三峡库区梁滩河流域水质污染状况研究

郑学琴，李 杨，吴林键，朱 笛，李 怡

（1.重庆交通大学河海学院，重庆400074；2.重庆医科大学儿科学院，重庆401331）

梁滩河作为三峡库区内的一条重要次级河流，也是嘉陵江流域的一级支流，在重庆市17条次级河流中具有显著的代表性［1］。截止至2011年10月，在重庆市环保局所发布的主城区内14条综合整治次级河流水质情况中，梁滩河流域九龙坡区段和沙坪坝区段水质仍为劣V类，未达到标准［2－3］。本文主要致力于研究梁滩河流域上、中游水质污染状况，为改善流域范围内的水环境质量提供参考。

1 研究区概况

梁滩河（图1a）是重庆市主城区境内嘉陵江下游右岸的一条主要支流，基本呈南北走向。梁滩河干流长约88km，流域面积约510.1km2。流域内共55条支流，如图1b所示，其中最大的1条支流为虎溪河，该河流全长约30km，流域面积约165 km2。梁滩河干流源头起始于九龙坡白市驿廖家沟水库，流经九龙坡、沙坪坝、北碚3个区的15个村镇，最终于北碚区歇马镇毛背坨汇入嘉陵江［4］。

主要以梁滩河流域上、中游区域作为研究对象，如图2所示，研究区内主要包含梁滩河干流（后简称干流）和梁滩河最大的支流——虎溪河（后简称支流）。干流发源于重庆市九龙坡区白市驿镇廖家沟水库，支流发源于九龙坡区走马镇，支流于重庆市沙坪坝区土主镇四塘汇入干流之中［5］。从梁滩河源头至研究区域末端（土主镇四塘），全程距离约68km，流域面积约283km2。梁滩河勘测调查资料显示［1，6］，研究区干流沿岸的工业企业分布较为密集，工业污水及城镇生活污水为梁滩河流域的主要污染因素。而支流沿岸工业企业较少，污染源主要为生活污水及畜禽养殖代谢产物。

图1 梁滩河流域

图2 梁滩河流域上、中游区域

2 外源对研究区河水水质的影响

据李茂田等人［7］研究表明，长江流域水质污染物通量［8］存在季节性的变化特征。长江流域于夏季洪水期污染物通量全年最大。梁滩河作为嘉陵江的一级支流，隶属于长江水系，其水文特征应与长江流域类似，在夏季河流的污染物通量也应为全年最大。

按照GB3838－2002《地表水环境质量标准》［9］，李科等人［5］于2010年夏季对该区域内的12个采样点（干流6个，支流5个，河流汇流处1个）进行采样分析，测试了各采样点处的pH值，平均流量、DO含量，笔者将数据整理后得到流量、DO含量沿程变化规律，如图3、图4所示。

图3 干流／支流流量沿程变化

图4 干流／支流DO沿程变化

据图1b、图3，由于梁滩河流域沿程支流汇入主干道，故干流和支流的流量沿程增加，其中干流流量变化近乎呈线性增加。由图4可得，干流中DO含量沿程呈减小趋势，而支流则沿程增加。从源头至距源头约20km处，干、支流中DO含量变化较为明显，之后其值变化趋于均匀。但总体上支流中DO含量较干流要高。

在距源头约20～35km范围内，支流DO变化波动不大且含量较高，流量增加较为迅速，而河流的自净能力与流量、DO含量、河流弯曲程度等因素密切相关［10］。综上分析，研究区支流河流自净能力较干流相对较强，也表明干流水质污染程度较支流严重。

2.1 水质污染物等标污染负荷研究

李科等人［5］也测试了各采样点处的河流水质污染物浓度，包括CODCr，TP，TN，NH3－N，重金属（Pb、Cr等离子）5项指标，每种样品均采用双平行样进行，控制误差小于10%。李科等人［5］认为，水质污染物浓度并不能够完全反映出河流各个断面的污染物总量，应采用污染物通量来对水环境中污染物总量进行评判。等标污染负荷［5，8］是污染物通量的细化指标，是将各项水质污染物总量除以该污染物所排放的标准值，使各项污染物在同一尺度上进行互相比较，从而更加方便的找出主、次要污染物。应用式1计算得到干流／支流各测点5项水质污染物的等标污染负荷，其结果如图5、图6所示。

式中：pik——第i处采样点第k项污染物等标污染负荷；

qik——第i处采样点的第k项污染物总量；

c0k——该采样点第k项污染物排放标准值。

图5 干流各污染物等标污染负荷沿程变化

图6 支流各污染物等标污染负荷及合计值沿程变化

由图5可得，干流从源头处至距源头约10km区段为干流1区段（全长约10km，后简称G1区段），G1区段污染负荷较小且变化不大；从距源头约10km至距离源头35km的区段为干流2区段（全长约25km，后简称G2区段），G2区段污染负荷均沿程增加；距源头约35km以后区段为干流3区段（全长约30km，后简称G3区段），G3区段内NH3－N，TP含量持续增加，TN变化趋于稳定，CODCr，重金属含量相对有所降低。同时，从图式中明显可得，干流中TN的含量最高，为主要污染物，其余依次为NH3－N，TP，CODCr和重金属。

由图6可知，支流中重金属污染负荷沿程几乎不变，含量很小可忽略不计。从支流源头处至距源头约18km的区段为支流1区段（全长约18km，后简称Z1区段），Z1区段污染负荷均较低且各污染物的含量沿程变化大致相等；距支流源头约18km之后区段为支流2区段（全长约35km，后简称Z2区段），Z2区段中其余4项污染物的污染负荷变化较大，近乎呈线性增加。支流中TN含量依旧最高，其余依次为TP，CODCr，NH3－N。

综合以上分析表明，研究区流域水质污染应主要包括N，P元素及有机物（CODCr）污染，重金属污染较轻，可忽略不计。

2.2 污染源头分析

林墨等人［11］认为造成梁滩河流域河水水质污染的直接原因是大量未经处理的生活污水，工、农业废水直接排入河道中。吴林键［4］在对造成梁滩河污染的众多因素研究中表明，梁滩河流域水质污染的外源主要包括工业点源污染，农业非点源污染，城镇化带来的集中生活污水3个方面。

经分析表明，梁滩河水环境中N，P元素污染最严重，其次是有机质含量，重金属污染可忽略。而河水中N，P元素主要是来自于沿河畜禽养殖代谢产物对水体造成的污染［12］，而农业用地所形成的非点源污染，化学农药、化肥的使用及城镇集中生活污水的直排也是其中的影响因素［4，13］。杜利琼等人［13］研究表明，梁滩河中游土主镇畜牧业所产生的CODCr排放量约为3.5×104～8.5×104t／a。表明有机质污染（如CODCr，BOD5等）也主要来自于沿河畜禽养殖代谢产物形成的非点状污染源。而吴林键［4］、杜利琼等人［13］的研究成果表明，梁滩河流域工业点状污染源、城镇化带来的集中生活污水所产生的CODCr含量与沿河畜禽养殖代谢产物中的CODCr含量相比较少，几乎可忽略不计。

为更直观对干流和支流各断面污染物通量进行分析，进而找出研究区内的主要污染地区。如图5、图6中，将各污染物的等标污染负荷值在各测量点处求和［5］，得到污染负荷合计值曲线。

从图中可得，干流中G1区段污染负荷合计值基本无变化，说明位于干流源头的水质污染小，据陈维灯等人［14］于2011年夏季对梁滩河的走访调查显示，梁滩河源头处的水质已达到Ⅲ类饮用水标准。G2区段污染负荷合计值明显增加，该区段城镇规模较大，人口分布较为密集，工业企业的数量相对较多，尤其在夏季，河道底泥上浮，生活污水排放量增加，农业径流加大等污染负荷增加，构成对流域范围内的点源、线源、面源污染为一体的复合型输出［4－5］。G3区段污染负荷逐渐降低，表明污染物得到一定的降解。

支流中，Z1区段污染负荷合计值较小且波动不大，同样表明支流源头附近水质良好。Z2区段污染负荷合计值近乎线性增加，由于Z2区段内城镇规模较Z1区段大，且工业企业的数量有所增加，更易形成工业点状污染源［4，5，13］。

综上分析可知，干流的污染源主要位于距河流源头约10～35km的G2区段；支流则主要位于距河流源头约18km之后的Z2区段。但总体而言，干流污染负荷总量较支流大，其平均值超过支流的6倍，结合河流自净能力的分析结果表明，梁滩河流域干流水质污染较支流严重，应重点针对干流污染源制定相应的改善措施。

3 内源对研究区河水水质的影响

除外源对流域河水造成污染外，内源也是一个重要的污染因素。底泥作为河流营养物中重要的内源负荷，在一定条件下，位于底泥中的污染物将重新进入河水中，形成二次污染源，其污染状况对河流的富营养化程度有重要的影响［15］。

周安兴等人［15］在研究区干流上白市驿镇天赐温泉（距源头约21km，后简称断面1）、西永镇童善桥村（距源头约35km，后简称断面2）以及土主镇（距源头约64km，后简称断面3）3处地方确定了采样断面，测定了3处断面中河流底泥、底泥间隙水及上覆水的理化指标，其中上覆水即指梁滩河河水。

据周安兴等人［15］所测数据表明，断面1和断面2底泥含水率较高，具有较大的不稳定性；而断面3处底泥含水率相对较低，说明其受扰动少而较稳定。同时，梁滩河底泥中TN污染较为严重，N元素含量高是梁滩河流域底泥中的一项显著特征。而底泥中的有机质含量（如CODCr），TP含量则属于轻度内源负荷。

底泥间隙水是底泥与上覆水体之间进行物质交换的重要介质［16］。周安兴等人［15］对3处采样断面底泥间隙水及上覆水中的TN，TP及CODCr3项指标进行了测量，其沿程变化如图7、图8、图9所示。

图7 上覆水／底泥间隙水TN含量沿程分布

图8 上覆水／底泥间隙水TP含量沿程分布

图9 上覆水／底泥间隙水CODCr含量沿程分布

从图7～9中可看出，上覆水与底泥间隙水中的污染物之间存在一定的浓度差，这表明底泥污染物与上覆水之间存在“源汇”关系［15］。当底泥间隙水污染物浓度大于上覆水时，污染物具有向上覆水释放的趋势，此时底泥污染物表现为水体的“源”；当间隙水中污染物浓度小于上覆水时，则污染物会由上覆水进入底泥间隙水中，此时底泥污染物主要表现为“汇”的作用。

据数据显示，梁滩河上覆水中TN质量浓度平均值约24mg／L，TP质量浓度平均值约3.05mg／L，CODCr质量浓度平均值125mg／L；底泥间隙水中TN质量浓度平均值约26mg／L，TP质量浓度平均值约1.83mg／L，CODCr质量浓度平均值133mg／L［15］。据GB 3838－2002《地表水环境质量标准》［9］，水体中的TN质量浓度已远大于2mg／L，TP的质量浓度已远大于0.4mg／L，CODCr的质量浓度已远超过40mg／L，以上3项指标综合表明梁滩河干流沿程N，P元素及有机质污染非常严重，与外源对研究区河水水质污染研究得到的结论一致。

如图7所示，3处断面上覆水中TN含量变化波动较小，底泥间隙水TN值呈先增后减的变化趋势。图8中各断面底泥间隙水中TP含量变化波动较小，上覆水中TP值呈先增后减的变化特征。图9中上覆水CODCr含量沿程先增后减，底泥间隙水CODCr含量则先减后增。断面1、断面3处上覆水中TN含量大于间隙水，表明上覆水体中N元素将会扩散到底泥中；断面2处底泥间隙水中的TN含量约为上覆水的1.72倍，说明在断面2处底泥中N元素将释放到上覆水中，底泥表现为N元素污染物的内源。3处断面上覆水中TP含量均高于底泥间隙水，表明上覆水中TP将会向底泥间隙水中迁移，这在一定程度上能够降低流域水环境中TP的浓度。通过图9中对比上覆水与底泥间隙水中CODCr的含量，可发现在断面1和断面3处上覆水中CODCr含量小于底泥间隙水，表明底泥中CODCr可释放到上覆水体中；而断面2处上覆水中CODCr含量大于底泥间隙水，表明上覆水中CODCr将会向底泥间隙水中扩散。

综上所述，对比干流上覆水与底泥间隙水中污染物的浓度，可发现上覆水体中污染物浓度既有高于底泥间隙水，也有低于底泥间隙水。表明梁滩河流域干流底泥与其上覆水体之间存在复杂的“源汇”关系。

4 结论

通过对梁滩河流域上、中游区域外源和内源对河水水质的污染分析表明，在该研究区内N，P元素污染最为严重，其次为有机质（如CODCr）污染，重金属污染较轻。工业点源、农业非点源以及集中生活污水是造成梁滩河流域河水水质污染的3大主要外源；底泥是流域的重要内源负荷，与上覆水体之间存在复杂的“源汇”关系。从污染因子的影响程度上看，外源对河水水质的污染程度大于内源对上覆水水质的污染。在外源污染中，研究区干流水质污染程度较支流严重，干流的污染源主要位于距河流源头约10～35km的G2区段；支流则主要位于距支流源头约18km之后的Z2区段。

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