自貢市釜溪河流域2011～2020年水質(zhì)特征分析

楊 茜，何 軍，劉忠鵬，陳昌華

(自貢市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 自貢 643000)

前 言

自貢境內(nèi)河流分屬岷江、沱江兩大河流水系，岷江、沱江是四川省五大水系中污染最嚴(yán)重的兩大水系。目前針對岷江、沱江的相關(guān)研究較多，劉建平[1]對沱江富順段水質(zhì)的分析結(jié)果表明總氮、總磷超標(biāo)，建議相關(guān)部門應(yīng)在河流平水期和枯水期嚴(yán)格控制氮、磷排放；范力等[2]對沱江干流水質(zhì)自動監(jiān)測斷面水質(zhì)狀況的分析表明2017年沱江干流上宏緣、幸福村、腳仙村、大磨子水站水質(zhì)呈轉(zhuǎn)好趨勢；楊柳等[3]對四川省毛河流域污染的分析表明毛河流域污染源主要為工業(yè)廢水，建議盡快建立流域生態(tài)補償機制、污染物就地卸載、統(tǒng)一污染物統(tǒng)計指標(biāo)和河流水質(zhì)評價；杜明等[4]對岷、沱江流域水環(huán)境質(zhì)量的研究表明岷、沱江流域均以總磷超標(biāo)為主，沱江流域水質(zhì)污染重于岷江流域；陳雨艷[5]對沱江流域水環(huán)境質(zhì)量的分析表明沱江干流水質(zhì)成都段水質(zhì)較差，沱江流域釜溪河等部分支流水質(zhì)較差；王宏等[6]有關(guān)沱江流域典型農(nóng)業(yè)小流域氮和磷排放特征的研究表明非點源污染氮和磷流失是河流水體污染的重要來源，而且氮和磷流失強度與氣候、人為活動有密切關(guān)系；秦延文等[7]對沱江流域總磷污染負(fù)荷、成因及控制對策的研究表明2016年沱江流域總磷污染以點源為主，造成總磷較高的原因有磷礦和磷化工較多、生活污水處理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后、畜禽養(yǎng)殖廢物資源化利用不足等，并提出以干流源頭控制為主、分類治理、流域統(tǒng)籌等措施；肖玖金等[8]關(guān)于沱江水質(zhì)現(xiàn)狀的評價和變化趨勢分析表明2008年沱江出口水沒有超標(biāo)污染項，出口水豐水期、平水期、全年水質(zhì)呈逐年不顯著性變差，枯水期水質(zhì)呈逐年不顯著性轉(zhuǎn)好趨勢；劉騫等[9]對岷江流域水環(huán)境改善分析研究表明《<水污染防治行動方案>四川省工作方案》實施后，岷江流域整體水環(huán)境質(zhì)量改善明顯，主要污染物評價濃度有所下降，但總體治理難度仍然較大。

釜溪河是沱江在自貢境內(nèi)的一級支流，是流經(jīng)自貢市城區(qū)的唯一河流[10]，流域面積3 472km2，河長190km。近年來，自貢市地表水總體水質(zhì)呈逐漸轉(zhuǎn)好趨勢，但由于釜溪河流域生態(tài)基流不足，水環(huán)境污染負(fù)荷重，劣Ⅴ類水質(zhì)時有出現(xiàn)，已是影響自貢市總體水質(zhì)改善的主要因素，因此有必要對釜溪河流域水質(zhì)特征進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源為自貢市釜溪河流域雷公灘、雙河口、碳研所、鄧關(guān)等四個主要控制斷面2011～2020年5月釜溪河水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測項目包括：pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、氟化物、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、硫化物、陰離子表面活性劑、銅、鋅、鎘、鉻、鉛、砷、硒、汞共21個。采樣頻率每月一次。另外，為更好的了解生活污水排放對釜溪河水質(zhì)影響，本研究在碳研所斷面上游臨時設(shè)置蜀光中學(xué)、自貢市污水處理廠和金子凼堰3個調(diào)查點位，監(jiān)測主要指標(biāo)為氨氮、總磷，監(jiān)測時間為2020年5～6月，4個控制斷面及3個調(diào)查點位分布見圖1。

圖1 4個控制斷面及調(diào)查點位示意圖

1.2 研究方法

采用《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)》(2011年3月版)河流水質(zhì)評價單因子評價法，即根據(jù)評價時段內(nèi)該斷面參評的指標(biāo)中類別最高的一項來確定。同時，評價標(biāo)準(zhǔn)參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)和《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)》執(zhí)行，并將水質(zhì)類別分為六級，依次為Ⅰ、Ⅱ類為優(yōu)，Ⅲ類為良，Ⅳ類為輕度污染，Ⅴ類為中度污染，劣Ⅴ類為重度污染。

2 結(jié)果與分析

2.1 釜溪河水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

2020年1～5月，釜溪河一級支流雷公灘斷面水質(zhì)為Ⅳ類，主要污染物氨氮和總磷濃度分別為1.01mg/L(Ⅳ類)和0.21mg/L(Ⅳ類)，同比分別下降34.4%和16.0%；雙河口斷面水質(zhì)為Ⅲ類，氨氮和總磷濃度分別為0.91mg/L(Ⅲ類)和0.17mg/L(Ⅲ類)，同比分別下降7.1%和15.0%。而釜溪河城區(qū)下游碳研所斷面和鄧關(guān)斷面水質(zhì)均為Ⅴ類。碳研所斷面主要污染物氨氮、總磷、化學(xué)需氧量濃度分別為1.68mg/L(Ⅴ類)、0.27 mg/L(Ⅳ類)和30mg/L(Ⅳ類)，同比升高分別為8.4%、28.6%、57.9%；鄧關(guān)斷面主要污染物氨氮、總磷、化學(xué)需氧量濃度分別為0.89mg/L(Ⅲ類)、0.14 mg/L(Ⅲ類)和32mg/L(Ⅴ類)，化學(xué)需氧量同比上升39.1%，而氨氮、總磷卻同比下降39.9%和50.0%，詳見圖2。

圖2 釜溪河流域各斷面氨氮(A)、總磷(B)濃度情況

可見，影響釜溪河水質(zhì)變差的主要指標(biāo)為氨氮和總磷，且集中在主城區(qū)下游河段，以污水處理廠下游6.0km處碳研所斷面最為明顯，碳研所斷面是釜溪河流域受生活污水排放影響最直接的斷面，是典型的受生活污水排放影響。

2.2 2011～2019年碳研所斷面水質(zhì)變化情況

2011年以來，碳研所斷面水質(zhì)改善明顯，2011年共12個月(100%)為劣Ⅴ類水質(zhì)，2019年共2個月(16.7%)為劣Ⅴ類水質(zhì)，超標(biāo)因子主要為氨氮、總磷、溶解氧。2011～2019年氨氮年平均濃度為1.00mg/L～11.07mg/L，最大值出現(xiàn)在2011年，最小值出現(xiàn)在2019年；2011～2019年總磷年平均濃度0.20mg/L～0.99mg/L，最大值出現(xiàn)在2011年，最小值出現(xiàn)在2019年；2011～2019年溶解氧年平均濃度為2.34 mg/L～6.69 mg/L，最大值出現(xiàn)在2019年，最小值出現(xiàn)在2011年，詳見圖3。

圖3 2011～2019年碳研所斷面氨氮、總磷、溶解氧濃度年均值變化情況

從圖3可見，氨氮、總磷濃度總體上呈逐步下降趨勢，氨氮濃度在2014年急劇下降之后平穩(wěn)下降；總磷濃度在2013年急劇下降，2015年濃度升高后再逐年下降；溶解氧濃度總體上呈逐步上升的趨勢。2019年氨氮、總磷、溶解氧濃度分別較2011年變化了-91.0%、-79.8%、+185.9%。盡管氨氮、總磷濃度整體呈明顯下降趨勢，但仍超過地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，且氨氮時常處于Ⅴ類和劣Ⅴ類，碳研所氨氮污染態(tài)勢依然嚴(yán)峻。

2.3 碳研所斷面氨氮污染月變化規(guī)律

為分析碳研所斷面氨氮濃度與降雨量的月變化關(guān)系，統(tǒng)計分析了2011～2019年氨氮濃度及降雨量月平均值變化規(guī)律，詳見圖4。從圖4可知：上半年氨氮濃度普遍較高，2～5月碳研所斷面水質(zhì)最差，為劣Ⅴ類高發(fā)期，下半年氨氮濃度普遍較低，特別是2018年和2019年，此特征表現(xiàn)得尤為突出。自貢屬亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候區(qū)，一般認(rèn)為5月、11月為平水期、6月～10月為豐水期，其他月份為枯水期，這與圖4降雨量的變化規(guī)律一致?？菟诮涤晟?，氨氮濃度較高；豐水期、平水期降雨較多，河水增多氨氮濃度普遍較低。2018～2019年5月氨氮均為劣Ⅴ類，主要是因為初期降雨沖刷大量污染物入河導(dǎo)致5月碳研所斷面氨氮濃度很高。6月隨雨季來臨，氨氮濃度開始迅速降低，2018年和2019年連續(xù)兩年氨氮濃度均在6月降到Ⅲ類濃度限值以下。6～10月豐水期降雨量明顯增多，氨氮濃度均達(dá)地表水Ⅲ類濃度限值以下；11月進(jìn)入平水期后，降雨量減少，氨氮濃度緩慢升高。

圖4 2011～2019年來碳研所氨氮濃度和降雨量月均值變化圖

2.4 碳研所斷面與上游斷面主要污染物濃度對比分析

為了解碳研所斷面上游水質(zhì)情況，便于查找污染源，對比分析了碳研所斷面與上游雙河口斷面、蜀光中學(xué)、金子凼堰調(diào)查點位水質(zhì)情況，詳見圖5。由圖5可見，釜溪河起點雙河口斷面氨氮、總磷濃度均未超標(biāo)。在污水處理廠排入釜溪河之前的蜀光中學(xué)調(diào)查點位，水質(zhì)保持Ⅳ類；在污水處理廠排入釜溪河之后的金子凼上堰調(diào)查點位，氨氮濃度已有明顯升高，但由于堰閘蓄水影響，水質(zhì)仍為Ⅳ類；在污水處理廠排入釜溪河之后6km的碳研所斷面，氨氮、總磷濃度均明顯升高，水質(zhì)為Ⅴ類。經(jīng)調(diào)查，金子凼堰閘與碳研所斷面之間，主要污染源為污水處理廠超越排放、一體化處理設(shè)施排放、鴻鶴化工廠區(qū)地面廢水(已停產(chǎn))、其他“散、亂、污”廢水排放等。金凼子堰調(diào)查點位與碳研所斷面之間污染排放是影響碳研所斷面水質(zhì)的重要原因。

圖5 釜溪河城區(qū)段沿程水質(zhì)變化情況

2.5 污染源特征分析

2.5.1 污染源治理是碳研所斷面水環(huán)境質(zhì)量改善的主要方式

2.5.1.1 鴻鶴化工廠停產(chǎn)是釜溪河流域氨氮濃度急劇下降的主要原因。位于碳研所斷面上游2.5km的合成氨企業(yè)鴻鶴化工廠，長期排放氨氮濃度為40mg/L左右的工業(yè)廢水，年排放氨氮總量約78.1t，使碳研所斷面氨氮濃度長期居高不下。2014年2月鴻鶴化工廠停產(chǎn)后，碳研所斷面氨氮濃度急劇下降，2014年氨氮濃度較2013年下降了67.2%。但由于雨水沖刷造成廠區(qū)含氮廢水流入河中， 導(dǎo)致碳研所斷面氨氮污染出現(xiàn)一定程度的加重。

2.5.1.2 自貢市污水處理廠外排水執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)由2015年 “一級B標(biāo)”提升為“一級A標(biāo)”。通過提標(biāo)改造，污染物總量減排明顯，釜溪河流域氨氮、總磷濃度持續(xù)降低。通過統(tǒng)計2017～2019年與2013～2014年污水廠污染物排放情況，氨氮、總磷平均每年少排放33.9t、6.84t。目前，自貢市污水廠已按照《四川省岷江、沱江流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》完成提標(biāo)改造，污染物排放總量得到進(jìn)一步削減。

2.5.1.3 一體化設(shè)施的啟用進(jìn)一步削減了污染排放量。為了解決污水處理廠生活污水超越排放問題，日處理2萬t的一體化設(shè)施于2018年10月正式運行，其處理效果見圖6。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計，一體化處理設(shè)施對氨氮、總磷的平均處理效率分別為23.1%和83.3%?？梢?，此一體化設(shè)施對總磷處理效果較好，但對氨氮處理能力很弱，氨氮濃度得不到有效降解，這正是氨氮成為下游碳研所斷面主要污染因子的原因。

圖6 一體化設(shè)施進(jìn)出口氨氮、總磷濃度變化圖

2.5.1.4 “散亂污”的治理，對改善釜溪河水質(zhì)起到促進(jìn)作用。2017年中央環(huán)保督察以來，全市已累計完成967戶“散亂污”企業(yè)整治，對200戶“散亂污”企業(yè)開展“回頭看”督導(dǎo)，2019年完成10戶沿河“散亂污”企業(yè)整治。散亂污企業(yè)的整治，對改善釜溪河流域水質(zhì)起到積極的促進(jìn)作用。

2.5.2 生態(tài)補水是提升釜溪河自凈能力的主要手段

小井溝水庫建成以來，為緩解釜溪河水環(huán)境負(fù)荷壓力，已有序?qū)嵤┥鷳B(tài)補水。由于釜溪河有多道堰閘，只能通過逐道堰閘進(jìn)行放水的方式才能對下游河段進(jìn)行生態(tài)補水。金子凼堰水位與下游碳研所斷面氨氮、總磷濃度對比情況見圖7，下表為水位與氨氮、總磷的相關(guān)性分析，相關(guān)性分析結(jié)果由SPSS數(shù)據(jù)分析軟件的相關(guān)分析功能自動生成。結(jié)合圖7和下表，碳研所斷面總磷濃度與金子凼堰水位呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.720；氨氮濃度與金子凼堰水位呈正相關(guān)關(guān)系但不顯著，相關(guān)系數(shù)為0.145。因此，水位降低(補水)時氨氮、總磷濃度有一定的下降，補水越多，污染物濃度下降越明顯。

表 金子凼堰水位與氨氮、總磷相關(guān)關(guān)系表

圖7 金子凼堰水位與碳研所氨氮、總磷濃度變化對比圖

2.6 建議

2.6.1 生態(tài)補水：生態(tài)補水是通過提高水體流動性，加大水環(huán)境容量及自凈能力來改善水環(huán)境的有效手段。自貢市小井溝水庫的建立可以對釜溪河流域進(jìn)行科學(xué)補水，緩解缺水“頑疾”。

2.6.2加大城市污水治理力度：對超越排放生活污水的氨氮進(jìn)行處理，凈化城市排水?dāng)?shù)值，提高水循環(huán)利用率，是改善碳研所斷面水環(huán)境的有效方法。

2.6.3 充分利用地表水網(wǎng)格化監(jiān)管平臺，列出流域污染等級清單，有針對性的優(yōu)先治理污染相對較重的控制單元，排除潛在的污染隱患，提升水環(huán)境自凈能力；提高企業(yè)自行監(jiān)測能力和在線監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，有效控制污染物排放負(fù)荷，緩解水環(huán)境自凈壓力。

2.6.4 建立污染源、入河排污口、排污總量分配的一一對應(yīng)關(guān)系，把好污染源和入河排污口的關(guān)口，嚴(yán)格控制污染物入河流量[11]。

2.6.5 及時對鴻化片區(qū)老舊廠房污染地塊進(jìn)行整治、防止散亂污企業(yè)反彈。

2.6.6 做好水環(huán)境質(zhì)量和污染源的監(jiān)測、調(diào)查、統(tǒng)計工作，結(jié)合自貢市水文水情，及時報告和預(yù)報水環(huán)境變化、發(fā)展趨勢[11]。

3 結(jié) 論

3.1 影響釜溪河水質(zhì)變差的主要指標(biāo)為氨氮和總磷，2020年1～5月碳研所斷面主要污染物氨氮、總磷、化學(xué)需氧量同比分別上升了8.4%、28.6%、57.9%。2011年以來，碳研所斷面水質(zhì)改善明顯，2019年氨氮、總磷、溶解氧濃度分別較2011年變化了-91.0%、-79.8%、+185.9%。目前碳研所斷面氨氮濃度時常處于Ⅴ類和劣Ⅴ類，污染態(tài)勢依然嚴(yán)峻。

3.2 受季節(jié)性影響，碳研所斷面氨氮污染月變化規(guī)律表現(xiàn)為上半年氨氮濃度普遍較高，2～5月碳研所斷面水質(zhì)最差，為劣Ⅴ類高發(fā)期，下半年氨氮濃度普遍較低。

3.3 污染源特征分析結(jié)果表明，影響碳研所斷面污染源主要集中在金凼子堰與碳研所斷面之間。主要為污水處理廠超越排放口、一體化處理設(shè)施排放、鴻鶴化工片區(qū)廢水、其他“散、亂、污”廢水排放等。

3.4 通過優(yōu)化污染源分布、污水廠提標(biāo)改造、啟用一體化設(shè)施、生態(tài)補水等方式改善碳研所斷面水質(zhì)取得了較好成效。通過采取生態(tài)補水、加大城市污水治理力度、措施，可進(jìn)一步改善碳研所斷面水質(zhì)。

碳研所斷面水質(zhì)長期處于Ⅴ類或劣Ⅴ類，其斷面水質(zhì)的優(yōu)劣直接影響著整個釜溪河流域水質(zhì)。通過分析2011～2020年碳研所斷面水質(zhì)污染規(guī)律，提出有針對性治理措施，對加快推進(jìn)釜溪河流域水環(huán)境防治具有重要意義。