成都市錦江水質時空變化特征及污染源分析

李若萱，易紹雯

(四川大學水利水電學院，成都，610065)

0 引言

氮元素在生命活動具有重要的作用，當?shù)乇硭泻写罅康?，會導致水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題。盡管近些年成都市水質治理卓有成效，但部分水域仍存在氮污染的情況[1]。根據(jù)2019年成都市地表水環(huán)境質量狀況顯示，NH3－N仍是河流的主要污染物。在成都市，探究河流中TN和NH3－N時空變化特征，是河流治理及生態(tài)修復的基礎。

針對錦江的氮污染問題，不同學者進行了系列研究，張杰[2]等人結合COD的污染情況對影響錦江氨氮生物轉化的因素進行了初步評價(張杰，2010)；吳怡[4]等人繪制錦江葉綠素a、N、P的時空分布圖，并分析它們的相關性，初步評價了錦江的富營養(yǎng)化情況(吳怡，2013)；鄧歐平[5]等人通過對成都夏季觀測降雨觀測，認為大氣氮沉降以濕沉降為主，且與降雨量、日均溫、降雨時長均呈正相關(鄧歐平，2018)。盡管對于錦江河流氮污染的研究很多，但缺乏在錦江河道綜合治理背景下對氮素時空變化特征的研究。因此，本研究根據(jù)2020年錦江河流TN、NH3－N的監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究錦江河流TN、NH3－N的時空分布和污染來源，并提出治理建議，以期為錦江流域地表水氮污染治理及河長制的實施提供科學依據(jù)。

1 基礎資料

1.1 研究區(qū)域概況

錦江，岷江左岸一級支流，長江二級支流，是府河和南河的合稱，即府南河。錦江是成都市中心城區(qū)重要的生態(tài)景觀河道和排洪河道，發(fā)源于石堤堰分水樞紐錦江閘，其水源來自都江堰柏條河及走馬河分支徐堰河，無大型蓄水水利工程設施，流域內(nèi)各河渠徑流主要受降雨和岷江引水影響。其南河長約5.3km(送仙橋至合江亭)，府河全長約115km(石堤堰至江口)，府河成都段長94.67km。錦江由北向南主要流經(jīng)成都市郫都區(qū)、金牛區(qū)、青羊區(qū)、武侯區(qū)、錦江區(qū)、高新區(qū)、天府新區(qū)等7個區(qū)。

錦江流域自然地理較為單一，主要以平原為主，局部兼有淺地丘陵。錦江屬亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，流域年徑流深為719mm，年徑流量14.33億m3。流域內(nèi)城市化程度高，根據(jù)成都市統(tǒng)計年鑒，2019年末錦江流域常住人口905.59萬人，城鎮(zhèn)化率達91.48%；流域內(nèi)水質治理成果較好，錦江干流成都市段現(xiàn)狀水質整體情況較為穩(wěn)定，基本保持在地表水Ⅲ類標準。

1.2 數(shù)據(jù)來源與分析

本研究選擇錦江河流上的8個常規(guī)監(jiān)測斷面為研究對象，如圖1所示。根據(jù)錦江地理位置特征可知，都江堰南橋、花石路和海霸王路為上游斷面，慶嶺碼頭、萬里橋、九眼橋為中游斷面，云龍灣大橋和古佛洞大橋為下游斷面。依據(jù)多元性、科學性、易取性、靜態(tài)與動態(tài)性等評價指標的選取原則和?地表水環(huán)境質量標準?(GB 3838－2002)[6]，在各斷面采集水樣，并獲取TN、NH3－N、DO、TP、CODMn、CODCr、BOD5、石油類8項水質參數(shù)數(shù)據(jù)。采樣頻率為每月一次。

圖1 錦江地理位置及監(jiān)測點分布

2 結論與分析

2.1 錦江主要污染物分析

錦江各斷面水質參數(shù)統(tǒng)計結果見表1，依照?地表水環(huán)境質量標準?(GB 3838－2002)進行水質評價。從平均值來看，所有指標能滿足Ⅲ類水質標準。但從最大值來看，指標TN屬于錦江的主要污染物。

2.2 TN、NH3－N月變化特征分析

錦江各斷面TN、NH3－N平均濃度的月變化見圖2。由圖2(a)可知，TN的平均濃度在1月、5月和12月出現(xiàn)極大值，其他月份波動幅度不大。錦江流域降水春冬少、夏秋多。因此，錦江流域冬季徑流量偏少，導致河流納污和自凈能力下降，從而造成1月和12月TN濃度偏高。4月底－6月初為都江堰灌區(qū)春灌時期[7]，5月為農(nóng)業(yè)用水高峰，農(nóng)業(yè)面源污染是河流5月TN濃度偏高的主要原因。由圖2(b)可知，1月、5月和12月NH3－N的平均濃度較大，與TN的變化趨勢較為一致；在2月NH3－N平均濃度最小，分析主要是由于2月位于春節(jié)假間，成都城區(qū)人口外出較多，街面污染較平時減小明顯。研究表明，NH3－N與DO濃度成反比[8]。據(jù)采集數(shù)據(jù)可得，錦江在2－4月錦江DO濃度較高，平均濃度范圍為8.35mg/L～9.35mg/L，5月起平均濃度降低至7.51mg/L，這與NH3－N月變化趨勢相符合。

圖2 2020年錦江TN、NH3－N平均含量月變化

2.3 TN、NH3－N空間分布特征分析

2020年成都市錦江TN、NH3－N年平均濃度分布如圖3所示，TN和NH3－N濃度均呈現(xiàn)顯著的空間差異性。由圖3(a)可知，錦江TN濃度自上游至下游逐漸升高:合江亭上游錦江段水質較為優(yōu)良，TN濃度范圍為0.25mg/L～0.48mg/L，均屬于Ⅰ類水質標準；自合江亭之后，TN濃度逐漸上升，在出境斷面古佛寺大橋處TN達到最高值，為1.31mg/L。錦江流經(jīng)成都市中心城區(qū)，此處人口密度大、商業(yè)繁榮、社會活動豐富、生活用水量較多[10]，因此，城鎮(zhèn)居民日常生活中所產(chǎn)生的含氮物質，如城市垃圾站余液、街面餐飲污水、動物糞便等隨地表徑流排入錦江中，導致九眼橋斷面TN濃度升高。根據(jù)成都市錦江流域土地利用面積計算，錦江流域下游地區(qū)流農(nóng)村居民用地以及水田、灌木林地等農(nóng)林業(yè)用地約占14.95%，居民在進行生產(chǎn)時使用的氮肥匯入錦江。因此，云龍灣大橋至古佛洞大橋段在承接中游來水的同時，也需要接納來源于周邊地區(qū)的農(nóng)業(yè)污水，導致TN含量進一步上升。

由圖3(b)可知，錦江全段NH3－N指標均可達到Ⅱ類水標準，中游NH3－N濃度最高，其次是下游，上游NH3－N濃度最低。NH3－N濃度最高的監(jiān)測斷面是云龍灣大橋，為0.36mg/L。計算NH3－N與TN的比值，其中萬里橋、慶嶺碼頭和九眼橋三個斷面比值較高。對比海霸王路斷面和慶嶺碼頭斷面的比值可知，慶嶺碼頭斷面比值約為海霸王路斷面比值的2.7倍。錦江進入主城區(qū)后，地表含氮沉積物匯入增多，導致NH3－N濃度升高，在TN中比例增大，隨著河水自凈作用，NH3－N濃度慢慢減小，下游NH3－N濃度小于中游。有研究表明，在污染較重水體中，NH3－N在TN中所占比例較大[12]。因此，雖然萬里橋的NH3－N和TN濃度均達到Ⅱ類水質標準，但其比值較高，表明南河依然存在污染程度加深的風險，南河匯入錦江干流后，九眼橋斷面NH3－N比值也因此升高。

3 建議

(1)防治初期雨水污染。初期降雨對城市水體水質的影響日益凸顯[13]，設置徑流污染地面攔截裝置，建植被緩沖帶等設施控制初期雨水地面徑流。

(2)防治氮元素面源污染。成都市城區(qū)人口稠密，城市垃圾堆積、動物糞便、路邊餐飲業(yè)產(chǎn)生的油污等城市地表沉積物隨著地表徑流匯入錦江，導致錦江氮含量上升。一方面需從源頭控制，減少垃圾堆放，隨垃圾中轉站配套建設小型集成化污水處理系統(tǒng)，增加沿河街道的清理頻率；另一方面通過合理地提高綠化比例，增加水質型雨水口去路面沉積物和油類等的方式，削減徑流中的污染物。

4 結論

以成都市錦江及其支流8個斷面8個污染指標為依據(jù)，進行水質統(tǒng)計參數(shù)分析，著重探究TN與NH3－N的月變化特征與各斷面分布特征，并研究主要污染原因。

(1)根據(jù)各斷面水質參數(shù)統(tǒng)計結果分析可得，2020年錦江整體水質較好，各項指標的均值都達到Ⅲ類水質標準，河流主要污染物為TN。

(2)錦江TN與NH3－N時間變化特征明顯，不同月份關鍵污染因子及其來源不同。TN和NH3－N的平均濃度在1月、5月、12月都出現(xiàn)極大值。在5月份氮污染主要來源于春灌時產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)面源污染；1月、12月徑流量較小，導致河流納污和自凈能力較低。

(3)錦江TN與NH3－N空間差異性顯著，變異規(guī)律與流域內(nèi)土地利用情況相關。錦江中TN上游含量較低，在中游流經(jīng)中心城區(qū)后開始升高，下游達到最高；NH3－N中游含量偏高，上游和下游較少。解析其原因為，在主城區(qū)段由于街面污染較多，隨雨水入河導致TN和NH3－N濃度增大。根據(jù)街面污染為城區(qū)段河流污染的主要原因，提出相應的治理措施，為更好地治理錦江提供支撐和參考。