钱塘江河口污染负荷估算方法及其应用

尤爱菊,朱军政,纪生花,蒋天华

(1.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020;2.浙江省钱塘江管理局,浙江 杭州 310016)

1 问题的提出

钱塘江河口历来是杭州地区主要的饮用水水源地,随着经济社会的发展,河口两岸的绍兴、宁波、嘉兴也对钱塘江河口的水资源利用提出迫切要求。钱塘江河口同时也是两岸工业、生活、农牧业的排污出口,近年水质呈缓慢恶化趋势,环杭州湾产业带的快速发展也给河口水环境带来更大的压力。为此,合理测算钱塘江河口的纳污总量,对科学分析水环境现状,指导河口地区污染物总量控制和加强水环境保护具有重要意义。

根据污染物排入形式不同,河流的污染负荷通常划分为点源与非点源(面源)。面源污染起源复杂、类型繁多,其形成及汇入水体的过程受区域地理条件、气象条件等众多因素影响,污染负荷估算历来是个难点。现行的面源污染负荷研究中,多采用人口、面积、单位排放系数等经验公式进行推导和估算[1];农业面源污染测算时,通常采用物料施用量乘以物质成分含量再乘以入河系数等得到[2];但上述方法在排放系数和入河系数估算中存在较大的不确定性和任意性。流域水文分割法(或水文估算法)是面源污染负荷定量化研究的另一种途径[3-6],但更适用于山溪性河流,且在基流分割时也存在一定的任意性。近年来GIS在资源、环境领域内取得了迅猛的发展,在面源定量估算中也有应用的报道[7],但该方法需要大量的地形、高程、植被、地质等数据支持,应用起来比较复杂。

本文根据钱塘江河口的污染负荷组成及其特点,提出一种简便、适用的估算方法,根据2007,2008年的相关水文、水质资料,对纳污总量进行了估算。

2 研究区概况

钱塘江是浙江省第一大河,流域面积约5.56万km2,控制点富春江电站以上集水面积约3.2万km2,平均每年下泄径流约300亿m3。富春江电站以下至澉浦～长山闸断面为钱塘江河口段,南岸有萧绍平原、姚北平原河网及萧绍运河、曹娥江、甬江水系等,北岸有杭嘉湖平原河网及(京杭)运河和太湖水系等,每年向钱塘江河口排入约180亿m3受污染的水体。河口两岸土地面积占全省的20%,人口占全省的35%,而国内生产总值占全省的50%,是长江三角洲经济开发区南翼,在浙江省的经济发展中具有重要地位。

实测资料表明,钱塘江河口老盐仓以上的干流地表水水质总体较好,以Ⅲ类水体为主,但大部分河段仍没有达到水环境功能区要求的Ⅱ类水质标准,主要超标因子为DO与氮、磷。河口老盐仓以下干流海水水质总体较差,表现为下降趋势,主要的污染因子为无机氮和活性磷酸盐,水体呈现严重的富营养化状态。两岸平原河网因人口密集、经济发达,水质较差,大部分河段为Ⅴ～劣Ⅴ类水质,小部分河段达到Ⅳ类水质标准。因此,钱塘江河口水资源利用最集中的富春江电站～杭州河段水质已经不能满足水环境功能区的水质要求,而且从河口干流取水和排污的量还将同步增长,同时又承受两岸河网劣质水污染的胁迫,因此水资源利用形势十分严峻。

图1 钱塘江河口示意图

3 污染负荷估算方法

钱塘江河口的污染负荷包括上游富春江电站泄水携带的污染负荷和两岸平原汇入的污染负荷,其中上游污染负荷也可认为是河口的自然背景负荷,两岸平原的污染形式又包括点源排入、支流汇入 (闻家堰以上)和排涝闸(闻家堰以下)排入共3种形式。

据污染源组成,钱塘江河口污染负荷由自然背景负荷、点源负荷与面源负荷组成,即:

式中:Wt为时段污染总负荷;Wb为自然背景负荷;Wsi为第i个点源污染负荷,m为点源污染个数;Wnj为第j个分区的面源污染负荷,n为分区数。

自然背景负荷Wb由富春江电站时段下泄水量与时段平均污染物浓度相乘求得,即:

点源污染负荷Wsi由浙江省环境监测中心站提供,包括污水处理厂和大型排污企业。面源污染主要通过支流和排涝闸进入钱塘江河口,根据汇入特点与行政区划情况分5个区域进行测算,包括:①桐庐-富阳片,②浦阳江,③杭嘉湖平原,④萧绍宁平原,⑤曹娥江。根据各分区污染物汇入的形式不同,采用2种估算方法:

(1)分区①、②、③的面源主要是支流入汇形式,面源污染量由时段径流量乘以时段平均水质浓度得到,即:

式中:Wnj为j分区的时段径流量;Cj为j分区的时段平均水质浓度。

(2)分区④、⑤的面源污染来自钱塘江两岸平原,通过排涝闸开闸排水的形式进入钱塘江,具有较强的时段性,其负荷由记录的排涝量与代表性水质监测站的时段平均水质浓度相乘得到,即:

式中:Wnj为j分区的时段排涝总量为j分区的时段平均水质浓度。

从上述分析可见,富春江电站下泄的背景负荷与面源污染负荷与时段水量及其浓度密切相关,是一个变数。本文以2007,2008年实测的水文、水质、记录的排涝水量为依据,采用公式(2)～(4)测算了钱塘江河口自然背景负荷和面源污染负荷;在点源调查的基础上,根据公式(1)估算了钱塘江河口的污染负荷总量;反映的是特定水量、水质条件下的负荷情况。污染负荷的分析指标为COD、NH3N与TP。

4 入江污染负荷估算

4.1 自然背景负荷

以富春江电站实测下泄流量与严东关的水质监测资料为依据,测算了富春江电站以上流域2007,2008年输入钱塘江河口的污染物负荷。富春江电站2007,2008年CODMn、NH3N与TP的平均浓度分别为2.31,0.27,0.15 mg/L与2.18,0.29,0.10 mg/L,污染负荷测算结果见表1。

表1 2007,2008年富春江电站下泄钱塘江河口的污染负荷表

从表1可知,因CODMn、NH3N浓度2007年与2008年基本接近,负荷量主要与来水量有关,故2008年来水较丰,污染负荷也较大。2008年TP浓度比较2007年降低了33%,故负荷总量反而略有下降。另,年负荷呈现明显的季节性特点,2007年3—6月、9—10为2个峰值,2008年峰值集中在6—8月份。

4.2 面源污染负荷

如前文,钱塘江河口富春江电站以下的面源污染负荷分5个区域进行测算,2007,2008年各分区CODMn、NH3N与TP的平均浓度见表2,污染负荷估算结果见表3,2008年分区的面源污染贡献率见图2。

表2 2007,2008年分区CODMn、NH3N与TP的平均浓度表

图2 钱塘江河口面源污染分区贡献率图

表3 2007,2008年钱塘江河口面源污染合计表

从表2可知,钱塘江河口区上下游,支流及平原河网水质存在明显差异,总体表现为上游水质优于下游,支流水体水质优于平原河网水;杭嘉湖、萧绍宁河网水总体较差,NH3N、TP为Ⅴ～劣Ⅴ类。比较2 a的水质变化情况,2008年CODMn浓度明显高于2007年的监测结果,而NH3N、TP的浓度略优于2007年,同时因入河水量不同,年污染负荷量也存在一定的差异。从表3、图2可见,杭嘉湖、萧山宁平原排入钱塘江河口的水量合计占29%,而排入钱塘江河口的COD、NH3N与TP分别占44%、58%和51%,是N、P元素的主要贡献者。

面源污染主要受雨水冲刷进入河道,因此与全年的降雨分布密切相关。图3为杭嘉湖、萧绍宁平原2008年逐月的入江污染负荷柱状图。从图中可看出,污染负荷主要集中在降雨量较大的6月份。

图3 杭嘉湖、萧绍宁2008年逐月入江污染负荷图

4.3 点 源

与面源污染相比,点源污染的排放全年比较稳定,根据浙江省环境监测中心站提供的资料及笔者实地调查考证结果,钱塘江河口2007,2008年的点源污染情况见表4。从表4可知,钱塘江河口点源排放污水量2008年较2007年增长3.5亿m3,CODCr排放量有所增加,但因2008年排放浓度较2007年降低,故NH3N与TP的入江负荷反而略有减少。

表4 钱塘江河口点源污染负荷表

5 入江污染负荷合计

钱塘江河口背景污染负荷、点源与面源污染负荷合计见表5,各项来源所占比例见图4。

表5 钱塘江河口2007,2008年污染负荷合计表

图4 钱塘江河口2008年各项污染负荷组成比例图

从表5和图4可见,点源所占排放水量的比例最小(4%),但其所占的污染负荷比例较高,COD、NH3N与TP负荷分别占29%、40%与14%;面源污染排水量占36%,污染负荷分别占41%、42%和47%;富春江电站下泄水量最大(占60%),但污染负荷所占比例相对较小,分别为30%、17%和39%,是钱塘江河口干流维持较好水质的主要有利因素。

6 结 语

本文根据钱塘江河口的特点,提出钱塘江河口污染负荷由富春江电站下泄的背景负荷、河口区面源负荷与点源负荷3部分组成。根据3部分负荷的排入特点,提出了适宜的污染负荷计算方法,并计算了2007,2008年的CODMn、NH3N与TP的入江负荷量。分区面源污染负荷计算表明,杭嘉湖、萧绍宁平原河网水质较差,是主要的面源污染贡献者,贡献率分别达44%、58%和51%。总污染负荷分析表明,富春江电站下泄的水体量大,但携带的污染负荷相对较小,是钱塘江干流维持较好水质的主要有利因素;点源排放的污水量所占比例最小,但其所占污染负荷比例较高,面源污染也是主要的负荷贡献者。今后,随着钱塘江河口地区社会经济的进一步发展,点源排放量的增加是必然的,故加强河口地区的面源污染整治以不增加钱塘江河口的纳污总量,将是实现钱塘江河口水环境保护的重要途径之一。

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