滇池流域城市型河流盘龙江入湖营养盐通量研究*

刘卫红，杨常亮，傅 强，杨亮秀，杨 桐

0 引言

昆明滇池是云贵高原上最大的淡水湖泊，盘龙江作为滇池流域九大河流之一，是穿越昆明主城南北向的最主要的河道。盘龙江的主源为牧羊河(又称小河)，支源冷水河源头在龙马箐，两河在小河乡岔河嘴汇为一水后，始称盘龙江。本研究所涉及的盘龙江流域范围北起松华坝水库大坝，沿盘龙江水系南下直至滇池入湖口，全长26.3 km，面积约183 km2。地理位置东经102°40＇46″～102°50＇34″，北纬25°12＇11″～24°56＇13″。

作为城市景观河流，盘龙江主要补给水为昆明市第二、第四、第五污水处理厂的出水，以及松华坝水库的汛期弃水及城市暴雨径流。近年来，随着城市建成区的不断扩大、工农业的快速发展和城市人口的迅速增加，越来越多的污水经过污水处理厂处理后排入河中，造成盘龙江水质的下降。从2001～2010年的昆明市环境质量公报可以看出［1］:近年来盘龙江水质一直为劣Ⅴ类，主要超标指标为化学需氧量、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)。入湖河道水质的下降使得滇池的污染也变得更加严重。有鉴于此，本文对主要入滇河流之一的盘龙江雨季TP和NH3-N入湖通量进行了研究，通过2009年一次降雨过程分析、探讨了其变化特征，并根据入湖断面流量与TP、NH3-N浓度相关关系揭示了TP和NH3-N的来源特征，同时预测了TP、NH3-N通量与其质量浓度之间的响应关系。这将有助于了解和掌握盘龙江流域降雨径流携带的TP和NH3-N负荷入湖量及其变化规律，可为滇池流域营养盐入湖总量控制管理提供基础数据。

1 研究方法

1.1 污染物通量估算方法

水环境污染物通量是指水环境(河流、河口、湖泊、水库等水体)中的污染因子(无机和有机污染物等)在一定时间内通过研究断面的总量［2］。特别地，河流污染物通量是指污染因子在单位时间内通过研究断面的该物质总量，单位可表示为克每秒(g/s)、吨每年(t/a)。

根据王晖等［3］报道，理论上污染物时段通量可用下面公式计算:

式中:Q(t)为瞬时流量，m3/s;C(t)为瞬时浓度，mg/L。

由于该模式需记录河流每个瞬间的流量与浓度值，在实际工作中往往是难于实现的，因此常采用估算的方法。尽管有许多种估算方法可选，但不同的估算方法计算出来的污染物时段通量值相差悬殊，因此估算方法的选定应慎重。

与断面瞬间通量相比，把握时段通量的估算误差相对较为困难，时段的跨度越大，期间瞬间通量波动变化的方式也就越复杂，而用有限次的实测数据加以把握也就越困难。因此，本研究拟通过估算河流断面瞬时污染物通量来研究盘龙江TP入湖通量，采用下式计算［4］:

式中:C为该时刻污染物的浓度，mg/L;Q为同步河流断面的流量，m3/s。

1.2 监测断面

污染物通量监测断面布设在盘龙江邻近入湖河口且不受滇池回灌水影响的严家村断面(图1)，断面测量时间为2009年8月4日8:30～5日14:00整个降雨过程(降雨强度为中到大雨)。

1.3 流量观测

根据GB 50179—93《河流流量测验规范》，使用流速仪测量严家村入湖断面主流线水面下0.5 m处的水流平均速度，从而确定该断面的流量。河道流量观测时间为:降雨初始阶段(基流)每间隔1～2 h测定一次;流量稳定的峰值出现(峰流)后的衰减期，间隔时间为3～5 h，直至流量恢复或接近原有状态(回归流)为止。流量采用如下公式计算:

式中:

1.4 水样分析

按HJ/T91—2002《地表水和污水监测技术规范》4.1.4中采样点位的确定，水样取自河道断面中泓线上层一点(水面下0.5 m处)，采样时间与水文测量时间同步。水样24 h之内进行分析，TP采用钼锑抗分光光度法测定［5］，NH3-N采用纳氏试剂光度法测定［5］。

2 结果与分析

2.1 流量观测结果

本次流量观测从降雨初始阶段直至流量恢复或接近原有状态为止，严家村断面的流量观测结果见表1。

表1 断面瞬时流量数据

由表1可以看出，峰流瞬时流量约为基流的6倍，回归流的3倍。

2.2 TP通量计算结果

根据河流断面瞬时污染物通量模型，采用同步测定的TP、NH3-N浓度和流量观测结果，严家村断面的TP、NH3-N通量计算结果见表2。

表2 盘龙江入湖口严家村断面TP、NH3-N通量

由表2可以看出，断面TP、NH3-N通量表现出与瞬时流量和浓度一致的规律，即峰流时最大，依次为回归流、基流。

将TP、NH3-N通量按基流——峰流——回归流绘制变化趋势图(图2、3)。

图2 盘龙江入湖口严家村断面TP通量变化趋势

图3 盘龙江入湖口严家村断面NH3-N通量变化趋势

从表2、图2、3可知，从基流——峰流——回归流断面的TP、NH3-N通量呈倒V形分布，峰流时TP、NH3-N通量达到最大。

将流量与TP、NH3-N质量浓度分别进行一元线性回归分析(图4、5)，得到Q=22.023 CTP+ 0.824 5，r2=0.825 2＞0，Q=3.255 7 CNH3-N+ 0.898 1，r2=0.633＞0，说明流量与TP、NH3-N质量浓度均呈一元线性正相关关系，盘龙江 TP、NH3-N来源呈现出明显的非点源特征，这与本次研究是在雨季进行的流量测验和水样分析相符。

图4 盘龙江入湖口严家村断面流量与TP质量浓度回归分析

图5 盘龙江入湖口严家村断面流量与NH3-N质量浓度回归分析

同时，以污染物通量模型作为预测模型，假定断面流量保持峰流时流量不变，计算TP、NH3-N浓度分别减少20%、40%、60%、80%情况下的TP、NH3-N通量，预测结果如表3、4所示。

表3 模型预测TP浓度减少与通量的响应关系

表4 模型预测NH3-N浓度减少与通量的响应关系

从以上结果分析，在TP、NH3-N浓度分别减少20%、40%、60%、80%情况下，TP、NH3-N通量与浓度减少比例一致，即削减进入盘龙江雨水的TP、NH3-N浓度对于降低进入滇池中TP、NH3-N是十分有效的，因此应加大昆明城市的雨水收集、处理力度，从而减少进入滇池的污染物量。

3 结论

(1)盘龙江在一次降雨过程中，TP、NH3-N通量呈倒V形分布，峰流时TP、NH3-N通量达到最大。

(2)严家村断面流量与TP、NH3-N质量浓度均呈一元线性正相关关系，说明盘龙江TP、NH3-N通量受非点源影响比较明显，因此，盘龙江的污染治理应重视流域面源的污染治理力度。

(3)TP、NH3-N通量与其质量浓度之间的响应关系表明，削减进入盘龙江雨水的TP、NH3-N浓度对于降低进入滇池中TP、NH3-N负荷是十分有效的。因此，应加大昆明城市的雨水收集、处理力度，从而减少进入滇池的污染物量。

［1］昆明市环境保护局.昆明市环境质量公报［P/OL］.http://www.kmepb.gov.cn/kmhbj/77687093572141056/ index.html，2001-2010.

［2］徐太海，李淑芹，崔长俊.松花江同江断面高锰酸盐指数通量估算与分析［J］.环境科学与管理，2007，32(1): 53-55.

［3］王晖.淮河干流水质断面污染物年通量估算［J］.水资源保护，2004，6:37-39.

［4］曹飞凤，陆芳，张李青.基于ADCP测量的钱塘江主要断面污染物通量研究［J］.浙江水利科技，2007，1:8-10.

［5］国家环境保护总局水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法［M］.4版.北京:中国环境科学出版社，2002:243-285.