红枫湖流域主要入湖污染物调查与分析评价

孟凡丽，肖劲松，王程程，商正松 ，王立志

(1.贵州省环境科学研究设计院，贵阳 550081;2.临沂大学，山东 临沂 276000;3.贵州省水污染控制与资源化技术研究重点实验室，贵阳 550081)

1 引 言

红枫湖于1966年建成蓄水，库容 6.01 亿 m3，流域面积1 596km2，蓄水面积 57.2km2，位于贵州中部清镇市、平坝县和安顺市西秀区境内。作为贵阳市重要水源地之一，红枫湖底泥[1～6]、营养状态[7～11]、水质状况[11～13]、污染物来源[14～21]等一直备受公众关注。红枫湖自20世纪90年代以来至2007年水污染迅速加重，水质日趋恶化，库区大多水域水质达不到水域功能区规定的水质类别[17-18]；2008年红枫湖开始综合治理，水质已由2007年的劣 Ⅴ类提升至2014年的总体Ⅲ类和局部Ⅱ 类[11,13]。红枫湖水质改善与其污染物来源的变化息息相关[1,15,17,19-20]，自水质改善后，影响其水体的污染物来源中外源污染以面源污染为主，外源的污染最终通过入湖支流进入湖区；内源则包括污泥和水体内污染物的释放。研究近年红枫湖流域主要入湖污染物、探求主要污染物来源及其贡献率，可为红枫湖污染源治理、水质的进一步改善以及环境管理提供技术支撑。

2 调查范围与方法

2.1 调查范围

本次调查范围为红枫湖整个流域，涉及贵阳市、贵安新区和黔南州3个行政区，包括贵阳市清镇市、安顺市平坝区、西秀区、黔南州长顺县和贵安新区(湖潮乡、马场镇、高峰镇)5个县级行政区，见图1。

2.2 调查方法

2.2.1 数据来源

红枫湖主要入湖污染来源有两类即：外源(入湖河流、滨湖农村生活、滨湖区域暴雨输入)和内源。(1)各降水情景∶(枯水年(P=20%)、平水年(P=50%)、丰水年(P=95%)入湖河流流量、暴雨资料主要通过查阅国内相关资料及文献[22]；(2)滨湖农村人口考虑红枫湖水域周边陆域100m范围，参考2016年观山湖区、清镇市统计年鉴和实地调查，2016年该区域共有人口7 870人；(3)内源数据来自2017年1月沉积物监测报告。2016年红枫湖流域河流等基础数据见表1。

图1 红枫湖流域范围图Fig.1 Map of Hongfeng Lake basin range

表1 红枫湖入湖河流等基本情况Tab.1 Basic situation of tributary of lake to Hongfeng Lake

2.2.2 排污系数取值

农村人口污染物排放参数参考第一次全国污染源普查城镇生活污染源排放系数手册资料和相关文献确定；内源扩散参数通过查阅国内相关资料(贵州省“九五”重点攻关项目《红枫湖、百花湖水环境污染防治研究》)及文献[23～25]，各参数见表2。

表2 各参数选用取值Tab.2 Selection of value for each parameter

2.2.3 计算方法

入湖支流入湖污染物采用入湖支流的流量和水质指标的年均质量浓度计算[26]。

污染负荷估算参照文献[27]采用输出系数法， 计算公式为：Lj=∑EijAi

式中: Lj为污 染 物j 在研究区中的总负荷[t/a ];

Eij为第i 种污染源的输出系数(g·p-1d-1或μg·cm-2·d-1) ;

Ai 为第i 种污染源的数量 (人或km2) ;j 为污染物类型; i 为流域中污染源类型。

3 结果与分析

3.1 流域内主要入湖污染物总量及贡献率

通过流域内入湖污染物估算，得出流域范围内各种情景下污染物入湖总量，见表3、表4和图2。

由表3、表4可知，在污染物入湖量方面，均是丰水年>多年平均>平水年>枯水年；在多年平均情景下，COD、氨氮、总磷、总氮的入湖量分别为17 551.4t/a、1 979 t/a、67 t/a和2 961.5 t/a。在各种情景下，入湖的各污染物总量大小顺序均为COD>总氮>氨氮>总磷。

由表4和图2可知，在多年平均降水情景下，红枫湖流域内各污染物滨湖居民生活排放贡献率最低，仅为0.02%～0.15%；COD入湖量除滨湖居民外，其他各类型污染源贡献率较为均匀，仅相差10.19%；总磷、总氮较为相似，均是内源贡献率大于主要支流贡献率，且均相差约5.2%，暴雨(坡面径流)贡献率低于最主要支流；氨氮主要入湖量主要来源于内源，其贡献率为94.21%，其次为暴雨(坡面径流)，再次为主要支流。

根据王雨春的研究成果:红枫湖的研究发现，其沉积物中的总磷含量高达 3 000mg/kg,并且主要以活性较高的铁结合态磷和有机磷等形式存在，红枫湖内大量的营养元素在沉积物-水界面处发生剧烈的生物地球化学反应，导致铁结合态磷以及有机磷等释放到孔隙水中，并且持续向上覆水释放[29]。徐洋等人的研究结果：红枫湖底泥在厌氧条件下沉积物孔隙水中磷酸盐浓度明显升高，而好氧条件下沉积物孔隙水磷酸盐浓度显著降低，反映厌氧条件显著促进了红枫湖沉积物磷释放[30]。

表3 红枫湖主要污染物入湖量Tab.3 The amount of main pollutants into Hongfeng Lake (t/a)

表4 红枫湖各类型污染源主要污染物入湖量(多年平均降水情景)Tab.4 The amount of main pollutants into the lake from various types of pollution sources in Hongfeng Lake (Annual average precipitation situation) (t/a)

图2 主要污染物各类型污染源入湖量贡献率(多年平均降水情景)Fig.2 The proportion of the main pollutant sources (Annual average precipitation situation)

3.2 流域内外源、内源污染物入湖量分析

由图3可知，各降水情景下，内源污染物入湖量大小顺序为：丰水年>多年平均>平水年>枯水年；在多年平均情景下，内源中COD、氨氮、总磷、总氮的入湖量分别为6 358.4t/a、1 864.4t/a、29.9t/a和1 436.4t/a。在各种情景下，入湖的污染物总量大小顺序均为COD>氨氮>总氮>总磷。

多年平均情景下，红枫湖流域各污染物内源与外源入湖量贡献率相比较，氨氮的比值最大，为16.3；其他3种污染物比值大小顺序为总氮>总磷>COD，其比值分别为0.9、0.8和0.6。由此可知，红枫湖流域内入湖主要污染物(COD、总氮、总磷)主要以外源为主，氨氮则以内源污染为主。

图3 红枫湖内源各降水情景下污染物入湖量Fig.3 The amount of internal pollutant into in Hongfeng Lake under different precipitation conditions

3.3 流域内主要支流污染物入湖量分析

在多年平均情景下，5条主要支流主要污染物入湖量贡献率情况见图4。由图4可知，在各污染物(COD、氨氮、总磷、总氮)入湖量所占比例均是羊昌河最大、麦包河最小，其贡献率范围分别为46.33%～76.6%和0.4%～0.6%，这与羊昌河、麦包河流量大小密切相关。COD入湖量方面，其他3条支流据其贡献率大小排序为：麻线河>桃花园河>后六河；氨氮、总磷入湖量方面，其他3条支流据贡献率大小排序为：后六河>麻线河>桃花园河；总氮入湖量方面，其他3条支流据其贡献率大小排序为：桃花园河>麻线河>后六河。

图4 红枫湖主要入湖河流污染物入湖量贡献率(多年平均降水情景)Fig.4 Contribution rate of pollutants from inflow lakes Hongfeng Lake (Annual average precipitation situation)

4 结论与讨论

4.1 不同降水情景下，主要污染物COD、氨氮、总磷、总氮入湖量总和均是丰水年>多年平均>平水年>枯水年；在各种降水情景下，入湖的各污染物总量大小顺序均为COD>总氮>氨氮>总磷。在多年平均降水情景下，流域范围内COD入湖量大小顺序为主要支流>内源>暴雨径流>滨湖居民，氨氮入湖量大小顺序为内源>暴雨径流>主要支流>滨湖居民，TP入湖量大小顺序为内源>主要支流>暴雨径流>滨湖居民，TN入湖量大小顺序为内源>主要支流>暴雨径流>滨湖居民；由上述研究可看出，红枫湖流域氨氮、总磷、总氮的最大来源均是内源，后续红枫湖水质改善的可倾向于内源治理。

4.2 在各种降水情景下，在各污染物(COD、氨氮、总磷、总氮)入湖量贡献率均是羊昌河最大、麦包河最小，其贡献率范围分别为46.33%～76.6%和0.4%～0.6%。在5条支流中，羊昌河流量最大，其流量大于其他4条支流之和，这使得在其水质较好的情况下其入湖污染物总量最大；而后六河的流量在5条河中仅大于麦包河，但其氨氮、总磷的入湖量仅小于羊昌河，说明其水体中氨氮、总磷的浓度高于其他支流，应作为红枫湖支流治理的重点对象。

4.3 在各种降水情景下，入湖的内源污染物总量大小顺序均为COD>氨氮>总氮>总磷；红枫湖流域各污染物内源与外源入湖量贡献率相比较，氨氮的比值最大，为16.3；其他3种污染物比值大小顺序为总氮>总磷>COD；在治理红枫湖水质氨氮污染物时，更应侧重于内源的治理。

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