流溪河從化段面源污染來源分析及總量估算

尹 慶，聶 毅，田 松，徐瑞萍，胡 明

（1.廣州城建職業(yè)學(xué)院；2.廣州市城建規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣州 510925）

廣州市飲用水水源地主要分布在西江航道、東江北干流和沙灣水道。流溪河作為西江航道的支流，是廣州市流域面積最大且唯一的全流域河流，位于廣州市西北部，流經(jīng)從化、花都、白云三區(qū)。作為廣州市重要的飲用水水源，流溪河全長為171 km，全流域面積約為2 300 km2[1]。作為江村、石門、西村三個水廠的取水水源，流溪河所供自來水占廣州市自來水供應(yīng)總量的比重曾達到驚人的60%，目前也基本維持在30%左右[2]。隨著流溪河流域內(nèi)點源污染的有效控制，面源污染已成為流溪河從化段主要的污染物來源。目前，流溪河從化段的水質(zhì)基本符合廣東省地表水環(huán)境功能區(qū)劃要求，總體水質(zhì)較好。呂田、良口、溫泉三鎮(zhèn)所轄河段長期可穩(wěn)定保持Ⅱ類水質(zhì)，城郊街道、街口街道、江浦街道、太平鎮(zhèn)所轄河段長期可穩(wěn)定保持在Ⅲ類水質(zhì)以上[3]，水質(zhì)總體情況基本符合廣州市對水源地的相關(guān)要求。為保證流溪河從化段水質(zhì)安全和廣州市供水安全，有必要了解流溪河上游段主要污染物的源頭產(chǎn)生總量及各來源的貢獻率，進而根據(jù)分析結(jié)果有針對性地制定和實施適宜的源頭污染控制措施。

1 流溪河從化段水環(huán)境現(xiàn)狀

流溪河發(fā)源于廣州市從化區(qū)呂田鎮(zhèn)桂峰山，其主河段自上游起依次流經(jīng)從化區(qū)呂田鎮(zhèn)、良口鎮(zhèn)、溫泉鎮(zhèn)、城郊街道、街口街道、江浦街道、太平鎮(zhèn)，后進入白云區(qū)，最后匯入珠江。流溪河從化段長度約為117 km，約占流溪河全長的68.42%；流域面積約為1 580 km2，約占總流域面積的68.69%。流溪河從化段流域基本覆蓋從化區(qū)除鰲頭鎮(zhèn)部分區(qū)域之外的所有區(qū)域，但從支流分布上看，增城區(qū)的派潭鎮(zhèn)、小樓鎮(zhèn)部分區(qū)域也屬于流溪河從化段流域。因此，流溪河從化段流域面積基本與從化區(qū)面積相當(dāng)。由于流溪河是從化區(qū)唯一的大型河流，區(qū)內(nèi)幾乎所有的自然村與社區(qū)都分布于河道兩側(cè)，因此流溪河從化段也承受了區(qū)內(nèi)幾乎所有的水污染負荷。

水質(zhì)污染產(chǎn)生的原因既可能是源頭產(chǎn)污超量，也可能是擴散過程凈化不足[4]。污染物總量消減方式主要有源頭控制、過程攔截及末端修復(fù)三類。這三類措施共同作用，自源頭排出起，隨著徑流輸移對污染物進行消解[5]。從整體上看，若流溪河從化段流域能夠長期保持現(xiàn)狀，則水質(zhì)污染問題并不足慮。但從廣州城市建設(shè)的角度來看，隨著廣州城區(qū)的擴張，以往花都區(qū)、白云區(qū)所承擔(dān)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將逐步北移至從化區(qū)，從化區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)升級、鄉(xiāng)村旅游開發(fā)等近年來逐步加快[6]；從自然地質(zhì)條件來看，流溪河流域山區(qū)多坡地、多雨水，但土壤層淺薄，不易容納過多水和養(yǎng)分[7]，同時隨著鄉(xiāng)村基礎(chǔ)排水設(shè)施的完善，堰塘與排水溝渠硬化處理、彎河道拉直等措施也使污染物入河量呈增大趨勢。若過多依靠過程攔截這類措施，則極易造成小流域或微流域內(nèi)水質(zhì)污染。這種局部污染不僅影響小流域水域生態(tài)安全，也不利于美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。

從面源污染物進入江河的過程來看，面源污染排放具有隨機性、多源性、多途徑等特點，特別是在流域尺度上，具有極為顯著的多元復(fù)合污染特征[4]。從以往經(jīng)驗來看，面源污染治理應(yīng)以預(yù)防為主，治理為輔，源頭控制是面源污染治理的最有效途徑[8-9]。因此，流域范圍的面源污染治理首先應(yīng)溯源，對面源污染進行定量分析，再選用適宜的措施進行消減，做到源清流清。

2 流溪河從化段面源污染來源

從排出途徑來看，流溪河從化段污染類型可分為點源污染與面源污染。呂田鎮(zhèn)、良口鎮(zhèn)經(jīng)濟以農(nóng)業(yè)為主，區(qū)域內(nèi)無大型工業(yè)企業(yè)和規(guī)?；那菪箴B(yǎng)殖場，分布有少量淡水魚養(yǎng)殖場，但受廣州市飲用水源保護區(qū)相關(guān)條例限制，養(yǎng)殖強度不高。溫泉鎮(zhèn)經(jīng)濟也以農(nóng)業(yè)為主，無大型工業(yè)企業(yè)和規(guī)模化的禽畜養(yǎng)殖場，但區(qū)域內(nèi)分布著多處大中型溫泉養(yǎng)生度假酒店，其排出的污水有別于一般的村鎮(zhèn)生活污水，含有較高比例的溫泉洗浴和餐飲廢水，具有污染物濃度低且水質(zhì)水量變化大的水質(zhì)特征。城郊街道、街口街道、江浦街道作為從化區(qū)的三個中心街道，地理位置接近，構(gòu)成了從化主城區(qū)，該區(qū)域人口較為集中，城鎮(zhèn)化程度最高；城郊街道還擁有明珠工業(yè)園這一生產(chǎn)企業(yè)較為集中的產(chǎn)業(yè)園，但區(qū)域內(nèi)的生活污水排放與企業(yè)排污基本實現(xiàn)了污水處理廠集中處理后達標(biāo)排放，沒有較為明顯的點源污染；三個街道也是農(nóng)業(yè)用地條件較好的區(qū)域，村落分布比較集中，基本實現(xiàn)了固體生活垃圾無害化處理，農(nóng)村生活污水基本納入城市污水管道。太平鎮(zhèn)作為最靠近廣州市主城區(qū)的一個鎮(zhèn)，該鎮(zhèn)工業(yè)企業(yè)分布較多，區(qū)域內(nèi)有從化經(jīng)濟開發(fā)區(qū)等幾個較為集中的產(chǎn)業(yè)園，由于地形條件較好，該鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以集約化的蔬菜種植為主。

隨著多座大型污水處理廠的建成，目前，從化區(qū)6 個主要污水處理廠的污水處理能力已達到11.7 萬t/d（4 270.5 萬t/a），年實際污水處理量已達到3 468.11 萬t。流域內(nèi)工業(yè)源污染排放已基本實現(xiàn)100%集中處理，城鎮(zhèn)生活源污水也已實現(xiàn)91%的集中處理。隨著后續(xù)新修建的兩座污水處理廠投入使用，從化區(qū)點源污染問題將進一步得到解決，而點源污染的有效控制使得面源污染所導(dǎo)致的流溪河從化段水污染問題逐漸凸顯。

總的來說，流溪河從化段流域內(nèi)，沿河或沿支流分布有大量分散的村落。近年來，隨著新農(nóng)村建設(shè)的推進，當(dāng)?shù)鼗緦崿F(xiàn)了固體生活垃圾無害化處理，但生活污水、散養(yǎng)禽畜排泄物等還是普遍直排入河。林地、果林、旱田、水田交混存在，使得流域內(nèi)在雨洪期有較為明顯的隨水土流失析出的面源污染物，在枯水期也存在一定程度的面源污染析出[7]。研究表明，流溪河從化段基本呈現(xiàn)面源污染特征[10-11]。

與廣州市的幾個主城區(qū)相比，從化區(qū)面積較大，人口密度較低，農(nóng)田園地以低強度農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主，這是流溪河從化段水質(zhì)保持的正向影響因素，尤其是復(fù)雜的河道和大量的灘涂以類似濕地的方式消解了大量面源污染；從化區(qū)幾乎所有人口聚集區(qū)集中分布在流溪河及相關(guān)支流附近，各類污染極易直排入河，這又是流溪河從化段水質(zhì)保持的反向影響因素。各種因素綜合作用下，流溪河從化段面源污染的形成主因、治理難點等很難通過直觀的定性描述進行分析。

農(nóng)田面源污染主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，僅靠工程防控、技術(shù)攔截等技術(shù)不能從根本上解決，源頭控制是一種較為符合流溪河從化段自然特點的面源污染治理措施。因此，有必要細化流溪河從化段流域的面源污染來源，估算主要污染物的源頭產(chǎn)生總量和各來源的貢獻率，確定流溪河從化段各類面源污染的主要產(chǎn)生途徑、強度和貢獻率，并從源頭消減角度討論各類適用的就地消減措施，防止流溪河從化段面源污染問題惡化。

3 流溪河從化段的主要面源污染物估算

3.1 主要污染物種類

根據(jù)2021年生態(tài)環(huán)境部頒布的《排放源統(tǒng)計調(diào)查產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)手冊》（簡稱《手冊》），水體面源污染來源主要分為農(nóng)業(yè)源與生活源兩大類。農(nóng)業(yè)源污染中，種植業(yè)面源污染可分為農(nóng)作面源污染與園地面源污染，根據(jù)養(yǎng)殖種類，養(yǎng)殖業(yè)面源污染主要分為生豬、奶牛、肉牛、肉雞、蛋雞、水產(chǎn)養(yǎng)殖等類別。生活源污染可分為城鎮(zhèn)生活源污染和農(nóng)村生活源污染。主要污染物種類可分為化學(xué)需氧量（CODCr）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）和總磷（TP）等。

3.2 污染物總量估算方法

面源污染估算方法主要分為經(jīng)驗統(tǒng)計法和機理模型法兩大類[12]。經(jīng)驗統(tǒng)計法又可細分為輸出系數(shù)法和源強系數(shù)法[13]；機理模型法則主要分為SWAT 模型、HSPF 模型和AnnAGNPS 模型等[14]。經(jīng)驗統(tǒng)計法主要通過研究區(qū)域內(nèi)土地利用方式、人口、養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來計算流域污染負荷總量，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的要求較低，在對流域面積較大的集水區(qū)進行估算時，準(zhǔn)確度較高[12]。機理模型法是通過分析水循環(huán)過程中降水、徑流、蒸發(fā)等因素，描述流域內(nèi)不同用地條件下面源污染物的一系列遷移過程，定量分析面源污染物遷移機理并建立相應(yīng)模型追溯各類污染物的來源。模型分析過程對各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和詳細度要求極高，如氣溫、日照、降水和蒸發(fā)等，同時需要水文資料、水質(zhì)監(jiān)測記錄等進行校正[14]。

目前，若使用機理模型法估算流溪河從化段污染負荷，則存在流域面積過大、所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)嚴(yán)重不足的問題。因此，本研究擬采用輸出系數(shù)法，從生活源、種植業(yè)源和養(yǎng)殖業(yè)源對流溪河從化段面源污染負荷進行核算。計算方法主要以《手冊》為準(zhǔn)，最終折算數(shù)據(jù)單位為t/a。同時，本文主要研究目的在于從源頭估算面源污染物排放量，入河系數(shù)統(tǒng)一取1，不做折減。

3.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源

流溪河從化段相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于廣州市統(tǒng)計局、廣州市水務(wù)局、從化區(qū)統(tǒng)計局等公開的年鑒、公報及相關(guān)統(tǒng)計文獻資料。各類產(chǎn)污系數(shù)、排污系數(shù)、折污系數(shù)及計算方法等主要根據(jù)《手冊》及相關(guān)統(tǒng)計文獻資料確定。本研究以2019年為基準(zhǔn)年，以輸出系數(shù)法為基礎(chǔ)，對流溪河從化段面源污染的主要來源、污染物總量和貢獻率進行綜合分析。

3.3.1 生活源污染負荷估算主要數(shù)據(jù)

據(jù)統(tǒng)計，2019年，流溪河從化段流域內(nèi)城鎮(zhèn)居民常住人口為29.30 萬人，單位用水量為290.0 L/（人·d），折污系數(shù)根據(jù)《手冊》取0.89，如表1所示。流域內(nèi)污染問題較為嚴(yán)重的點源污染中，工業(yè)源污染排放已實現(xiàn)100%集中處理，城鎮(zhèn)生活源污水已實現(xiàn)91%的集中處理。流溪河從化段流域內(nèi)，農(nóng)村常住人口為35.65 萬人，生活污水排放系數(shù)及折污系數(shù)根據(jù)《手冊》及其他相關(guān)資料確定，從化區(qū)71.50%的村實施生活污水集中處理或部分集中處理，如表2所示。從綜合去除率來看，化學(xué)需氧量為64%，氨氮為53%，總氮為46%，總磷為48%。

表1 從化區(qū)城鎮(zhèn)居民生活污水排放系數(shù)

表2 從化區(qū)農(nóng)村居民生活污水排放系數(shù)

3.3.2 種植業(yè)污染負荷估算主要數(shù)據(jù)

根據(jù)《手冊》及其他相關(guān)資料，合理確定污染排放（流失）系數(shù)，如表3所示。據(jù)統(tǒng)計，2019年，從化區(qū)農(nóng)作物種植面積為31 412 hm2，園地種植面積為26 932 hm2。

表3 種植業(yè)污染排放系數(shù)

3.3.3 禽畜養(yǎng)殖業(yè)污染負荷估算主要數(shù)據(jù)

從化區(qū)禽畜養(yǎng)殖的主要種類包括生豬、奶牛、肉牛和肉雞等，禽畜總量計算以2019年末存欄量+出欄量為準(zhǔn)。同時，從化區(qū)養(yǎng)殖業(yè)以養(yǎng)殖戶為主，因此參考禽畜養(yǎng)殖戶排污系數(shù)進行計算。根據(jù)《手冊》及其他相關(guān)資料，確定禽畜養(yǎng)殖業(yè)的排污系數(shù)，如表4所示。

表4 禽畜養(yǎng)殖業(yè)排污系數(shù)

3.3.4 水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)污染負荷估算主要數(shù)據(jù)

從化區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖以淡水魚為主，2019年，從化區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量為8 149 t，根據(jù)《手冊》及其他相關(guān)資料，確定水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的排污系數(shù)，如表5所示。

表5 水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)排污系數(shù)

4 結(jié)果分析

4.1 化學(xué)需氧量

經(jīng)估算，流溪河從化段面源污染化學(xué)需氧量排放總量約為6 698.05 t/a，各污染源貢獻率如圖1所示，由高至低的排序為：農(nóng)村生活源（44.55%）＞生豬養(yǎng)殖（17.06%）＞禽類養(yǎng)殖（12.58%）＞城鎮(zhèn)生活源（11.88%）＞奶牛養(yǎng)殖（9.83%）＞肉牛養(yǎng)殖（2.47%）＞水產(chǎn)養(yǎng)殖（1.64%）。種植業(yè)基本沒有化學(xué)需氧量排放?；瘜W(xué)需氧量主要來自農(nóng)村生活源、城鎮(zhèn)生活源、生豬養(yǎng)殖、禽類養(yǎng)殖和奶牛養(yǎng)殖，其總貢獻率超過90%，其中農(nóng)村生活源的貢獻率最高。

圖1 化學(xué)需氧量貢獻率

4.2 總氮

經(jīng)估算，流溪河從化段面源污染總氮排放總量約為1 502.23 t/a，各污染源總氮貢獻率如圖2所示，由高至低的排序為：農(nóng)村生活源（32.09%）＞農(nóng)作排放（24.16%）＞園地排放（23.30%）＞城鎮(zhèn)生活源（7.32%）＞生豬養(yǎng)殖（5.31%）＞禽類養(yǎng)殖（4.32%）＞奶牛養(yǎng)殖（1.59%）＞水產(chǎn)養(yǎng)殖（1.46%）＞肉牛養(yǎng)殖（0.46%）。總氮主要來自農(nóng)村生活源、農(nóng)作排放和園地排放，三者的總貢獻率超過80%。

圖2 總氮貢獻率

4.3 氨氮

經(jīng)估算，流溪河從化段面源污染氨氮排放總量約為1 502.23 t/a，各污染源總氮貢獻率如圖3所示，由高至低的排序為：農(nóng)村生活源（55.31%）＞城鎮(zhèn)生活源（14.24%）＞水產(chǎn)養(yǎng)殖（11.73%）＞農(nóng)作排放（8.31%）＞園地排放（6.82%）＞生豬養(yǎng)殖（2.78%）＞禽類養(yǎng)殖（9.15%）＞奶牛養(yǎng)殖（0.20%）＞肉牛養(yǎng)殖（0.05%）。農(nóng)村生活源對流溪河從化段氨氮的貢獻率明顯偏高，超過總量的一半，城鎮(zhèn)生活源、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)作排放和園地排放的貢獻率也有一定占比。上述五項占比超過90%。

圖3 氨氮貢獻率

4.4 總磷

經(jīng)估算，流溪河從化段面源污染總磷排放總量約為1 502.23 t/a，各污染源總磷貢獻率如圖4所示，由高至低的排序為：農(nóng)作排放（28.39%）＞農(nóng)村生活源（26.72%）＞園地排放（12.36%）＞生豬養(yǎng)殖（10.31%）＞禽類養(yǎng)殖（8.79%）＞城鎮(zhèn)生活源（6.39%）＞奶牛養(yǎng)殖（4.28%）＞水產(chǎn)養(yǎng)殖（2.37%）＞肉牛養(yǎng)殖（0.39%）?？偭棕暙I中，農(nóng)作排放、農(nóng)村生活源和園地排放是流溪河從化段的主要來源，三者總貢獻率超過60%。

圖4 總磷貢獻率

5 結(jié)論

面源污染是影響流溪河從化段水質(zhì)安全的主要風(fēng)險。面源污染源識別和排放量估算是加強風(fēng)險管理和實現(xiàn)風(fēng)險辨認(rèn)的有效途徑。本文通過風(fēng)險辨認(rèn)對流溪河從化段面源污染源及貢獻率進行定量分析，以總貢獻率80%以上為標(biāo)準(zhǔn)來綜合判斷面源污染來源，有效評估風(fēng)險。經(jīng)前期綜合分析，目前，流溪河從化段內(nèi)，化學(xué)需氧量排放主要來自農(nóng)村生活源、生豬養(yǎng)殖、禽類養(yǎng)殖和城鎮(zhèn)生活源，總貢獻率為86.07%；總氮排放主要來自農(nóng)村生活源、農(nóng)作排放、園地排放和城鎮(zhèn)生活源，總貢獻率為86.87%；氨氮排放主要來自農(nóng)村生活源、城鎮(zhèn)生活源和水產(chǎn)養(yǎng)殖，總貢獻率為81.31%；總磷排放主要來自農(nóng)作排放、城鎮(zhèn)生活源、園地排放和禽類養(yǎng)殖，總貢獻率為86.57%?？刂坪蜏p少面源污染物入河量是流溪河從化段水質(zhì)管理的最重要任務(wù)。不同的面源污染防治措施對污染物具有不同的處理效率和處理成本，如人工濕地和化學(xué)處理等[15]。在進行面源污染源頭消減時，要確定各類源頭減量措施的最佳費效比，建立各類措施工程量與其成本和減排能力的關(guān)系[5]，因地制宜地進行設(shè)計與實施。