東陽江流域氨氮污染特征分析及水環(huán)境容量研究

蒙　媛，施　項(xiàng)，張苗云，周懷中

(1.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321000；2.金華市環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 金華 321000)

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東陽江流域氨氮污染特征分析及水環(huán)境容量研究

蒙媛1，施項(xiàng)2，張苗云2，周懷中2

(1.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321000；2.金華市環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 金華 321000)

對東陽江流域的干流及主要支流進(jìn)行了高密度監(jiān)測，分析了東陽江流域氨氮污染的特征，并進(jìn)行東陽江干流氨氮水環(huán)境容量的計(jì)算。結(jié)果表明：東陽江流域的氨氮污染來源有顯著的地域特色，干流枯水期的氨氮濃度要大大高于豐、平水期的濃度，基于WASP7.3模型計(jì)算的東陽江氨氮全年平均(50%保證率)和枯水期(90%保證率)的環(huán)境容量分別為732.7t/a、1447.7t/a。

氨氮污染；環(huán)境容量；WASP；東陽江；浙江

東陽江是浙江省第一大河——錢塘江上游最大的支流，發(fā)源于金華的磐安縣，流經(jīng)金華的磐安縣、東陽市、義烏市、金東區(qū)、婺城區(qū)、蘭溪市6個(gè)縣市，最終匯入蘭江。干流全長194.5km，流域面積6781.6km2，被譽(yù)為金華的母親河。隨著流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，東陽江流域污染日趨嚴(yán)重，從2012年金華市環(huán)境監(jiān)測中心站每月1次的監(jiān)測數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，其最主要的特征污染指標(biāo)是氨氮。東陽江流域經(jīng)濟(jì)是浙江私營企業(yè)經(jīng)濟(jì)的典型代表，流域內(nèi)有以義烏小商品市場和東陽化工民企為代表的眾多私營企業(yè)，其氨氮污染具有鮮明的地域特色。本文以東陽江流域?yàn)檠芯繉ο?，分別對支流和干流進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，分析其氨氮污染特征，并結(jié)合金華市環(huán)境監(jiān)測站的歷史數(shù)據(jù)測算東陽江干流的水環(huán)境容量。

1　東陽江流域的氨氮污染監(jiān)測與特征分析

1.1監(jiān)測方法

扣除水質(zhì)未受污染的發(fā)源地磐安縣，監(jiān)測的范圍從上游的東陽市到下游的金東區(qū)，在干流共設(shè)置22個(gè)斷面，主要支流南江設(shè)1個(gè)斷面，29條入江小支流和12個(gè)入江排污口各設(shè)1個(gè)斷面，采樣點(diǎn)依次覆蓋東陽市、義烏市、金東區(qū)。干流的采樣斷面布設(shè)見圖1。監(jiān)測項(xiàng)目為pH、氨氮、總磷。采樣時(shí)間為2013年6—12月，頻次為每周1次。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為《GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。

1.2監(jiān)測結(jié)果分析

1.2.1東陽江流域氨氮污染的沿程變化特征

按東陽江的Ⅲ類水功能區(qū)要求評價(jià)，干流達(dá)標(biāo)河段長度僅為總河段的33.6%，支流均超過Ⅲ類水要求，支流的污染明顯比干流嚴(yán)重。從監(jiān)測結(jié)果分析，研究范圍內(nèi)干流河段的污染比較集中；沿流向分析，東陽市的下游段、義烏段、金東區(qū)的上游段為重污染區(qū)。干流氨氮濃度分布如圖2所示。

從圖2中可以看出干流的氨氮濃度沿程分布是先升后降，在義烏的徐村至江灣公路橋達(dá)到最高，此處正好處于義烏城郊，之后一路下降。從總體來看，義烏市河段的污染最為嚴(yán)重，且中上游地區(qū)(廿三里街道、江東街道和義烏城區(qū))的污染要重于下游地區(qū)。

通過支流的監(jiān)測數(shù)據(jù)和污染源具體調(diào)查結(jié)果可得出：研究范圍內(nèi)東陽江流域的氨氮污染具有鮮明的地域特征，可沿流向按東陽市、義烏市、金東區(qū)各自的污染類型和污染源特色分別總結(jié)。

東陽市的氨氮污染源以大型的企業(yè)為主，沿江的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均建有大型化工、制藥或印染企業(yè)，工業(yè)點(diǎn)源占了很大的比重。其特點(diǎn)是各支流氨氮的濃度很高，但源強(qiáng)較小，污染河段短而集中，如監(jiān)測的支流中東陽的東溪和西溪氨氮的濃度是最高的。農(nóng)業(yè)面源和居民生活污染源以本地居民為主，外來人口量不大，故對東陽江干流的水質(zhì)沖擊不大。

以國際小商品市場聞名的義烏市則工業(yè)源和生活源均占有較大的比重。義烏境內(nèi)小規(guī)模的私營企業(yè)眾多，例如甘三里街道，建有幾個(gè)工業(yè)園區(qū)，工業(yè)廢水的排放占了很大一部分，此范圍內(nèi)的支流后溪、沙溪均是氨氮濃度超標(biāo)10倍以上。再者，義烏市的外來人口眾多，人口流動大、基數(shù)大，居民生活污染源強(qiáng)也非常大，且根據(jù)義烏當(dāng)?shù)氐那闆r，各個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)都存在大量的小作坊，各種工藝廢水未經(jīng)處理，也可能混入生活污水一并排放，導(dǎo)致匯入義烏市內(nèi)河段的各條支流氨氮濃度都異常地高。

金東區(qū)河段則可以分成上、下游兩段進(jìn)行描述：上游的孝順鎮(zhèn)、傅村鎮(zhèn)與義烏接壤，其污染特色類似于義烏，以工業(yè)源和生活源為主；下游的澧浦鎮(zhèn)、塘雅鎮(zhèn)是金華市典型的農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，氨氮污染以農(nóng)業(yè)面源為主，很多中小養(yǎng)殖場根本沒有配備污染防治設(shè)施，大量有機(jī)糞便排泄物未經(jīng)處理流入支流進(jìn)入東陽江；此外稻田往往進(jìn)行超量施肥，據(jù)統(tǒng)計(jì)其吸收率不到 10%，其余的氮肥均通過徑流進(jìn)入了東陽江流域。

1.2.2東陽江流域氨氮污染的時(shí)間變化特征

對東陽江干流的監(jiān)測數(shù)據(jù)按豐、平、枯3個(gè)水期進(jìn)行算術(shù)平均值統(tǒng)計(jì)分析，6—9月為豐水期，10月為平水期，11—12月為枯水期，如圖3所示。

從圖3中可以看出，東陽江干流枯水期的氨氮濃度要大大高于豐、平水期的濃度，說明東陽江干流的環(huán)境容量有限，豐水期水量大，存在明顯的稀釋現(xiàn)象。從水文方面分析，是由于東陽江為山源性河流，海拔落差較平原地區(qū)大，所以流量小、流速大，尤其在豐水期、枯水期水量的差異非常明顯，豐水期時(shí)水量較大但流失速度很快，而在枯水期時(shí)則缺乏水源的補(bǔ)充，導(dǎo)致自身凈化能力不足，污染程度顯著提升。

從圖3中也可看出以義東橋、徐村至江灣公路橋?yàn)榇淼闹猩嫌巫兓纫纫缘吞飿颉?yán)店橋?yàn)榇淼南掠未?。這也可以證明中、上游的義烏市、東陽市環(huán)境容量已達(dá)到飽和，一旦水量減少，氨氮濃度將明顯升高，尤其是東陽市以制藥、印染、化工為主的工業(yè)點(diǎn)源，其排放的氨氮濃度高且不易降解，在枯水期的時(shí)候?qū)α饔虻呢暙I(xiàn)率是非常大的；而下游的金東區(qū)以農(nóng)業(yè)面源為主，濃度較低，且有機(jī)氮源易降解，相對中上游來講水期的變化幅度就沒有那么明顯。

2　東陽江干流氨氮的水環(huán)境容量研究

2.1水質(zhì)模型及計(jì)算方法

選擇一維模型，應(yīng)用美國國家環(huán)保局(USEPA)開發(fā)的WASP7.3軟件采用試錯(cuò)法進(jìn)行水環(huán)境容量的計(jì)算，即在一定保證率流量和污染源條件下，首先預(yù)測河流中的氨氮濃度，再將預(yù)測值與水質(zhì)目標(biāo)比較，在其他條件不變的情況下通過削減污染源的排放量，使之達(dá)到目標(biāo)要求，從而確定允許的污染負(fù)荷，即為水環(huán)境容量[1]。

水質(zhì)分析模擬程序WASP是一個(gè)動態(tài)的模型模擬體系，由2個(gè)模塊組成：有毒化學(xué)物模型TOXI ( The Toxic Chemical Model)和富營養(yǎng)化模型EUTRO ( Eutrophication Model)。分別模擬2類典型的水質(zhì)問題：①傳統(tǒng)污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律(DO、BOD和富營養(yǎng)化)；②有毒物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律(有機(jī)化學(xué)物、金屬、沉積物等)[2]。本次研究的主要污染物為氨氮，選用EUTRO模塊。

2.2WASP模型計(jì)算參數(shù)的確定

考慮東陽江干流的水文條件及現(xiàn)有的地表水監(jiān)測站位，將干流共劃分為9段，以簡化模擬計(jì)算。其中迎賓大橋和二環(huán)東路橋無地表水監(jiān)測站位，用相鄰的許村和東關(guān)橋斷面代替，具體見表1。水質(zhì)參數(shù)的選擇參考胡晞《基于WASP模型的湘江湘潭段水質(zhì)目標(biāo)管理研究》[3]，具體見表2。

表1　東陽江段分段信息表

表2　參數(shù)結(jié)果匯總表[3]

東陽江干流的流量根據(jù)2010—2013年每季度流量實(shí)測的平均值，枯水期為30.7m3/s，平水期為40.0m3/s，豐水期為65.9m3/s。 污染負(fù)荷參考金華市第一次污染源普查報(bào)告以及梁溯安《東陽江(流域)水污染物總量控制研究》[4]確定，具體見表3。

表3　東陽江各分段氨氮污染負(fù)荷

2.3WASP模型計(jì)算結(jié)果及分析

選取5月份、7月份、9月份分別代表平水期、豐水期、枯水期，將2012年的氨氮模擬值與地表水站位的實(shí)測值進(jìn)行對比，具體見圖4～圖6。

由圖可知，7月、11月的氨氮模擬濃度與實(shí)測值擬合良好，5月份的地表水實(shí)測值與模擬值存在較大誤差。分析誤差產(chǎn)生的原因有：①手工監(jiān)測時(shí)為瞬時(shí)值，模擬值為月均值，瞬時(shí)值不能準(zhǔn)確代表月均濃度；②實(shí)際采樣時(shí)，污染源的匯入波動較大，而模擬計(jì)算時(shí)，流量變化采用月均輸入，污染物采用年均量計(jì)算獲得日均污染量，和實(shí)際流量變化及污染物匯入有差別。還發(fā)現(xiàn)除義東橋斷面外，模擬濃度普遍比實(shí)測濃度小，或與收集到的污染源數(shù)據(jù)小于實(shí)際污染源有關(guān)，而東陽段許村—義東橋的污染源數(shù)據(jù)可能偏大。

以Ⅲ類水質(zhì)為目標(biāo)，采用試錯(cuò)法，削減排入水體的污染負(fù)荷，對水環(huán)境容量進(jìn)行模擬計(jì)算。結(jié)果表明，基于 WASP7.3 模型計(jì)算的東陽江年氨氮全年平均(50%保證率)和枯水期(90%保證率)的環(huán)境容量分別為732.7t/a、1447.7t/a，具體見表4。

表4　水環(huán)境容量模擬計(jì)算結(jié)果表

3　污染控制對策探討

(1)建立完善的綜合流域整治機(jī)制。例如新加坡的新加坡河通過10a的努力，建立了較為完善的水道機(jī)構(gòu)，每個(gè)機(jī)構(gòu)各管一段，水道各負(fù)其責(zé)[5]。

(2)實(shí)施流域水環(huán)境容量與污染物排放總量相結(jié)合的控制策略。例如張健君等在深圳河水污染控制對策中提出的全流域的整治決策系統(tǒng)[6]。

(3)全面推進(jìn)截污工程。東陽江流域污染嚴(yán)重的支流和排污口眾多，通過排污口、小支流的排查和截留可以顯著降低污染負(fù)荷。

4　結(jié)論

(1)通過對東陽江干流和支流的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)研究范圍內(nèi)氨氮的污染具有鮮明的地域特征，東陽市的氨氮污染源以大型的企業(yè)為主，污染河段短而集中，各支流氨氮的濃度高、源強(qiáng)??；義烏市工業(yè)源和生活源均占有較大的比重，且可能存在工藝廢水和生活污水的混合排放；金東區(qū)上游類似于義烏市，下游的污染源則以農(nóng)業(yè)面源為主。

(2)東陽江干流枯水期的氨氮濃度要大大高于豐、平水期的濃度，且中上游變化幅度要比下游大。

(3)以Ⅲ類水質(zhì)為目標(biāo)，基于WASP7.3模型計(jì)算的東陽江年氨氮全年平均(50%保證率)和枯水期(90%保證率)的環(huán)境容量分別為732.7t/a、1447.7t/a。

[1]張永祥，蔣源，施同平. 基于WASP7.2河流水質(zhì)模型的應(yīng)用研究[J].北京水務(wù),2010(1):32-34.

[2]何孟常，楊居榮.水質(zhì)模型、生態(tài)模型及計(jì)算機(jī)模型軟件[J].環(huán)境科學(xué)進(jìn)展,1999(3):62-68.

[3]胡晞.基于WASP模型的湘江湘潭段水質(zhì)目標(biāo)管理研究[D]. 湘潭:湘潭大學(xué)化工學(xué)院,2013.

[4]梁溯安. 東陽江(流域)水污染物總量控制研究[D].杭州：浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,2012.

[5]黃迪. 國外著名河流治理模式[J].中國水運(yùn),2008(8)：27.

[6]張健君，何厚波，胡嘉東，等. 深圳河水污染控制對策探討[J]. 環(huán)境科學(xué)研究,2005,18 (5):41-43.

Studies on Ammonia Nitrogen Pollution Characteristics and Water Environment Capacity in the Dongyang River Watershed

MENG Yuan1，SHI Xiang2，ZHANG Miao-yun2，ZHOU Huai-zhong2

(1. Jinhua Environmental Monitoring Station, Jinhua Zhejiang 321000 ,China)

The Ammonia nitrogen(NH3-N)was high-intensity monitored in the main stream and the tributaries of Dongyang River. According to the results，the characteristics of NH3-N concentrations were analyzed in different seasons and sections of Dongyang River. The results showed that the sources of ammonia nitrogen were different in districts. The concentration of NH3-N in low flow season was higher than that of normal flow season and high flow season. The Water Environment Capacity (WEC) of NH3-N was simulated by WASP7.3software.The value of WEC was about 732.7t/a at 50% probability of flow and 1447.7t/a at 90% probability of flow.

ammonia nitrogen pollution; water environment capacity; WASP model; Dongyang River; Zhejiang

2016-03-22

金華市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013-03-028)。

蒙媛(1981-)，女，哈尼族，云南普洱人，碩士，講師。

X52

A

1673-9655(2016)05-0027-05