乌伦古湖流域污染负荷估算

李慧菁，贾尔恒·阿哈提，程艳新疆环境保护科学研究院，新疆乌鲁木齐830011

乌伦古湖流域污染负荷估算

李慧菁，贾尔恒·阿哈提*，程艳
新疆环境保护科学研究院，新疆乌鲁木齐830011

根据2012年乌伦古湖流域污染源的调查结果，结合不同类型污染源的产污系数，采用排污系数法估算流域内点源、面源和内源的CODCr、氨氮、TN、TP的污染负荷，分析污染源的贡献率和分区排放特征。结果表明，乌伦古湖流域CODCr、氨氮、TN、TP等污染物的排放量分别为56 383.00、6 821.63、20 453.64和2 538.18 t/a；污染物主要来自面源，且以畜禽养殖、农田径流及水土流失污染为主，特别是畜禽养殖的CODCr和TP的贡献率均超过60%，今后应将畜禽养殖、农田径流及水土流失污染作为重点控制的污染源；污染物排放的主要区域在福海县，该县对流域污染负荷贡献率达45%以上，是污染防治的重点区域。

污染源；污染负荷；估算方法；乌伦古湖流域

李慧菁，贾尔恒·阿哈提，程艳.乌伦古湖流域污染负荷估算［J］.环境工程技术学报，2015，5（2）：121-128.

LI H J，JIAERHENG A，CHENG Y.Estimation of pollution load in Ulungur Lake Basin［J］.Journal of Environmental Engineering Technology，2015，5（2）：121-128.

乌伦古湖流域农牧业发达，是北疆地区重要的商品粮、畜产品生产基地之一［1］。随着人口的增长、城市规模的扩大和农牧业的迅速发展，乌伦古湖水质受到了不同程度的影响，加之乌伦古湖水循环缓慢［2］，在一定程度上导致了水质的恶化［3-6］。新疆维吾尔自治区人民政府高度重视良好湖泊生态保育试点工作，于2012年设立了新疆湖泊生态环境保护试点专项，首批启动了博斯腾湖、赛里木湖、喀纳斯湖和乌伦古湖4个湖泊的生态试点工作。识别流域主要污染源和重点污染控制区域［7］，是开展乌伦古湖流域生态环境保护工作的基础。

近年来，国内外对河流、湖泊流域污染负荷的研究大多集中于非点源污染负荷的研究［8-10］，对流域内各类污染源全面的研究分析比较缺乏。笔者在参考当前污染负荷估算方法相关研究成果的基础上，结合乌伦古湖流域污染源调查结果，采用排污系数法估算了流域内点源、面源和内源的污染负荷，将其作为新疆天山北坡经济带的污染负荷计算方法，以期为乌伦古湖流域污染物的总量控制与削减分配提供科学依据，为流域污染的综合管理提供技术支撑。

1　研究区概况

乌伦古湖位于新疆准噶尔盆地北部，阿勒泰地区的福海县境内，47°01＇N～47°25＇N，87°01＇E～87°34＇E，由布伦托海（又名大湖或大海子）和吉力湖（又名拷勒湖或小湖）组成，为我国西北内陆干旱地区典型的平原盆地断陷湖泊，也是我国十大淡水湖之一。水域总面积1 027.6 km2，其中布伦托海水面为858.9 km2，蓄水量为68.7亿m3；吉力湖水面为168.7 km2，蓄水量为16.7亿m3。两湖由7 km长的库依尔尕河连通。发源于阿尔泰山的乌伦古河为该湖主要补给水源。乌伦古河全长821 km，是一条内陆河流，流经青河县、富蕴县、福海县，最终汇入乌伦古湖。1988年建成的引额济海渠道工程，每年可从额尔齐斯河引1.85亿m3水注入布伦托海。乌伦古湖流域包含青河、富蕴、福海3个县级行政单位，涉及17个乡镇、2个农场和1个兵团，总面积2.68万km2，流域地理位置见图1。乌伦古湖是北疆唯一的沙漠湖泊，对干旱地区的气候调节起着至关重要的作用，为人类提供了大量的生物资源、饮用和灌溉水源、休闲旅游等多种服务功能，是多种鸟类和湿地动物的栖息地。

图1　乌伦古湖流域地理位置及入湖河流分布Fig.1Location map of Ulungur Lake basin and its main inflow rivers

2　数据来源及计算方法

2.1数据来源

以2012年为基准年，收集流域内3个县的社会经济、水质监测、生态环境等现状资料，包括《2013年阿勒泰地区统计年鉴》，《2013年福海县统计年鉴》，《新疆生态环境十年变化（2000—2010年）遥感调查与评估》，水质监测数据，阿勒泰地区环境统计、污染源普查数据，《福海县渔业发展基本情况》，《福海县旅游发展总体规划》，《富蕴县旅游业发展规划（2008—2020年）》，《新疆青河县三道海子旅游景区概念性总体规划》和相关文献的试验数据。

2.2计算方法

乌伦古湖流域包括点源、面源及内源污染3类污染源。点源污染主要包括工业、城镇生活以及规模化养殖等污染；面源污染主要包括农村生活、分散畜禽养殖、农田径流、水土流失、旅游、湖面干湿沉降等污染［11-12］；内源污染主要是湖泊水产养殖污染。分别估算流域内各类污染源中CODCr、氨氮、TN、TP的污染负荷。

工业污染源。根据流域内工业、企业污染源现状调查，整理分析阿勒泰地区环境统计、污染源普查数据得到。

城镇生活和农村生活污染源。包括污水污染物产生量和垃圾污染物产生量。

污水污染物产生量Gp=3 650×N×Fp式中：Gp为生活源水污染物年产生量，kg/a；N为人口，万人；Fp为生活源水污染物产生系数，g/（d·人）。垃圾污染物产生量Wp=0.365×N×Fw

式中：Wp为居民生活垃圾年产生量，104t/a；Fw为居民生活垃圾产生系数，kg/（人·d）。

畜禽养殖污染源。在养殖业方面，主要考虑畜禽排泄的粪尿及其他废弃物对水环境的影响。从乌伦古湖流域目前的情况来看，养殖业主要包括牛、马、羊、猪、骆驼等牲畜。畜禽养殖活动包括规模化养殖和分散养殖，其中规模化养殖占总养殖量的40%。根据统计年流域内三县的牲畜存栏量和草场面积比例，估算畜禽养殖量。通过畜禽量与产污系数相乘计算畜禽养殖污染物产生量［13］。计算公式：式中：Gb为畜禽年污染物排放量，t/a；n为养殖数量，头；t为饲养周期，d；Fi为个体粪尿排泄系数，kg/（d·头）；Ci为粪尿中污染物平均浓度，kg/t。

农田径流污染源。根据流域内农作物总播种面积和农田的污染源强系数估算。农田径流污染负荷=农田面积×标准农田源强系数。

水土流失污染源。根据水土流失面积和土壤中总氮、总磷浓度进行估算。水土流失污染负荷=水土流失面积×土壤中污染物浓度×流失率。

湖面干湿沉降污染源。污染物可通过降水、降尘和湍流直接进入水体。大气降尘带来的营养物多为溶解态，易被生物吸收，因此水面降尘的污染负荷也是乌伦古湖的污染源之一。大气沉降中氮、磷污染负荷W=P×A×10-3。式中：W为湖面年降水（或降尘）污染负荷，t/a；P为单位面积氮、磷负荷量，kg/（km2·a）；A为湖面面积，km2。

旅游污染源。统计流域内旅游人数，计算游客实际用水总量，排放量按用水量的80%计算。首先计算2012年末3个县所需床位数。住宿需求的测算公式：E=（N×η×L/T×K）×R。其中：E为总住宿床位数；N为年游客量；η为游客过夜率；L为平均住宿天数；T为年可游天数；K为床位平均利用率；R为调整系数，为满足高峰需求而根据实际情况做的小幅调整。其次，2012年确定过夜游客的平均游览时间为1.5 d，平均住宿天数取1.2 d，全年游览天数以6个月（180 d）计算，床位平均利用率为70%，调整系数取1.3。再次，计算游客和宾馆的用水量。采用宾馆床位综合用水指标法，即旅游散客（不住宿的游客）、宾馆等旅游设施及旅游服务人员的用水均摊在宾馆的每个床位的用水量上，2012年宾馆的床位综合用水指标为350 L/（床·d），按照年接待天数180 d计算。

坑塘养殖污染源。福海县作为北疆最大的渔业生产县，拥有丰富的水域资源和鱼类资源。县境内有水产养殖水库、池塘128口，主要分布在一农场、乌伦古湖东部沿线、中线干渠及阿克达拉，总面积达9 600万m2，主要包括“两库”（福海水库、哈拉霍英水库，养殖面积2 866万m2）、坑塘35口（养殖面积5 867万m2）、养殖秋片鱼种的人工池塘91口（面积867万m2）。境内自然坑塘主要由渔业养殖户承包经营，引流乌伦古河和乌伦古湖蓄水进行渔业养殖。各类渔业养殖方式的平均排水量为：人工秋片鱼养殖2.25 t/m2、人工坑塘养殖0.26 t/m2、自然坑塘养殖0.015 t/m2、水库养殖0.015 t/m2。各类渔业养殖污染物排放量=平均排水量×水中污染物浓度。

湖泊水产养殖污染源。乌伦古湖流域内湖泊水产养殖集中在乌伦古湖。目前鱼类资源主要包括白斑狗鱼、河鲈（五道黑）、梭鲈（十道黑）、东方欧鳊、贝加尔雅罗鱼、青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼和池沼公鱼十大类，其中尤以四大家鱼和池沼公鱼数量居多，河鲈和梭鲈较少。根据《2013年福海县统计年鉴》和《福海县渔业发展基本情况》可知，2012年水产品产量为5 362 t，年均增加量为720.7 t，以及主要鱼类所占比例（白斑狗鱼3.75%；河鲈0.7%；梭鲈1.1%；东方欧鳊4.7%；贝加尔雅罗鱼0%；青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼和池沼公鱼各占17.95%）。按照《第一次全国污染源普查水产养殖业污染源产排污系数手册》规定计算湖泊水产养殖内源污染物排放量：污染物排放量=排污系数×养殖增产量。

2.3产污系数

2.3.1农村与城镇生活污染源产污系数

农村与城镇生活污染源产污系数见表1。其中，城镇生活污水排放量和污水污染物产污系数根据《生活源产排污系数及使用说明》确定；农村居民生活污水排放量和污水污染物产污系数参考《江西省饮用水水源地环境保护规划》确定；农村与城镇生活垃圾产污系数根据《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》确定；垃圾中污染物产污系数参考相关文献确定。生活污水排放量数据和污水污染物产污系数见文献［14-15］，生活垃圾产生系数和垃圾中污染物产污系数见文献［16-17］。

表1　农村与城镇生活污染源产污系数Table 1Excretion coefficient of rural and urban life

2.3.2畜禽养殖产污系数

畜禽污染物产污系数参考相关文献［15］确定，粪尿产污系数见表2。

表2　畜禽粪尿产污系数Table 2Excretion coefficient of livestock manure

2.3.3农田径流产污系数

标准农田［15］指的是平原，种植作物为小麦，土壤类型为壤土，化肥施用量为0.037～0.052 kg/（m2·a），降水量为400～800 mm的农田；标准农田源强系数为CODCr0.015 kg/（m2·a），氨氮0.003 kg/（m2·a），总氮0.005 kg/（m2·a），总磷0.001 kg/（m2·a）。乌伦古湖流域的农业种植结构以小麦、旱地为主，流域内耕地单位面积化肥的使用量［18］为0.038 kg/（m2·a），基本达到全国化肥农田氮肥推荐的安全施用量（0.037 kg/（m2·a）），源强系数采用标准农田源强系数。

2.3.4水土流失产污系数

乌伦古湖流域水土流失程度达中度及其以上的流失量为1 632.95万t［19］。其中，单位质量的土壤中总氮所占比例为0.079%，总磷浓度为6 mg/kg，土壤中氮磷流失率以0.5计［18］。

2.3.5大气沉降产污系数［18］

乌伦古湖流域耕地较多，农田化肥施用量较高，植被遭到一定破坏，降水年际变化比较大，夏季多、春秋少，属于干旱区，空气相对湿度小，年降雨量仅为400～800 mm。因此，大气沉降强度TN为510 kg/（km2·a），TP为12 kg/（km2·a）。由此计算得到大气沉降的污染负荷。

2.3.6旅游污染源产污系数［18］

乌伦古湖流域内景区的生活污水水质按CODCr为400.0 mg/L、氨氮浓度为30.0 mg/L、TN浓度为50.0 mg/L、TP浓度为9.0 mg/L估算旅游污染物产生量。

2.3.7湖泊水产养殖污染负荷

根据《第一次全国污染源普查水产养殖业污染源产排污系数手册》确定不同鱼种的产污系数，结果见表3。

表3　不同鱼种产污系数Table 3Excretion coefficient of different fish speciesg/kg

3　结果与分析

3.1各类污染负荷及污染源的贡献率

通过计算流域内点源、面源和内源的污染负荷，得出乌伦古湖流域各类污染负荷排放结果（表4），不同类型污染负荷排放比例见表5。

由表4和表5可见，乌伦古湖流域污染负荷CODCr、氨氮、TN、TP排放量分别为56 383.00、6 821.63、20 453.64和2 538.18 t/a。分析污染负荷排放现状可知，乌伦古湖流域各类污染物负荷的排放量的70%以上来自面源。其中，CODCr主要来自分散畜禽养殖、农田径流和规模化畜禽养殖，三者占CODCr总排放量的91.15%，氨氮主要来自农田径流、分散畜禽养殖和规模化畜禽养殖，占总排放量的94.14%；TN主要来自农田径流、水土流失、分散畜禽养殖和规模化畜禽养殖等；TP主要来自分散及规模化畜禽养殖和农田径流。在其他的排放源中，坑塘养殖、城镇生活污水、农村生活污水等污染源排放的CODCr、TN、TP氨氮等污染负荷量相对较大。综上所述，乌伦古湖流域污染主要由面源污染所致。从污染源类型来看，畜禽养殖、农田径流及水土流失污染是乌伦古湖流域污染的主要来源，需要重点控制。畜禽养殖污染贡献率最大，其中，CODCr、TP的贡献率超过60%，主要由分散养殖畜禽粪尿的随意排放以及规模化养殖场的畜禽粪尿不经过无害化处理而直接随意排放所致。这与流域内的生产方式和生态环境密切相关［20］，计算结果基本反映了乌伦古湖流域污染排放的实际状况。

表4　2012年乌伦古湖流域污染负荷计算结果Table 4Calculation of pollution load of the Ulungur Lake basin in 2012t/a

表5　乌伦古湖流域不同类型污染负荷所占比例Table 5Load percentage of various pollution in the Ulungur Lake basin%

3.2污染源分区排放特征

根据乌伦古湖流域内的污染源分布与入湖河流的位置，结合所辖县域的行政边界，将流域污染源划分为6个区（图2），分别是Ⅰ-青河区；Ⅱ-富蕴区；Ⅲ-福海1区、Ⅲ-福海2区、Ⅲ-福海3区、Ⅲ-福海4区。各区污染负荷所占比例见图3。

图2　乌伦古湖流域入湖污染源分布Fig.2Distribution of inflow pollution in Ulungur Lake basin

图3　乌伦古湖流域不同区域污染负荷所占比例Fig.3Different regions of the pollution load proportion in Ulungur Lake basin

从来源分布来看，乌伦古湖流域约有45%～50%的污染物主要在福海县境内产生，说明污染物排放的主要区域在福海县，且集中在人类活动较剧烈的福海4区及距离湖泊较近的福海2区、福海3区优先开展面源污染防治能起到更好的污染负荷削减效果。

通过分析污染负荷的排放特征，可知乌伦古湖流域经济发展和环境污染的矛盾依然尖锐，湖泊流域生态环境的压力依然巨大。分析原因，主要基于以下几个方面：从乌伦古湖流域产业结构看经济发展方式粗放，第一产业比重较大，且以种植业和畜牧业为主，水资源利用矛盾加剧，乌伦古河出现断流［21］，局部水土流失；流域内长期超载放牧，导致乌伦古河沿岸、环湖周边大量天然林草退化，致使湖泊流域生态屏障受损；随着乌伦古湖流域畜禽养殖规模和耕地数量的不断增加，相应的畜禽废物排放量和农业污染负荷必将持续增大，也必将导致入湖污染物的不断增加；流域内农业径流、畜禽养殖污染的防治程度均不高，治理水平较低，大多数小型规模的养殖场没有科学合理的处理手段，畜禽粪尿不经过无害化处理而直接随意排放；分散养殖的畜禽粪尿不容易收集，利用率更低。有机物和氮素营养污染负荷高，湖泊长期处于中营养水平。

因此，畜禽养殖、农田径流及水土流失污染成为乌伦古湖流域污染控制的重点。污染防治应从2个方面着手：1）从污染物来源上控制，一控畜禽养殖污染，调整养殖结构，积极推进适度规模的养殖场和养殖小区建设，逐步取缔分散养殖，推广畜禽养殖业粪便综合利用和处理技术，鼓励建设养殖业和种植业紧密结合的生态工程，积极发展农村沼气、有机肥制造，使畜禽粪便减量化、无害化和资源化；二控农田径流污染，积极引导和鼓励农民使用测土配方施肥和精准农业等技术来降低化肥施用量，推广使用生物农药或高效、低毒、低残留农药，采取灌排分离等措施控制农田氮磷流失；三控水土流失，如优化流域产业结构，减少高耗水农业生产比例，发展有机生态农业、休闲观光农业，加大植树造林力度。2）降低污染物迁移转化过程对湖泊造成的污染，增强对面源污染物的拦截净化功能。对入湖河流沿线保护区以及环湖周边保护区，实施退化草地以及湖滨带修复工程，增加河水入湖前拦蓄泥沙、过滤污水的净化功能，大大降低氮磷等营养物质进入水体。

4　结论与讨论

（1）给出了乌伦古湖流域各类污染源的产污系数，采用排污系数法计算了污染负荷排放量，该方法和污染源的产污系数可为新疆天山北坡经济带河流、湖泊流域的污染负荷估算提供参考。

（2）乌伦古湖流域CODCr、氨氮、TN、TP的排放量分别为56 383.00、6 821.63、20 453.64和2 538.18 t/a。从污染源类型来看，乌伦古湖流域各类污染物负荷的70%以上来自面源，主要是畜禽养殖、农田径流及水土流失污染。从来源分布来看，约有45%～50%的污染物主要在福海县境内产生，说明福海县是污染物排放的主要区域，需要重点防治。

（3）造成流域污染负荷增加的主要原因包括2个方面：1）流域内以种植业和畜牧业为主，相应的农田径流污染和畜禽废物排放量较大，且污染物治理水平较低，畜禽粪尿大部分未经无害化处理而直接随意排放；2）流域内长期存在超载放牧，且水资源利用矛盾不断加剧，乌伦古河中下游经常发生断流，水土流失加剧，湖滨带对污染物的拦截净化功能降低。污染防治可以从2个方面着手：1）调整养殖结构，推广畜禽养殖业粪便综合利用和处理技术，使畜禽粪便减量化、无害化和资源化；采用测土施肥和精准农业等技术来降低化肥施用量，控制农田氮磷流失；优化流域产业结构，减少高耗水农业生产比例，保持入湖水量，遏制土地沙化，降低水土流失。2）对入湖河流沿线保护区以及环湖周边保护区，开展流域退化草地以及湖滨带修复工程，降低氮磷等营养物进入水体。

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Estimation of Pollution Load in Ulungur Lake Basin

LI Hui-jing，JIAERHENG Ahati，CHENG Yan
Xinjiang Academy of Environmental Protection Science，Urumqi 830011，China

According to 2012 pollution sources survey results in Ulungur Lake basin，in combination of pollution generation coefficients of different types of polluting sources，and using the discharge coefficient method，the pollution loads of chemical oxygen demand（CODCr），ammonia nitrogen，TN and TP of point sources，non-point sources and endogenous sources were estimated，and the contribution rates and the partition discharge characteristics of the polluting sources analyzed.Results show that the discharge of CODCr，ammonia nitrogen，TN and TP was 56 383.00 t/a，6 821.63 t/a，20 453.64 t/a and 2 538.18 t/a，respectively.In Ulungur Lake basin，the pollutants mainly came from non-point sources，with soil erosion，agricultural runoff and livestock and poultry breeding being the major sources.The contribution rates of CODCr，TP from livestock and poultry breeding were both over 60%.From now on，soil erosion，agricultural runoff and livestock farming industry should become key elements to control pollution.The main area of pollutant discharge was Fuhai County，which contribution rate was more than 45%，and thus the county was the key area of pollution prevention.

pollution source；pollution load；assessment methods；Ulungur Lake basin

X821

1674-991X（2015）02-0121-08doi：10.3969/j.issn.1674-991X.2015.02.018

2014-12-02

乌伦古湖生态环境保护试点实施方案

李慧菁（1986—），女，工程师，硕士，研究方向为环境水力学，xjlhjing@163.com

贾尔恒·阿哈提（1962—），男，高级工程师，主要从事水环境管理工作，jiaerheng@vip.sohu.com