計(jì)算：

W=[N×M×e+(P+C×Cp+H×Hp+S×Sp+G×Gp)×Mp×l]×365×f×10-6

(2)

式(2)中：W為控制單元內(nèi)某鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村生活污染物排放量(t/a)；M為農(nóng)村人口人均污染物產(chǎn)生量(g/(cap·d))。根據(jù)《全國飲用水水源地環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》附件中提供的源強(qiáng)系數(shù)，COD取16.4 g/(cap·d)，NH3-N取4 g/(cap·d)；Cp、Hp、Sp、Gp分別是牛、馬、羊、鵝對豬的污染物排放折算系數(shù)，依次取值5、3.33、0.33、0.025；Mp是每頭豬的日均污染物產(chǎn)生量(g/(cap·d))。根據(jù)《全國地表水環(huán)境容量核定和總量分配工作方案》附錄中提供的源強(qiáng)系數(shù)，COD取值為50 g/(cap·d)，NH3-N取值為10 g/(cap·d)；其他參數(shù)同公式(1)。

根據(jù)污染源調(diào)查結(jié)果，將農(nóng)村生活污水和散養(yǎng)畜禽養(yǎng)殖污染物排放情況進(jìn)行概化處理，仁懷市赤水河水源(九倉—中華段)農(nóng)村生活污染源污染物排放統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。

表2 赤水河(九倉—中華段)農(nóng)村生活污染源污染物排放統(tǒng)計(jì)

2.4工業(yè)污染源負(fù)荷

仁懷市赤水河(九倉—中華段)周邊的工業(yè)污染源主要是酒廠，赤水河(九倉—中華段)周邊工業(yè)污染源污染物排放統(tǒng)計(jì)如表3所示。

表3 赤水河(九倉—中華段)周邊工業(yè)污染源污染物排放統(tǒng)計(jì)

2.5農(nóng)田徑流面源污染負(fù)荷

農(nóng)田徑流面污染源主要指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用的化肥、農(nóng)藥等污染源。調(diào)查了保護(hù)區(qū)及周圍區(qū)域赤水河兩岸的農(nóng)田面積、土地坡度、農(nóng)作物類型、土壤類型、化肥施用量及年降雨量等。近年來，為了滿足國酒茅臺(tái)原料的供應(yīng)需求，仁懷市主要種植高粱和玉米，水稻的種植面積很??；為保證其產(chǎn)量和質(zhì)量，要求種植戶盡量使用農(nóng)家肥和有機(jī)肥，用黃板和殺蟲燈滅蟲，少施農(nóng)藥。但河流周邊蔬菜和瓜類種植仍然大量使用化肥和農(nóng)藥。

污水排放量按公式(3)計(jì)算：

Q=(ST×Us+HD×Uh)×l×f

(3)

式(3)中：Q為控制單元內(nèi)某鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)田徑流污水量(t/a)；ST、HD分別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)水田面積、旱地面積(畝)；Us、Uh分別是水田灌溉平均用水量及旱地灌溉平均用水量，根據(jù)《貴州省水資源利用區(qū)劃》(1990)，Us取值為340 t/(畝·年)，Uh取值為206.46 t/(畝·年)；l為灌溉用水流失率，根據(jù)《貴州省水資源利用區(qū)劃》(1990)，全省統(tǒng)一取值為0.43；f為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)控制單元流域分布系數(shù)，取值同公式(1)。

根據(jù)《全國地表水環(huán)境容量核定和總量分配工作方案》附錄，將所有農(nóng)田折算成標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田，計(jì)算出農(nóng)田的徑流污染物排放量。各地農(nóng)田對應(yīng)的源強(qiáng)系數(shù)需要進(jìn)行修正。根據(jù)貴州省仁懷市的土地利用情況，農(nóng)田徑流污染取值COD：1.5 kg/(畝·年)，NH3-N：0.3 kg/(畝·年)。

赤水河(九倉—中華段)農(nóng)田地表徑流污染物流失量如表4所示。

表4 農(nóng)田地表徑流污染物流失量

2.6污染負(fù)荷預(yù)測

根據(jù)污染源調(diào)查與評(píng)價(jià)可知，國酒特殊水源保護(hù)區(qū)的污染物絕大部分來自上游河兩岸的農(nóng)村生活污水及白酒企業(yè)的廢水，因此，本次水質(zhì)污染負(fù)荷的預(yù)測也主要針對上述排污進(jìn)行。各水平年生活污染負(fù)荷采用人口數(shù)進(jìn)行預(yù)測(以2010年為基準(zhǔn)年)，白酒企業(yè)按達(dá)標(biāo)排放進(jìn)行預(yù)測，赤水河沿岸農(nóng)田徑流污染的影響則考慮在其匯入赤水河的河水濃度中加以體現(xiàn)。污染負(fù)荷預(yù)測結(jié)果如表5所示。

表5 污染負(fù)荷預(yù)測結(jié)果

3 水環(huán)境容量分析

水環(huán)境容量是滿足水環(huán)境功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的污染物最大允許負(fù)荷量。它是一種有限的可再生自然資源，主要受水域特性、環(huán)境功能要求、污染物質(zhì)和排污方式等因素的影響[6-7]。一旦污染負(fù)荷超過地表水環(huán)境容量，其恢復(fù)將十分緩慢與艱難。地表水環(huán)境容量的確定是實(shí)施水污染物總量控制的依據(jù)，是水環(huán)境管理的基礎(chǔ)。

3.1模型選擇

赤水河屬寬深比不大的中型河流，污染物排放到水體后，在較短縱向距離的河段內(nèi)基本上能在斷面內(nèi)達(dá)到均勻混合狀態(tài)，污染物在斷面上橫向變化不大，因此在水環(huán)境容量測算時(shí)采用一維水質(zhì)模型[8]。假設(shè)河道為順直河道，地表水理想環(huán)境容量依據(jù)《制訂地方水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)原則與方法(GB3839-93)》中推薦的公式計(jì)算：

W0=864[Cs(Q+q)-C0Qexp(k1x/u)]

(4)

式(4)中：W0為河段水體納污能力(kg/d)；Cs為控制斷面水質(zhì)目標(biāo)(mg/L)；C0為河段上游斷面來水水質(zhì)濃度(mg/L)，即本底濃度；Q為河段設(shè)計(jì)流量(m3/s)；q為入河排污口排放量(m3/s)；x為控制斷面距排污口距離(m)；k1為降解系數(shù)(d-1)；u為水流速度(m/s)。

3.2計(jì)算參數(shù)的確定

1)設(shè)計(jì)流量。赤水河仁懷段的最枯流量為12.5 m3/s，平均河寬為40～80 m，流速為0.2 m/s，九倉至中華段河長約34 km。

2)綜合降解系數(shù)K。參照貴州省環(huán)保局統(tǒng)一確定的污染物降解系數(shù)：KCOD=0.20 d-1，KNH3-N=0.08 d-1。

3)橫向混合系數(shù)。橫向混合系數(shù)取0.05～0.2(流速大于0.5，取0.2；流速小于0.1，取0.05)。

4)本底濃度。本底濃度根據(jù)調(diào)查的水質(zhì)現(xiàn)狀結(jié)果來確定(2010年平均值)，當(dāng)上一功能區(qū)水體中的污染物濃度高于該功能區(qū)的控制標(biāo)準(zhǔn)，則取上一功能區(qū)水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)的上限值。

5)水質(zhì)目標(biāo)值。斷面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是以貴州省水環(huán)境功能區(qū)劃確定的水質(zhì)目標(biāo)為依據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和計(jì)算，并以水環(huán)境功能區(qū)相應(yīng)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類別的上限值為水質(zhì)目標(biāo)值。

6)不均勻修正系數(shù)?？傮w達(dá)標(biāo)水環(huán)境容量方法計(jì)算出的結(jié)果是偏大、偏不保守即偏不安全的。為了保證水源地的安全及更加符合實(shí)際情況，引入不均勻系數(shù)的概念進(jìn)行修正，修正公式如下：

W修正=αW

(5)

α為不均勻系數(shù)，α是界于0和1之間的一個(gè)數(shù)。

河道不均勻系數(shù)的取值如表6所示。根據(jù)赤水河寬可知，該河道不均勻系數(shù)取值為0.75。

表6 河道不均勻系數(shù)取值表

3.3水環(huán)境容量的計(jì)算結(jié)果

根據(jù)公式(4)，選擇COD、NH3-N作為容量計(jì)算的主要控制因子。赤水河(九倉—中華段)水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果如表7所示。

表7 赤水河(九倉—中華段)水環(huán)境容量計(jì)算

3.4總量控制

分析對比河段各主要污染物的水環(huán)境容量和各水平年水源地各類污染物的負(fù)荷可知，各水平年COD和NH3-N都沒有環(huán)境容量，主要是因?yàn)檠匕多l(xiāng)鎮(zhèn)居民的生活污水未經(jīng)處理直接排放，白酒企業(yè)廢水未達(dá)標(biāo)排放。各類污染物的總量控制COD為133.5 t/a，NH3-N為18.75 t/a。

4 結(jié)論與建議

通過調(diào)查可知，赤水河由于受到沙壩河、鹽津河等支流及干流區(qū)工業(yè)與城鎮(zhèn)生活廢水的影響，總體上水質(zhì)雖然仍然可達(dá)到國家地表水標(biāo)準(zhǔn)II類，但其中的主要水質(zhì)指標(biāo)已明顯不如上世紀(jì)90年代以前，

這將直接威脅酒業(yè)的發(fā)展。國酒特殊水源保護(hù)區(qū)的污染物絕大部分來自上游河兩岸的農(nóng)村生活污水及白酒企業(yè)的廢水，各水平年COD和NH3-N都沒有環(huán)境容量。

茅臺(tái)酒業(yè)發(fā)展離不開優(yōu)良的赤水河水，建議采取如下措施以確保赤水河環(huán)境健康：

1)赤水河流域全面發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)，調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥的使用量，有效降低農(nóng)業(yè)面源對赤水河水環(huán)境惡化的風(fēng)險(xiǎn)。

2)逐步關(guān)停沙壩河小流域的采煤、造紙等企業(yè)；加強(qiáng)酒廠廢水達(dá)標(biāo)治理。

3)加快建設(shè)中樞、魯班、五馬等城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施。

4)對赤水河干流實(shí)施嚴(yán)格的功能分區(qū)保護(hù)。

5)赤水河流域?qū)嵤┝饔騾f(xié)調(diào)管理戰(zhàn)略，通過國家機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)，成立包括云南、貴州、四川在內(nèi)的赤水河流域發(fā)展環(huán)境綜合協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，綜合協(xié)調(diào)赤水河流域的環(huán)境保護(hù)問題以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展問題，確保赤水河環(huán)境健康。

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(責(zé)任編輯高嵩)

Analysis of Pollution Load and Water Environmental Capacity of Jiucang-zhonghua Section of Chishui River

FangYuemei1,2,ZhangXiaoling1,2

(1School of Environmental Science and Engineering,Hubei Polytechnic University，Huangshi Hubei 435003;2Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse，Hubei Polytechnic University，Huangshi Hubei 435003)

Based on the investigation and analysis of various pollution sources,status quo of Jiucang-zhonghua section of Chishui River was analyzed with COD and NH3-N as index of pollution load,and main pollution source was determined.Choosing COD and NH3-N as two indicators,water environmental capacity was computed using one dimensional water quality model as well.The water environmental capacity of COD and NH3-N were 133.5 t/a and 18.75 t/a.The results showed that neither COD nor NH3-N had environmental capacity in each level year mainly because domestic sewage from the residents of the coast was directly discharged without treatment,and that treated wastewater of liquor enterprises did not meet the discharge standard.Therefore the construction of the town sewage treatment plants should be sped up to guarantee emission standard,and the treatment of wastewater from the liquor enterprises should be strengthened to ensure the water quality to satisfy the special production requirements of national wine Maotai.

Chishui river;pollution load;water environmental capacity

2013-10-20

方月梅(1973— )，女，副教授，碩士，研究方向：安全環(huán)保。

10.3969/j.issn.2095-4565.2014.01.005

X522

A

2095-4565(2014)01-0016-05