南淝河污染通量解析与治理

张 笛，田 鑫，吴 师

(1.安徽省合肥水文水资源局，安徽 合肥 230041； 2.安徽省水利水电勘测设计院，安徽 合肥 230088)

针对巢湖蓝藻水华暴发问题，根据巢湖流域国家生态文明示范区建设与落实“水十条”的治污需求，启动了“巢湖派河小流域水污染综合治理与湖体富营养化管控关键技术应用推广项目”(2017ZX07603)研究，研究污染物综合减排、水质目标管理决策和流域综合管理等关键技术问题，建立污染减排精准决策的业务平台，形成流域优化调控和综合管理的长效运行机制。

巢湖是长江下游重要水系和全国水污染重点防治的“三河三湖”之一，治理好巢湖，对推动长江大保护具有重要意义。2011年巢湖流域行政区划调整以来，按照“实施一批、准备一批、谋划一批”的总体要求,环巢湖生态保护修复一期、二期项目建成，三期、四期项目在建，五期、六期项目部分开工建设，累计投入200多亿元。与2011年相比，在流域经济总量翻了一番多、城镇人口增长近1倍的发展背景和巨大压力下，随着环巢湖生态保护修复工程扎实推进，2018年主要河湖水质不仅未恶化，反而总体持续好转，其中4条入湖重污染河道减少至1.5条，国控断面考核达标比例由27.3%提高至93.3%，蓝藻水华藻密度大大减小，出湖入江水质稳定保持Ⅱ类，生态环境部对巢湖考核分值由48分上升至80.2分，这说明巢湖水污染综合治理取得了阶段性明显进展，但成效仍不稳固，其中南淝河水质浓度仍居高不下。

作为受人类活动干扰强烈的大型浅水湖泊，巢湖具有重污染水体、半封闭水域、发展中流域的鲜明特征，其治理与保护是一项复杂的系统工程和长期的艰巨任务。近年来巢湖治理虽取得阶段性成效，但目前仍存在以下问题：一是受长江洪水顶托，流域洪水出路不畅，城乡饱受洪患威胁；二是河流多源自江淮分水岭，河道源短水少，天然基流匮乏；三是区域快速发展，城镇污染和流域面源污染叠加，入湖污染负荷居高不下；四是因防洪和蓄水形成的半封闭水域，环湖湿地消失、湖区流场减弱、自净能力下降，也更易诱发蓝藻水华暴发[1-4]。

南淝河是巢湖水系第二大支流，是合肥市的母亲河，具有排洪减灾和舟楫之利，随着城市扩大和人口增加，也逐步演变为城市纳污通道，目前是巢湖流域污染最重、水质最差的入湖河道。南淝河水系受天然径流变化和上游水库拦蓄影响，河道常年断流，其水质主要由污水处理厂排放尾水、老城区直排污水等所控制，近10多年来主要控制断面水质长期呈劣Ⅴ类[5]，其COD、氨氮、总氮、总磷的入湖量近年占入湖总量的40%左右。南淝河是巢湖流域治污的重点，也是治理的难点，需要进一步诊断病体、查出病因，以利对症下药、精准施策[6-10]。本文分析南淝河水系干、支流2017年和2018年逐月天然径流量，根据污水处理厂实测处理后的退水入河水量、主要污染物入河量，结合干、支流逐月水质监测数据，推算2017年和2018年南淝河干、支流逐月入巢湖污染通量，并进行污染通量解析,旨在为南淝河综合治理提供依据。

1 研究区概况

南淝河古称施水，发源于江淮分水岭南麓，主干河道全长70 km，流域面积1 464 km2，源头建有董铺、大房郢二大水库，流经蜀山区、庐阳区、瑶海区、新站区、高新区、包河区、肥东县和长丰县，域内常住人口约209.8万人，其中城镇人口152万人，农村人口57.8万人。南淝河水系呈扇形分布，沿途汇入的主要一级支流有8条，其中左岸有四里河、板桥河、史家河、二十埠河、店埠河、长乐河6条支流，右岸二里河、关镇河2条支流(表1)。南淝河上游及其支流上建成的董铺、大房郢2座大型水库，众兴、张桥、蔡塘3座中型水库，大官塘、龙头堰、梅冲、三十头、黑洼、老郭冲、程段7座小型水库[4]，总库容4.674 9亿m3。上述水库是合肥市供水水源，同时为周边农业灌溉和电厂等供水。

2 研究区污染通量解析

不同研究者[11-13]曾根据污染源调查和污染物入河系数概化，多次分析了南淝河污染物入河量，但由于缺乏河道径流数据，入河系数可靠性较差，其污染物入河量数据相差较大。

合肥市1980—2018年降水量、蒸发量[14]情况见表2。从表2可见，合肥市多年平均降水量 1 028.0 mm，蒸发量741.1 mm。2017年全市平均降水量1 014.4 mm，属平水年，较多年平均值减少0.62%；年蒸发量为691.8 mm，较多年平均值减少6.66%[15]。2018年全市平均降水量1 270.7 mm，属丰水年份，较多年平均值增加24.5%；年蒸发量为676.8 mm，较多年平均值减少8.68%[16]。

表1 南淝河及主要支流概况Table 1 General situation of NanfeiRiver and its major tributaries

表2 1980—2018年合肥市年降水量和蒸发量Table 2 Annual precipitations and evaporationsin Hefei from 1980 to 2018 mm

2.1 河道径流计算

逐月径流模拟[2,11-13]是分析干支流污染通量的重要基础。南淝河流域干支流上先后设有10个水文(位)站，由于受水库蓄水、水厂取水、巢湖顶托和跨流域调水、污水处理厂排水等的复合影响[6-7,14]，流量实测资料系列短、代表性差，不具备用直接法推算各河流天然径流量条件。依据2017年、2018年南淝河主要支流逐旬降水量、区域蒸发量及相关试验数据，再结合逐月蓄水、取水等观测资料，分析了南淝河水系各支流逐月径流过程，计算结果见表3，2017年、2018年南淝河入巢湖天然径流量分别为5.541 4亿m3、7.388 4亿m3。

表3 2017年和2018年南淝河与主要支流逐月径流量Table 3 Monthly runoff of Nanfeihe River and major tributaries in 2017 and 2018 万m3

表4 南淝河流域污水处理厂年污水量与主要污染物入河量Table 4 Annual sewage discharge in sewage treatment of Nanfeihe River Basin and major pollutants into rivers

合肥市主城区位于南淝河流域，南淝河及其支流已建的污水处理厂15座，截至2018年年底污水处理厂设计处理规模达到125.2万m3/d，2017年污水处理厂处理后的退水量达到3.41亿m3，2018年退水量达到4.33亿m3；处理后的退水量分别是当年地表水入湖量的61.5%和58.7%。在计算南淝河入湖通量时需要将污水处理厂退水量叠加到南淝河及其支流径流量中一并考虑。各污水处理厂实际处理后的退水量及主要污染因子入河量见表4。

2.2 污染通量计算

结合前述逐月径流、污水排放量以及逐月支流入南淝河河口和南淝河入湖前水质监测资料，推算2017年和2018年逐月入巢湖污染通量见表5。2017年南淝河水系年径流量8.106 6亿m3(其中城镇污水处理厂退水量3.41亿m3)，对应的入湖污染通量COD 22 538 t、氨氮4 689 t、总氮6 799 t、总磷 347 t；2018年南淝河水系年径流量约10.007 7亿m3(其中城镇污水处理厂退水量4.33亿m3)，对应的入湖污染通量COD 30 063 t、氨氮5 211 t、总氮7 658 t、总磷412 t。

表5 2017年和2018年南淝河流域入河污染负荷通量年内逐月变化情况Table 5 Monthly variation of pollution load flux into the river in Nanfeihe River Basin in 2017 and 2018

2017年和2018年主要支流四里河、板桥河、二十埠河、店埠河污染通量计算结果见表6。南淝河水系干支流主要污染指标污染负荷通量占比见图1。南淝河污染通量中，直接入南淝河干流污水和店埠河、二十埠河、板桥河污染通量分别约占40%、30%、20%、10%左右。根据主要支流入河污染负荷与流域面积之比，计算其单位面积污染负荷见图2。

2.3 污染通量解析

a. 南淝河水系发源江淮分水岭缺水地区，当地径流先天不足，流域多年平均天然径流量为4.857亿m3，干支流上建成的水库集水面积 597.92 km2(不重复计算)，占南淝河流域总面积的38.7%，水库拦蓄的多年平均天然径流量约为1.77亿m3。2017年、2018年南淝河入湖径流量分别为8.106 6

表6 2017年和2018年南淝河流域干支流入河污染负荷通量Table 6 Pollution load fluxes of main and tributary rivers in Nanfeihe River Basin in 2017 and 2018

图1 南淝河水系干支流主要污染负荷通量占比Fig.1 Proportion of main pollutant flux in mainand tributaries of Nanfeihe River System

图2 南淝河水系支流单位面积污染负荷Fig.2 Pollution Load per unit area oftributaries of Nanfeihe River System

亿m3、10.007 7亿m3，污水处理厂处理后的入河废污水量分别为3.409 3亿m3、4.334 7亿m3，天然径流量4.7亿m3、5.68亿m3，污水处理厂尾水量占入湖水量42.0%、43.3%。区域降雨年内分布特点是7—9月降水量约占全年的60%以上，枯水季节南淝河干流及其支流主要为污水处理厂处理后的退水，生态需水量严重匮乏。

b. 2018年比2017年污水入河量增加27.1%，主要污染指标COD、氨氮、总氮、总磷入河污染负荷分别减少了12.2%、65.9%、13.7%、20.2%，说明现有污水处理厂削减污染负荷的作用显著。据测算，非雨季节(11月至次年3月)南淝河城区污水直排量约为10万m3/d，其对南淝河施口断面氨氮超标贡献度在60%以上。未来需重点治理历史遗留的城区地下暗河污水直排、雨污混排问题。

c. 结合非降水期间径流资料，扣除污水处理厂入河水量，二里河、史家河等地下暗河直排入河污水量在10万t/d左右，其COD、氨氮、总氮、总磷占南淝河入湖污染通量的12%、39%、24%和20%，是加重南淝河水质污染的主要因素，对南淝河施口断面氨氮超标贡献较大，二里河、史家河等地下暗河污染的治理十分紧迫。

d. 丰水年(2018年)较平水年(2017年)入湖水量和COD、氨氮、总氮、总磷分别增加23.5%、33.4%、11.1%、12.6%和18.7%，入湖污染负荷均有不同程度的增加，其中COD增幅远大于入湖水量增幅。综合污水处理厂主要污染指标入河负荷分析，丰水年较平水年入湖污染负荷增加幅度较计算值更高，一定程度上反映城市建成区面源污染及部分农村污染负荷等是主要贡献者，特别是遭遇强降雨期间，会在暴雨期间驱动大量污染物汇集注入河湖，这也是近年来湖区氮磷负荷居高不下的重要原因之一。未来如何削减城市建成区和农村面源污染是改善南淝河及巢湖污染重要问题之一。

e. 汛期(5—9月)入湖污染通量月均值明显高于非汛期(1—4月、10—12月)，入湖污染通量与天然降水量呈正相关关系。未来需全面加强初期雨水的调蓄与处理，削减污染浓度较高的初期雨水汇入南淝河。

f. 南淝河四大支流中，二十埠河单位面积入河污染负荷最高，次之为板桥河、店埠河，应作为下一步治理重点。

3 南淝河治理思路

a. 解决城区污水直排和混排历史遗留问题。经过20多年治理，目前城区污水集中处理率已超过90%，并已按DB 34/2710—2016《巢湖流域城镇污水处理厂和工业行业主要水污染物排放限值》排放，但南淝河流域历史遗留的城区地下暗河污水直排、雨污混排问题仍未得到根本解决，成为影响断面水质达标和河湖水环境改善的重要因素，所以应解决城区污水直排和混排历史遗留问题。

b. 重视城市建成区初期雨水和农村面源污染盲点。南淝河董铺水库坝下流域面积70%以上为城市建成区，城市建成区和部分农村面源污染及生活垃圾收集处理[6-10]是南淝河乃至巢湖治理的主要盲点，应重视这些盲点。

c. 缓解河道基流匮乏和河渠不畅问题。当前要结合江水西引，今后要依托引江济淮，加快疏通滁河干渠及板桥河、二十埠河、店埠河通道，相机向南淝河补充生态水量，以缓解河道基流匮乏和河渠不畅问题。

d. 采取城市重污染河道综合治理模式。聚焦“源头减排、河渠减枯、湿地减污、湖区减负”[4]，系统做好污染负荷加减法，有序打好水环境治理组合拳，重点破解城区污水直排、城乡雨污混排和河渠水网不畅、河道基流匮乏以及农村治污滞后、面源污染存量较大等问题，结合南淝河超标准洪水安排和生物多样性营造，加快建设南淝河口十八联圩湿地，构建净化入湖水质的最后一道防线。