沱江（成都段）水環(huán)境問(wèn)題診斷及水質(zhì)目標(biāo)管理建議

劉暢伶

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司水環(huán)境與城建工程分公司，成都 611130）

推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展是一項(xiàng)重大國(guó)家戰(zhàn)略?！堕L(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》提出以“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”為核心指導(dǎo)思想，水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量全面恢復(fù)是長(zhǎng)江生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵舉措，直接決定著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1-2]。沱江是長(zhǎng)江上游的重要支流，位于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶上游生態(tài)保護(hù)區(qū)。沱江流域（成都段）處于成渝兩大核心城市的中間地帶，位于成渝雙城相向發(fā)展的主軸上，區(qū)位優(yōu)勢(shì)非常明顯。流域水質(zhì)改善和水生態(tài)環(huán)境恢復(fù)，對(duì)于保障區(qū)域綠色高質(zhì)量發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

沱江是四川省內(nèi)污染較嚴(yán)重的河流，水污染是四川省十大環(huán)境問(wèn)題之一，成都德陽(yáng)控制單元嚴(yán)重水污染問(wèn)題是中央環(huán)保督察的重點(diǎn)之一[3-4]。該區(qū)域水資源自然稟賦不足，人均水資源量相當(dāng)于四川省平均水平的40%。由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，入河污染物大量增加，沱江水質(zhì)惡化趨勢(shì)明顯。調(diào)查顯示2013年成都市黑臭河渠多達(dá)183條。隨著成都“東進(jìn)”戰(zhàn)略的提出和實(shí)施，對(duì)區(qū)域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量提出了更高的要求。為從根本上扭轉(zhuǎn)成都市沱江流域的水環(huán)境問(wèn)題，圍繞河流水質(zhì)恢復(fù)開(kāi)展了系列工程措施，區(qū)域河流水環(huán)境質(zhì)量得到了極大改善，主要河流水質(zhì)全部達(dá)標(biāo)。然而，部分支流河段水污染問(wèn)題仍然嚴(yán)峻，污染來(lái)源呈現(xiàn)高度的區(qū)域耦合特征[5-6]。流域水生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)、完整性提升方面進(jìn)展緩慢。流域水資源短缺，水資源承載能力與社會(huì)經(jīng)濟(jì)布局不相適應(yīng)[7]。隨著成都市升格為國(guó)家中心城市，成都正加快邁進(jìn)建成區(qū)面積超千平方千米、市區(qū)人口超千萬(wàn)的“巨型城市”，用水需求會(huì)大幅增加，水資源與水環(huán)境承載力的不足問(wèn)題進(jìn)一步凸顯，這已成為影響流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和水生態(tài)文明建設(shè)的瓶頸。

沱江流域（成都段）對(duì)于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶，尤其是成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟(jì)圈的發(fā)展具有獨(dú)特水生態(tài)意義。經(jīng)過(guò)近五年的水環(huán)境治理，河流水質(zhì)取得了較好的改善效果，水生態(tài)恢復(fù)的水質(zhì)基礎(chǔ)已經(jīng)基本具備。因此，本文在總結(jié)區(qū)域河流水質(zhì)演變過(guò)程基礎(chǔ)上，對(duì)污染來(lái)源進(jìn)行了解析，明確了污染物的主要來(lái)源區(qū)域和貢獻(xiàn)源，并進(jìn)一步提出了基于水質(zhì)目標(biāo)管理的重污染河段水污染治理和水生態(tài)修復(fù)方案建議，為沱江流域（成都段）水生態(tài)修復(fù)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的綠色發(fā)展提供支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

沱江流域（成都段）跨越成都市東北部和東南部，介于東經(jīng)103°60′～104°89′、北緯30°22′～31°44′之間，流域東西長(zhǎng)125 km，南北寬133 km，涉及都江堰、彭州、郫都、金牛、成華、新都、龍泉驛、青白江、金堂、簡(jiǎn)陽(yáng)市10個(gè)區(qū)（市）縣，總面積6 458 km2。其中，彭州流域面積1 422 km2、新都流域面積497 km2、青白江流域面積379 km2、金堂流域面積1 156 km2、簡(jiǎn)陽(yáng)市流域面積2 214 km2。

沱江流域（成都段）當(dāng)?shù)厮Y源總量為2.99×109m3，人均水資源量?jī)H為525 m3，屬于極度缺水區(qū)。外調(diào)水資源后，人均水資源也只有1 266 m3，僅相當(dāng)于四川省人均水資源的40%，水資源量嚴(yán)重不足。水資源的短缺導(dǎo)致河道生態(tài)環(huán)境用水被擠占。沱江、毗河、資水河、西江河等河流部分?jǐn)嗝嫔鷳B(tài)需水得不到滿足，水環(huán)境承載力下降，加之社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的污染物大幅增加，河流污染日趨嚴(yán)重，水質(zhì)優(yōu)良率不到30%。

1.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源和分析方法

根據(jù)沱江流域成都段水文特征，綜合考慮干支流特點(diǎn)，本研究選擇了11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，見(jiàn)圖1。本次分析主要采用了山泉柏楊、西河天平、新市、紅日大橋4個(gè)市控?cái)嗝妫佣?、清江大橋?01醫(yī)院、三皇廟、臨江寺、愛(ài)民橋6個(gè)省控?cái)嗝妫约昂昃墖?guó)控?cái)嗝?018—2020年的化學(xué)需氧量（chemical oxygen demand，COD）、生化需氧量 （biochemical oxygen demand，BOD5）、氨氮和總磷數(shù)據(jù)，分析沱江流域（成都段）水質(zhì)空間特征和變化趨勢(shì)。上述指標(biāo)的監(jiān)測(cè)分析方法按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。

圖1 沱江流域（成都段）主要河流概化圖及監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位置圖Fig.1 The main hydrological monitoring station of Tuojiang River basin(Chengdu section)

1.3 污染源數(shù)據(jù)來(lái)源和分析方法

污染源分析包括點(diǎn)源、面源和內(nèi)源，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要采用2019年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。本文主要分析2018年沱江流域（成都段）點(diǎn)源污染物排放現(xiàn)狀，包括工業(yè)源、城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放情況、生活源排放情況、畜禽養(yǎng)殖排放情況、城市地表徑流面源、農(nóng)業(yè)種植面源狀況等。

工業(yè)污水入河系數(shù)確定，參考原國(guó)家環(huán)?？偩帧吨饕廴疚锟偭糠峙渲笇?dǎo)意見(jiàn)》點(diǎn)源入河系數(shù)的選擇方法。但考慮到計(jì)算范圍大，且基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)尚不足以支撐工業(yè)企業(yè)與入河口的一一對(duì)應(yīng)，考慮到該區(qū)域大部分企業(yè)到流域的直線距離在10 km以?xún)?nèi)，因此工業(yè)污染物入河系數(shù)取0.9，集中式污水處理設(shè)施入河系數(shù)取1.0。畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)排污量計(jì)算方法為輸出系數(shù)法。地表徑流面源計(jì)算方法選擇基于土地利用圖識(shí)別各區(qū)縣城鎮(zhèn)面積的輸出系數(shù)法。

2 結(jié)果與討論

2.1 沱江流域（成都段）河流水質(zhì)狀況及變化趨勢(shì)

沱江流域各點(diǎn)位氨氮年平均濃度分布如圖2所示。從圖中可以看出，沱江流域上游和下游地區(qū)的氨氮普遍都能夠達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（1.0 mg/L），但中游地區(qū)各點(diǎn)位則普遍超標(biāo)，其中以毗河中下游超標(biāo)最嚴(yán)重，濃度最高的點(diǎn)位為西河天平。總磷污染較嚴(yán)重，除上游點(diǎn)位總磷濃度基本能夠達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)外（0.2 mg/L），中游、下游的絕大部分點(diǎn)位均未能達(dá)標(biāo)。流域COD整體達(dá)標(biāo)率較高（Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，20 mg/L），僅部分支流點(diǎn)位有少量的超標(biāo)情況，導(dǎo)致西江河、陽(yáng)化河、絳溪河COD污染相對(duì)較重。但從整個(gè)流域上看，COD已不是主要的污染指標(biāo)。多數(shù)斷面生化需氧量（BOD5）均符合Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)（4 mg/L）。但西河天平BOD5濃度超標(biāo)嚴(yán)重。毗河二橋、201醫(yī)院、愛(ài)民橋、紅日大橋等斷面部分時(shí)段超標(biāo)，但超標(biāo)情況不嚴(yán)重。

圖2 2018—2020年沱江流域（成都段）主要干支流COD（a）、BOD5（b）、氨氮（c）和總磷（d）平均濃度Fig.2 The average concentration of COD(a),BOD5(b),ammonia nitrogen(c),and total phosphorus(d)in Tuojiang River basin(Chengdu section)in 2018—2020

在時(shí)間變化方面，上述指標(biāo)自2018年到2020年總體表現(xiàn)為逐步降低的趨勢(shì)（圖3），即水質(zhì)改善十分明顯。2019年總磷較2018年雖有下降，2020年卻顯示出上升趨勢(shì)，如清江大橋斷面；COD在部分?jǐn)嗝嬉灿蓄?lèi)似趨勢(shì)，如清江大橋斷面、紅日大橋斷面。上述結(jié)果表明，雖然流域水質(zhì)總體改善，初步具備了開(kāi)展水生態(tài)修復(fù)的水質(zhì)基礎(chǔ)條件。同時(shí)也需要指出，部分?jǐn)嗝嫠|(zhì)仍然呈現(xiàn)出反彈趨勢(shì)，因此，在流域?qū)用娉掷m(xù)深推水污染控制和治理仍是十分必要的。

圖3 2018—2020年沱江流域（成都段）河流COD（a）、BOD5（b）、氨氮（c）和總磷（d）濃度變化趨勢(shì)Fig.3 The concentration change trend of COD(a),BOD5(b),ammonia nitrogen(c),and total phosphorus(d)in Tuojiang River basin(Chengdu section)in 2018—2020

2.2 流域污染源現(xiàn)狀分析

沱江流域（成都段）污染源分析包括點(diǎn)源、面源和內(nèi)源。本文分析了2018年沱江流域（成都段）點(diǎn)源污染物排放現(xiàn)狀，包括工業(yè)源、城鎮(zhèn)污水處理廠污染排放情況、生活源排放情況、畜禽養(yǎng)殖排放情況、城市地表徑流面源、農(nóng)業(yè)種植面源狀況等。結(jié)果表明，沱江流域（成都段）化學(xué)需氧量總量為68 355 t，氨氮5 779 t，總氮11 612 t，總磷為2 151 t。從不同污染源貢獻(xiàn)來(lái)看（表1），COD和氨氮以生活源為主，城鎮(zhèn)污水貢獻(xiàn)率超過(guò)50%；而總磷以畜禽養(yǎng)殖貢獻(xiàn)為主，占57%，農(nóng)業(yè)面源污染為第二大貢獻(xiàn)因子，占26.6%。

表1 沱江流域（成都段）2018年不同來(lái)源污染物占比Table 1 The proportion of pollutants from various sources in Tuojiang River basin(Chengdu section)

從污染的空間分布來(lái)看（圖4），彭州市、簡(jiǎn)陽(yáng)市和金堂縣是污染物的主要排放區(qū)域。從各單元點(diǎn)源入河量空間分布情況看，COD、總磷入河量主要集中在毗河單元及沱江簡(jiǎn)陽(yáng)段單元；氨氮入河量主要集中在毗河單元和沱江金堂段單元；其中毗河單元點(diǎn)源負(fù)荷最重，占各污染物入河量的46.9%～49.6%。沱江流域的點(diǎn)源污染輸入主要來(lái)自城鎮(zhèn)生活直排、農(nóng)村散排和餐飲業(yè)直排的輸入，三者合計(jì)占比73%～80%。城鎮(zhèn)生活直排貢獻(xiàn)最大，主要來(lái)自毗河控制單元的新都區(qū)、龍泉驛區(qū)、金牛區(qū)等人口密度較高城區(qū)，生活污染產(chǎn)生量較大。推進(jìn)排放源頭的規(guī)范整治是今后的一項(xiàng)重要工作。

圖4 沱江流域（成都段）不同行政區(qū)的污染貢獻(xiàn)占比Fig.4 The proportion of pollutants from different regions in Tuojiang River basin(Chengdu section)

2.3 沱江流域（成都段）水質(zhì)目標(biāo)管理方法

水質(zhì)目標(biāo)管理是以先進(jìn)規(guī)范化的技術(shù)指導(dǎo)體系為支撐、以水質(zhì)目標(biāo)為基礎(chǔ)、以流域水生態(tài)系統(tǒng)健康為最終目的,依據(jù)“分類(lèi)、分區(qū)、分級(jí)、分期”的流域水污染防治原則,將污染負(fù)荷削減和流域水質(zhì)、水生態(tài)安全有機(jī)結(jié)合在一起所建立的水環(huán)境容量總量控制技術(shù)[8]。流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)主要包括以下幾個(gè)重要組成部分：水環(huán)境問(wèn)題診斷、控制單元?jiǎng)澐?、水質(zhì)目標(biāo)核定、水質(zhì)響應(yīng)特征分析、污染排放負(fù)荷核算、污染負(fù)荷削減分配等。

從上述水質(zhì)狀況和污染源分析可以看出，沱江流域（成都段）水污染狀況已經(jīng)有較好的改善。2017年以來(lái)，成都市各級(jí)政府切實(shí)推進(jìn)沱江水生態(tài)綜合治理的戰(zhàn)略部署，開(kāi)展了大量的流域水環(huán)境綜合整治工作，新建及升級(jí)污水處理設(shè)施、新建及改造污水管網(wǎng)、新建污泥無(wú)害化處理處置設(shè)施、新建污水再生利用工程、實(shí)施城市黑臭水體治理等項(xiàng)目100余項(xiàng)，對(duì)全流域水質(zhì)的恢復(fù)起到了至關(guān)重要的作用。然而，通過(guò)本文前述分析也應(yīng)該看到，毗河單元和沱江金堂段雖然已經(jīng)開(kāi)展了大量的工作，但區(qū)域水污染仍然較重。其原因主要有兩個(gè)方面：一是這些區(qū)域水污染治理力度仍需要加強(qiáng)；二是污染治理的主體還不明晰。針對(duì)上述問(wèn)題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外已有污染治理的成功經(jīng)驗(yàn)，建議在重污染河段推行水質(zhì)目標(biāo)管理，逐步完善水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)步驟，明確流域內(nèi)控制單元負(fù)荷削減分配，最終實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量總體達(dá)標(biāo)的目的，其主要流程見(jiàn)圖5。具體治理建議如下。

圖5 沱江流域（成都段）重污染支流水質(zhì)目標(biāo)管理流程建議Fig.5 Suggestion on water quality target management process of heavily polluted tributaries in Tuojiang Riverbasin (Chengdu section)

（1）在重污染支流單元開(kāi)展水環(huán)境問(wèn)題的精確診斷與分析。

本文已經(jīng)從流域整體角度，完成了沱江流域（成都段）不同監(jiān)測(cè)斷面指標(biāo)氨氮、總磷、COD和BOD5的水質(zhì)變化分析，但對(duì)不同水質(zhì)單元的水質(zhì)狀況，以及污染源狀況還缺乏深入的調(diào)查和研究。建議以毗河單元和沱江金堂段為主要對(duì)象，開(kāi)展河流水質(zhì)的加密調(diào)查，并結(jié)合第二次污染源調(diào)查的最新數(shù)據(jù)，分析具體河段的水質(zhì)狀況、污染來(lái)源及其負(fù)荷貢獻(xiàn)，對(duì)區(qū)域水污染問(wèn)題開(kāi)展精確診斷。

（2）細(xì)化控制單元。

流域內(nèi)部水質(zhì)和污染負(fù)荷的空間異質(zhì)性，導(dǎo)致水污染成因十分復(fù)雜，這在客觀上要求對(duì)不同區(qū)域采取針對(duì)性的水污染治理措施。以具體河段水污染成因精確識(shí)別為基礎(chǔ)，基于差異性將龐大復(fù)雜的流域系統(tǒng)劃分為相對(duì)獨(dú)立的若干小單元，這樣可以針對(duì)性地緩解流域水污染問(wèn)題,利于流域總體治理規(guī)劃。如前所述，沱江流域的主要污染區(qū)域?yàn)榕碇菔小⒑?jiǎn)陽(yáng)市和金堂縣，為了開(kāi)展績(jī)效與考核，建議以水文單位為基礎(chǔ)，將污染控制單元細(xì)化到鎮(zhèn)域進(jìn)行管理，并與鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）考核掛鉤，強(qiáng)化責(zé)任意識(shí)。

（3）基于水質(zhì)目標(biāo)的污染負(fù)荷和水質(zhì)響應(yīng)分析。

以水功能區(qū)劃為基礎(chǔ)，確定鎮(zhèn)域出口的水質(zhì)目標(biāo)和控制指標(biāo)閾值。然后，通過(guò)水質(zhì)模型模擬的方法來(lái)建立污染負(fù)荷和水質(zhì)之間的響應(yīng)關(guān)系，直觀清晰地展示不同污染源對(duì)水質(zhì)的影響，有利于流域最大允許納污量的計(jì)算和分析。當(dāng)前應(yīng)用較廣的有水質(zhì)分析模擬程序（water quality analysis simulation program，WASP）模型、WASP與EFDC（environment fuild dynamics code）模型耦合及MIKE21模型等。WASP模型用來(lái)模擬常規(guī)污染物和有毒污染物在水中的遷移和轉(zhuǎn)化規(guī)律，與其他模型特別是與水環(huán)境模擬系統(tǒng)EFDC模型結(jié)合使用而廣泛應(yīng)用；MIKE21軟件主要應(yīng)用于對(duì)河流、湖泊、河口、港口的水質(zhì)、泥沙及水動(dòng)力的模擬研究[9]。

（4）污染負(fù)荷削減分配。

控制單元允許納污量計(jì)算與污染物總量分配是控制單元水質(zhì)目標(biāo)管理的核心所在[10-11]。如何科學(xué)、合理地實(shí)現(xiàn)點(diǎn)源和面源之間的分配、各個(gè)排污單位或者污染源之間允許排放量的分配，直接關(guān)系到總量控制制度的落實(shí)，也是水環(huán)境管理中的一個(gè)難點(diǎn)?？刂茊卧试S納污量計(jì)算與分配通過(guò)兩個(gè)步驟完成：排污口總量分配、污染源總量分配。排污口總量分配即按照控制斷面水質(zhì)目標(biāo)要求、排污口位置等條件，選擇合適的規(guī)劃模型，將控制單元納污總量分配到各入河排污口，得到各入河排污口的允許納污量。污染源總量分配即根據(jù)排污口的允許納污量，結(jié)合各排污區(qū)的污染源結(jié)構(gòu)、不同污染源的入河系數(shù)，對(duì)排污區(qū)內(nèi)不同污染源進(jìn)行允許排放量分配。

（5）常態(tài)化的監(jiān)測(cè)管理。

在開(kāi)展水質(zhì)目標(biāo)管理的過(guò)程中，需要強(qiáng)化監(jiān)測(cè)手段，對(duì)污染排放和水質(zhì)進(jìn)行常態(tài)化監(jiān)測(cè)，以實(shí)時(shí)對(duì)水質(zhì)目標(biāo)管理效果進(jìn)行評(píng)估和動(dòng)態(tài)調(diào)整，達(dá)到精確減排和最佳費(fèi)效比的水污染控制目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)沱江流域的水質(zhì)情況分析結(jié)果表明，流域河流水質(zhì)改善明顯，但部分?jǐn)嗝婵偭缀虲OD濃度在2020年有所升高。COD和氨氮以生活源為主，而總磷以畜禽養(yǎng)殖貢獻(xiàn)為主；彭州市、簡(jiǎn)陽(yáng)市和金堂縣是污染物的主要排放區(qū)域。針對(duì)上述水質(zhì)問(wèn)題，建議在重污染支流開(kāi)展河流水質(zhì)目標(biāo)管理，為沱江流域水質(zhì)整體提升和水生態(tài)恢復(fù)奠定基礎(chǔ)。