蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究

张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究189蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究张智，兰凯，白占伟重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，四川重庆400045摘要：针对三峡库区重庆段蓄水后的污染负荷状况及时空分布进行了研究。介于三峡库区蓄水后污染形式的变化以及污染源的多样性和库区内各区县污染源特征的差异，将各类污染源分类并分区域进行计算预测。除了对受广泛关注的工业污染、生活污染进行了预测外，还研究了农田径流污染、船舶流动污染、淹没土壤释放污染的计算方法并对其进行了计算。计算结果表明，在2002、2010、2020年重庆段库区水体的主要污染源为农田径流污染、城市生活污水污染和农村生活污染，其中农田径流污染的CODCr、NH3-N、TP的贡献率分别达到了59.95％、74.64％、85.86％，为主要污染源。在2002年、2010年、2020年重庆段三峡库区CODCr、NH3-N、TP的主要来源区域为重庆主城区、万州区、涪陵区和江津市。关键词：三峡库区；水环境；污染负荷；污染源中图分类号：X524文献标识码：A文章编号：1672-2175（2005）02-0185-05张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究189自2003年6月三峡水库蓄水运行以来，三峡库区及其上游水环境形势发生了变化。三峡水库开始蓄水后，流态和流速变化改变了水环境的物理和化学条件，从而改变了污染物在水体中的稀释、降解、扩散和转化等净化过程。如受回水影响的万州、忠县城区江段存在明显的岸边高锰酸盐指数、总氮和总磷污染带，而尚未受到蓄水影响的涪陵城区江段岸边污染带范围较小。尽管如此，三峡库区及其上游总体水质与去年同期相比，水质仍略有好转，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类水质断面数分别占监测断面总数的33.3%、55.6%和11.1%[1]。为了确保三峡库区水环境质量的安全,三峡库区大规模建设污染控制.从2003年至2010年，库区拟新建扩建城镇污水处理厂42座，沿江重点城镇污水处理设施71座，总处理规模为278万m3·d-1，届时库区城镇生活污水的处理率将达到95％；拟建垃圾处理厂23座，沿江集镇垃圾处理场71个，总处理规模达到9545t·d-1，处理率将达到98％。新建的城市污水处理厂和垃圾处理厂，大大提高了库区城市生活污染的控制能力，与此同时，加大工业污染防治力度,为进一步控制削减库区的污染负荷,研究三峡蓄水后污染负荷的来源、强度及时空分布是十分必要的，以使库区污染控制措施更具针对性和实效性。这些将使库区主要污染源和其贡献率发生变化。目前污染负荷预测的对象可分为点源污染和非点源污染。点源污染一般采用用水定额法及行业指标系数法等进行计算。非点源污染预测常采用的方法有SCS径流模型[2,3]和USLE[4]方程等。SCS径流模型能反映不同土壤类型、不同土地利用方式及前期土壤含水量对降雨径流的影响,它具有简单易行、所需参数较少、对观测数据的要求不很严格的特点,是一种较好的小型集水区径流计算方法。美国土壤流失通用方程（USLE）是目前估算高地侵蚀造成的土壤流失最普遍的估算式，该方程是以大量的试验数据为基础归纳得出的经验性方程，在应用该方程进行土壤流失预测估算时应根据本地区降雨特征和土壤结构特点，进行计算式的适应性修正和合理的变量取值，因而带有明显的地域局限性。三峡库区区域广阔，污染源类型多样，传统的污染源计算方法在库区的污染负荷预测方面就有较大的局限性。本文充分考虑到三峡库区污染源的多样性和库区内各区县城镇分布、特色产业、土地性质、地形地貌等的差异，将各类污染源分类并分区域计算。本文采用的分析计算方法具有较强的针对性，计算结果更为合理，可为三峡库区的水环境管理提供重要依据。1污染负荷计算方法1.1工业废水排放污染工业污染负荷现状值以2002年环保部门监测站的监测报告为主。对少数企业缺少资料的项目，则采用已有的行业排污系数对该指标的排污负荷进行估计。Wi=Ci×Qn×10-6(1)[5]式中：Wi为预测年工业废水中i污染物的排放量（t·a-1）；Ci为预测年工业废水中的i污染物的质量浓度（mg·L-1）；Qn为预测年工业污染源废水排放量（m3·a-1），采用弹性系数法计算。 张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究1891.2城市生活污水排放污染城市生活污水污染负荷产生量估算模式：Wi=0.365×P×ai×10-3(2)式中：Wi为某区县城市生活污水中i污染物的年排放量（t·a-1）；P为某区县的城镇人口数（人）；ai为生活污水中i污染物的排放当量系数，单位为g·人-1·d-1。式中城镇现状人口数摘自《重庆统计年鉴2003》，城镇人口的年平均自然增长率，重庆主城区取3.31×10-3，其它各区县取7.0×10-3。1.3农村生活污染农村生活污染包括农村人口生活所排放的污染物以及农村人口散养的畜禽通过粪便排泄所排放的污染物。农村生活污染负荷的估算模式：Wi=0.365×P×ai×η×10-3(3)式中：Wi为某区县农村生活i污染物的年排放量（t·a-1）；P为某区县农业人口数量（人）；ai为农村生活i污染物排放当量系数，单位为g·人-1·d-1；η为流失系数。1.4农田径流污染农田径流污染是指农田中剩余的化肥和农药经降雨径流进入水体，使水环境中氮、磷等营养盐负荷增加而使水体所遭受的污染。本文采用标准农田源强系数修正法来计算重庆三峡库区由于农田径流而造成的污染物流失量。所谓标准农田是指地形为平原、种植作物为小麦、土壤类型为壤土、化肥施用量为375～525kg·hm-2·a-1，且在降雨量为400～800mm范围内的农田。标准农田径流污染物流失源强系数为CODCr150kg·hm-2·a-1，TP15kg·hm-2·a-1，NH3-N30kg·hm-2·a-1。在此基础上，用坡度修正系数1.5、农作物类型修正系数1.0、土壤类型修正系数1.0、化肥施用量修正系数0.9～1.5、降雨量修正系数1.4～1.5，对标准农田加以修正，使之符合重庆市农田的污染特征。1.5城镇降雨径流污染城镇降雨径流污染主要指城镇生活垃圾、建筑残渣、汽车排气及漏油和空气中漂浮的粉尘等通过降雨径流直接排入受纳水体的一种非点源污染。城镇地表径流污染负荷计算模式如下：Wi=ai×P×f2×γ×A(4)式中：Wi为城镇地表径流所产生i类污染物的量（t）；ai为城镇地表径流i类污染物荷载因子，单位为t·km-2·mm-1；P为年降雨量（mm）；f2为人口密度函数；γ为路面清扫间隔天数函数；A为城市产生径流的区域面积（km2）。1.6船舶流动污染船舶流动污染是指船舶含油污水、生活污水、船舶垃圾等排入水体所造成的污染。本文主要计算由客轮上的游客产生的生活污水。客轮排放的生活污水量计算模式：Q=n×q×f1×f2-1×10-3(5)式中：Q为客轮生活污水的年排放量/m3；n为客轮的年客运量（人）；q为旅客人均生活污水日产生量，单位为L·人-1·d-1；f1为纳污系数，取0.7；f2为虑及系数，取0.8。污染物排放量计算模式：Wi=Ci×Q×10-6(6)式中：Wi为客轮生活污水中i污染物的年排放量（t·a-1）；Ci为客轮生活污水中i污染物的质量浓度（mg·L-1）。1.7蓄水后淹没区土壤释放污染按照三峡水库正常蓄水位175m方案，将淹没大量的耕地。耕地受淹后，沉积在土壤中的营养物质，将通过溶解、交换、扩散进入水中，成为水库水中的污染物的又一来源。蓄水后受淹土壤在达到固—液平衡时所释放的污染物的总量可用式(7)、(8)计算：Wi=K×G×Bi(7)G=C×A×H(8)式中：Wi为耕地面积为A、耕作层深度为H的土壤i污染物的释放量（t）；G为耕地面积为A、耕作层深度为H的土壤质量（t）；C为土壤体积质量（t·m-3），取1.5；A为受淹土地面积（m2）；H为耕地耕作层深度（m），取0.5；Bi为单位质量的土壤在固-液相平衡时i污染物释放的质量分数（mg·kg-1）；K为单位换算系数。受淹土壤每年所释放的污染物量用式(9)计算：Wij=Wi×αj(9)式中：Wij为受淹土壤在淹没后第j年i污染物的释放量（t）；αj为受淹土壤在淹没后第j年的释放率。2三峡库区重庆段污染源评价2.1现状污染负荷及污染负荷预测2002年，三峡库区重庆段水体污染负荷总量：CODCr47.30万t，NH3-N7.26万t，TP3.24万t。预计2010年，三峡库区重庆段水体污染负荷总量：CODCr44.14万t，比2002年减少约6.69%；NH3-N7.24万t，比2002年略有减少，减少约0.18%；TP3.24万t，与2002年基本持平。2020年，三峡库区重庆段水体污染负荷总量：CODCr44.20万t，比2002年减少约6.55%；NH3-N7.10万t，比2002年减少约2.16%；TP3.09万t，比2002年减少约4.63%。 张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究1892.2主要污染源分析2002年，农田径流污染是重庆库区最主要的污染源，其次为城市生活污水排放污染和农村生活污染，其中农田径流污染占污染源总量的绝大部分。农田径流产生CODCr27.58万t，占总CODCr产生量的58.31％；产生NH3-N5.52万t，贡献率为表1各类污染源负荷贡献率Tab1.Thecontributionrateofeachkindofpollutionsource%序号污染源2002年2010年2020年CODCrNH3-NTPCODCrNH3-NTPCODCrNH3-NTP1工业废水排放污染1.990.610.052.930.900.088.042.200.202城市生活污水排放污染25.3114.665.4217.3412.974.0515.6714.504.643农村生活污染8.407.828.948.857.658.698.657.598.774农田径流污染58.3176.0185.2363.5977.4986.6959.9574.6485.865城镇降雨径流5.960.890.356.750.950.377.211.030.416船舶流动污染0.020.010.010.020.010.010.020.0107蓄水淹没区土壤释放污染0000.520.030.120.470.030.11总计10010010010010010010010010076.01%；产生TP2.76万t，贡献率为85.23％。城市生活污水排放污染产生CODCr11.97万t，占总CODCr产生量的25.31％；产生NH3-N1.06万t，贡献率为14.66％；产生TP0.18万t，贡献率为5.42%。农村生活污染产生CODCr3.97万t，占总CODCr产生量的8.40％；产生NH3-N0.57万t，贡献率为7.82%；产生TP0.29万t，贡献率为8.94％（表1）。其他类型污染源贡献率之和只占很小的比例。张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究1890510152025江津巴南主城渝北长寿涪陵武隆丰都忠县石柱万州云阳开县奉节巫山巫溪区县名称2002年2010年2020年占同类负荷百分比/%图1重庆段三峡库区水体CODCr负荷沿程区县分布Fig.1TheproportionbetweentheloadingofCODCrdischargedfromeachcountyoftheThreeGorgesinChongqing2010年和2020年的预测评价结果与2002年现状相差不大（预测结果见表1）。农田径流污染仍是重庆库区最主要的污染源，且变化幅度不大，一直保持在一个较高的水平。城市生活污染的贡献率持续下降，这与库区城市污水的处理率不断提高直接相关。3污染负荷时空分布评价2002年重庆段库区水体污染物CODCr负荷的主要来源区域为重庆主城区、万州区、涪陵区和江津市，分别占重庆段库区水体CODCr污染负荷总量的22.30%、8.68%、8.47%和8.26%（图1）；NH3-N负荷的主要来源区域为重庆主城区、涪陵区、万州张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究189区、江津市和忠县，分别占重庆段库区水体NH3-N污染负荷总量的15.46%、9.12%、8.66%、8.36%和6.76%（图2）；TP负荷的主要来源区域为重庆主城区、涪陵区、万州区、江津市、忠县、云阳县和开县，分别占重庆段库区水体TP污染负荷总量的11.11%、9.14%、8.76%、8.47%、7.34%、6.86%、和6.68%（图3）。由以上分析看出，2002年重庆段三峡库区水体污染负荷的主要来源区域为重庆主城区、万州区、涪陵区和江津市，这四个区县的污染物CODCr、 张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究189NH3-N和TP的负荷分别占各污染物负荷总量的47.70%、41.59%和37.84%。4结论和建议（1）在3个计算年（2002、2010、2020年）重庆段库区水体的主要污染源为农田径流污染，在2002年，农田径流污染CODCr、NH3-N、TP的贡献率分别达到了58.31％，76.01％和85.23％，并且随生活污染和工业污染得到有效的控制，农田径流污染CODCr、NH3-N、TP的贡献率在2020年将达到59.95%、74.64％、85.86％。因此农田径流污染应成为今后几年的重点控制对象。024681012141618江津巴南主城渝北长寿涪陵武隆丰都忠县石柱万州云阳开县奉节巫山巫溪区县名称2002年2010年2020年图2重庆段三峡库区水体NH3-N负荷沿程区县分布Fig.2TheproportionbetweentheloadingofNH3-NdischargedfromeachcountyoftheThreeGorgesinChongqing占同类负荷百分比024681012江津巴南主城渝北长寿涪陵武隆丰都忠县石柱万州云阳开县奉节巫山巫溪区县名称图3重庆段三峡库区水体TP负荷的沿程区县分布Fig.3TheproportionbetweentheloadingofTPdischargedfromeachcountyoftheThreeGorgesinChongqing2002年2010年2020年占同类负荷百分比（2）在3个计算年（2002、2010、2020年）重庆段三峡库区水体污染负荷的重点控制区域为重庆主城区、万州区、涪陵区和江津市，2002年这四个区县的污染物CODCr、NH3-N和TP的负荷分别占三峡库区重庆段16个区县污染物负荷总量的47.70%、41.59%和37.84%，2010年为42.68%、40.84%和37.12%，2020年为42.16%、41.96%和37.20%。参考文献：[1]国家环境保护总局.2004年长江三峡工程生态与环境监测公报:第5章.水环境质量状况[EB/OL].http://www.sepa.gov.cn/eic/649369377048625152/20040701/1052358.shtml,2004-07-01.StateEnvironmentalProtectionAdministration.MonitoringBulletinoftheEcologyandEnvironmentoftheChangjiangGorgesEngineeringin2004:Chapter5.Statusofwaterenvironmentalquality[EB/OL].http://www.sepa.gov.cn/eic/649369377048625152/20040701/1052358.shtml,2004-07-01.[2]WILLIAMJR,LASEARWV.WateryieldmodelusingSCScurvenumbers[J].JournalofHydraulicsDivision,1976,102(9):1221－1253.[3]BOSZNAYM.GeneralizationofSCScurvenumbermethod[J].Journalofirrigationanddrainageengineering,1989,155(1):139－144.[4]陈振金,刘用清,郑大增.USLE方程在我省生态型建设项目环评中的应用[J].福建环境,1995,12(2):12－14.CHENZHENJIN,LIUYONGQING,ZHENGDAZENG.TheapplicationofUSLEequationinenvironmentalimpactassessmentofecologicalprojectsinFujianprovince[J].JournalofFujianEnvironment,1995,12(2):12－14.[5]钟成华.三峡水库对重庆段水环境的影响及其对策[M].重庆:西南师范大学出版社,2004:58－59. 张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究189ZHONGCHENGHUA.TheimpactandstrategiesofThreeGorgesReservoironwaterenvironmentinChongqingregion[M].Chongqing:SouthwestChinaNormalUniversityPress,2004:58－59.张智等：蓄水后三峡库区重庆段污染负荷与时空分布研究189PollutionloadingevaluationanditsspatialandtemporaldistributionintheThreeGorgesReservoirinChongqingregionZHANGZhi,LANKai,BAIZhan-weiTheKeyEnvironmentalandEcologicalLaboratoryofThreeGorgesAreaofMinistryofEducation,ChongqingUniversity,Chongqing400045,ChinaAbstract:Inthispaper,theamountofpollutionloadanditsspatial-temporaldistributioninThreeGorgesareainChongqingwereinvestigatedaftertheThreeGorgesdamwasputintooperation.Accordingtothechangeinpollutionsituation,thediversityofthepollutionsourcesandthedifferentpollutioncharacteristicofeachcounty,thepollutionloadwascategorizedandcalculatedrespectively.Besidestheindustrialeffluentandurbandomesticsewagedischarge,thesurfacerunoffoffarmland,shippingwasteeffluentanddischargeofthesoilfloodedaftersluicing,aswellastheircalculatingmodels,werestudied.Theresultsshowedthatsurfacerunoffoffarmland,urbanwastewaterdischargeandruraldomesticsewagewereorwouldbethemainsourcesin2002,2010and2020,withsurfacerunoffoffarmlandbeingthelargestone.ThedistributionsofCODCr,NH3-NandTPfromsurfacerunoffoffarmlandwouldreach59.95％,74.64％and85.86％respectivelyin2020,indicatingitsdomination.Thestudyalsorevealedthatin2002,2010and2020,CODCr,NH3-NandTPmainlycameorwouldcomefromthecityproperofChongqing,Wanzhoudistrict,FulindistrictandJiangjingcity.In2020,CODCrdischargeinChangshoudistrictwouldreachthesamelevelinWanzhoudistrictandFulindistrict.Keywords:ThreeGorgesReservoir;waterenvironment;pollutionloading;pollutionsource