南湾水库水源地保护区污染源调查评价

任 彧，田洁玫，陈 杰，王海洋

(1.郑州大学公共管理学院，河南郑州 450001;2.郑州大学水利与环境学院，河南郑州 450001)

饮用水安全直接关系到人民群众生命健康和社会和谐稳定大局，是全面建设小康社会的重要支撑条件[1]。自2006年水利部先后核准公布三批全国重要饮用水水源地名录以来，关于水源地污染源的研究日益增多。代堂刚[2]根据云南省污染物排放系数，计算了渔洞水库总氮(TN)、总磷(TP)及氨氮排放总量；徐文[3]通过调查沙河水库的主要污染源探讨了水源地污染防治措施；陈伟[4]采用等标污染负荷法确定了张家口市点源污染的主要污染源、污染行业及污染区域；廖振良等[5]分别采用异标、等标污染负荷法，对黄浦江上游保护区、中上游地区进入水体的点污染源进行评价。目前关于南湾水库水源地的研究多从水质及富营养化状况[6-10]等方面展开，较少涉及影响水质的污染源调查评价。尤宾[11]将南湾水库上游3个乡镇作为研究对象，利用等标污染负荷法对其入河排污口进行评价，指出主要污染源为生活污染，主要污染物为CODCr与氨氮，并在此基础上提出了水质目标控制与排污总量控制及水源地保护对策。笔者对南湾水库饮用水水源保护区河南省境内7个乡镇进行污染调查研究，采用等标污染负荷法评价各类污染源，识别主要污染源及污染物，并在此基础上提出相应的防控对策，以期为南湾水库饮用水水源地建设、水污染治理及水环境保护提供科学依据。

1 研究区概况

南湾水库位于信阳市西南8 km的浉河干流上，横跨河南、湖北两省，涉及9个乡镇81个行政村或居委会，流域面积1.24×105hm2，主要水系有浉河支流、沙河支流、谭家河支流与五道河支流等。南湾水库饮用水水源地河南省境内保护区涉及7个乡镇，总面积9.59×104hm2，水源地供水人口48.2万人，年供水能力4×1010L。其地理位置及保护区范围见图1。

2 研究区污染物调查

2.1点源污染调查南湾水库水源地保护区的点源污染主要包括工业废水和生活污水污染，通常有固定的排污口集中排放。经调查，保护区点源排污包括工业排污、乡镇污水集中排污与规模化养猪厂集中排污。

2.1.1工业污染物排放量。研究区规模以上排污企业为2家位于董家河镇的猪鬃加工企业，其排污废水包括生产废水与生活污水。主要污染物排放量见表1。

2.1.2生活污染物排放量。研究区生活污水集中排放集镇有3个。主要污染物排放量见表2。

2.1.3规模化养猪点污染负荷量。研究区正常生产的规模化养猪场有341家，其中距离河道200 m以内有158家，主要分布在谭家河乡和李家寨镇。主要污染物排放量见表3。

2.2非点源污染调查非点源污染成分复杂、类型多样，主要包括土壤侵蚀和流失、农村生活污水、化肥农药污染、畜禽粪便、水体人工养殖、大气干湿沉降、底泥二次污染、旅游污染等[12-13]。由于研究区内无人工养殖，且底泥二次污染无相关资料，因此仅调查计算其余6种主要非点源污染物负荷量。

2.2.1水土流失导致的污染物负荷量。根据研究区表层土壤的氮、磷含量，流失土壤富集比取1.2，氮污染物进入水体率为10%，磷污染物进入水体率为5%，得到保护区由于水土流失而进入水库水体的氮、磷污染量，结果见表4。

2.2.2农村生活污染导致的污染物负荷量。依据研究区的社会经济状况，COD、TN、TP的排污系数[14-15]分别取9.25、3.15、0.22 g/(d·人)，计算出研究区农村生活污染源污染物排放量，其中，生活污水污染物进入水体率取50%，居民粪尿污染物进入水体率取7.5%，从而得出污染物流入水体总量，结果见表5。

图1 南湾水库饮用水水源地保护区位置及范围Fig.1 Location and range of Nanwan reservoir drinking water source reserve

表1 猪鬃加工企业主要污染物排放量

表2 生活污染主要污染物排放量

注：*河南省地方标准用水定额DB41T 385—2009

Note: Local standard water quota of Henan Province DB41T385-2009

表3 规模化养猪点主要污染物排放量

2.2.3降水污染导致的污染物负荷量。由降水带入水体的污染负荷可由水面模型计算，计算公式见式(1)：

Mi=P·F·K·Ci

(1)

表4 水土流失导致的污染物流失量

表5 农村生活污染物流入水体量

式中，Mi为污染物i的负荷量；P为流域内年均降水量(mm)；F为水库水面面积(km2)；K为换算系数(10-3)；Ci为降水中污染物i的浓度(g/m3)。

南湾水库年平均降水量为1 138.2 mm，降水污染物平均含量：COD 0.675 mg/L，TN 0.253 mg/L，TP 0.004 mg/L。根据水面模型计算得知，由降雨引起的COD污染负荷值为62.22 t/a，氮污染负荷值23.32 t/a，磷污染负荷值0.37 t/a。

2.2.4化肥污染导致的污染物负荷量。根据研究区农业化肥施用情况，结合地形地貌与水系特征，将氮、磷流失量分别定为施肥量的6%、2%，由此计算得出各乡镇化肥污染物流入水体量，结果见表6。

表6 化肥污染物流入水体量

2.2.5散养畜禽污染导致的污染物负荷量。参照《全国饮用水水源地环境保护规划》编制技术大纲以及文献[16]中的畜禽排泄系数以及粪便中污染物的平均含量，计算得出研究区散养畜禽污染物排放量，根据相应畜禽污染物的进入水体率，可以得出畜禽污染物流失量，结果见表7。

2.2.6规模化养猪(非点)污染导致的污染物负荷量。由于近50%的规模化养猪场距离河道较远，污染物不直接排入沟渠，属于非点污染源，且污染物的进入水体率远比散养畜禽粪便污染物的进入水体率高。根据文献[17]及实际调查，将粪中污染物COD、TN、TP的进入水体率取值29.55%、10.86%、1.70%，尿液中污染物的进入水体率取37.50%。研究区规模化养猪污染物流失量见表8。

2.2.7旅游污染造成的污染物负荷量。南湾水库的旅游包括2部分，一是大坝—旅游码头—库内旅游景点观光，据统计，多年4个季度平均旅游人次分别为3.70万、20.25万、21.25万、4.80万人，总计50万人；二是到沿库生态园、农家乐旅游休闲，实地调查统计这些地方接待的人次基本相当于南湾旅游公司接待的游客，故南湾水库年内平均接待100万人次。由于旅游活动带来的污染主要是游客产生的生活污水，且沿库旅店、餐馆大多临水而建，污水基本直接排放至水库，根据生活污染排污系数，按游客平均滞留1 d，旅游污染物的入库量为COD 70.25 t/a，TN 9.99 t/a，TP 1.84 t/a。

表7 散养畜禽污染物流失量

表8 规模化养猪污染物流失量

3 污染源综合评价

3.1评价方法采用等标污染负荷比法评价CODCr、TN、TP 3个指标。等标污染负荷是把污染物i的排放量稀释到相应排放标准时所需的介质量，是各污染源和各污染物的相对污染程度的度量[18]，计算方法见式(2)：

Pi=Ci/C0

(2)

式中，Pi为污染物i的等标排放量(×106m3/a);Ci为污染物i的流失量(t/a);C0为污染物按Ⅲ类地表水标准(GB 3838—2002)系列的阈浓度。CODCr浓度为20 mg/L，TN浓度为1 mg/L，TP浓度为0.2 mg/L。

第j个污染源有n个污染物，其源内的等标排放量为

(3)

某区域有m个污染源，则该地区多年污染排放量为

(4)

该区域第j个污染源的等标污染负荷比为

(5)

该区域污染物i的等标污染负荷比为

(6)

式中，Kj中最大值表示该区域内主要污染源；Ki中最大值表示该地区内的主要污染物。

3.2点源污染评价根据等标污染负荷比法计算出各类点源污染物入库量、等标污染负荷及负荷比，结果见表9。

由表9可知，研究区点源污染物主要为TN，等标污染负荷比为60.55%，TP次之，等标污染负荷比为27.16%。从污染来源角度分析，研究区点源污染物主要来自于距离河道沟渠200 m以内的158家养猪场，其等标污染负荷比为87.41%，故防控重点为养猪场的污染治理。

表9 各类点源污染物的等标污染负荷

3.3非点源污染评价各类非点源污染物的入库量、等标污染负荷及负荷比见表10。由表10可知，COD是研究区入库量最高的非点源污染物，但其等标污染负荷比最小，因此是主要非点源污染物；而TN污染物流失入库总量高，其等标污染负荷比达69.10%，说明TN是构成南湾水库水体污染的主要非点源污染物，主要来源为畜禽养殖、化肥污染及水土流失；非点源TP污染物的流失入库量最少，但其等标污染负荷达24.90%，表明TP是构成南湾水库水体污染的主要潜在威胁。

表10 各类非点源污染物的等标污染负荷

阮晓红[12]研究表明，COD的等标污染负荷最大，为NH3-N的6倍左右，这主要是由于COD本身排放量基数大，且其采用的标准为《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中的一级标准，COD限值仅为NH3-N限值的4倍，而地表水Ⅲ类标准中，COD限值为TN的20倍；尤宾[11]在等标负荷计算中就相对放大了COD的污染程度。综上，COD在并非是主要的点源污染物，在进行污染物的监控与防治中反而应加大TN和TP的治理力度。

从污染来源角度，畜禽养殖、化肥污染及水土流失污染物的等标污染负荷比分别为40.06%、24.78%、17.55%，累积达82.40%(表10)，故可确定研究区的主要污染源为畜禽养殖、化肥流失及水土流失，其中畜禽养殖为最大污染源。2001—2017年信阳市浉河区尤其是谭家河乡、浉河港乡、董家河镇及李家寨镇的散养畜禽户有所增加，规模化养殖厂迅猛发展，这是造成研究区主要污染源评价结果与文献[12]不一致的主要原因。

对比表9与表10可知，研究区点源污染和非点源污染的污染物流失入库量分别为824.24、2 017.71 t/a，分别占总入库量的29.00%、71.00%；等标污染负荷及负荷比分别为264.35×106、1 058.81×106t/a和19.98%、80.02%，这表明非点污染源是南湾水库饮用水水源地保护区的主要污染源。

3.4污染物空间分布特征由于降水污染源无法按行政区划统计，工业污染源仅分布于局部地区，且这2部分污染物的等标污染负荷比合计4.08%，污染影响较小，故按行政区划统计剩余各类污染源的污染物入库量、等标污染负荷及负荷比，结果见表11、12。

由表11可知，各乡镇污染物的流失入库量及等标污染负荷比从大到小依次为谭家河乡、李家寨镇、浉河港镇、董家河镇、柳林乡、十三里桥乡、南湾办事处，这主要是由于散养畜禽、规模化养殖大多分布在谭家河乡、董家河镇、浉河港镇及李家寨镇，且十三里桥、柳林乡及南湾办事处的土地面积仅占7个乡镇总面积的19.5%，总人口占35.2%，对应的水土流失污染、农村生活污染较轻，加之基本无点污染源分布，故其等标污染负荷较小。

4 讨论

(1)畜禽养殖是南湾水库水源地保护区内的主要支柱产业，但配套的污染处理设施较少，针对畜禽养殖污染，信阳市浉河区政府于2010年通过了《关于划定畜禽养殖禁养区的通知》(浉政〔2010〕58号)，划定了入库河流及环库周边的畜禽禁养区，同时还应制定保护区畜牧业发展规划，研发生态治污技术，提高畜禽养殖污水处理率，引领畜禽养殖场拆迁户发展茶产业。

表11 主要污染物的空间分布情况

表12 7个乡镇点源、非点源污染物等标污染负荷

(2)对于水土流失导致的污染，应建立特色生态保护区，对水源地保护区周边湿地、环库岸生态和植被进行修复和保护，同时合理规划土地利用类型，提高森林覆盖率，营造水源地良性生态系统，完善生态补偿机制。

(3)针对化肥污染，应大力推广“测土施肥”，根据土壤特性，调整肥料结构，采取“适氮、适磷、增钾”的施肥技术，并与有机肥搭配使用。

(4)农村生活污染虽然不是保护区主要污染源，但仍不可忽视，各乡镇应不断完善污水收集和处理系统，统筹安排建设乡镇污水集中处理设施及配套管网，提高区域内乡镇污水的收集率和处理率。

5 结论

(1)南湾水库水源地保护区的污染源以非点源为主，其污染物排放量为点源污染物排放量的近2.5倍。非点源污染中以畜禽养殖、化肥污染和水土流失污染物排放入库量最多，等标污染负荷最大；点源污染中以规模化养猪点污染物排放入库量最多，等标污染负荷最大。

(2)保护区内COD污染物入库量分别是TN、TP的2、28倍，其等标污染负荷仅为TN、TP的1/9、1/4，TN为保护区内的主要污染物，TP的相对污染程度最大。各类污染均主要分布在谭家河乡、李家寨镇、浉河港镇及董家河镇4个乡镇。

(3)针对污染源的特征及分布情况，建议保护区尤其在南湾水库上游谭家河乡、浉河港镇及董家河镇3个乡镇划定畜禽禁养区，提高污水处理率，推广测土施肥，建立特色生态保护区，完善乡镇污水收集与处理系统。

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