松花江松原市下游水功能区水体污染因素分析

2014-12-06严晓飞肖宇飞浦生超

长春工程学院学报（自然科学版） 2014年4期

于菲，庄重，严晓飞，肖宇飞，浦生超

（1.松辽流域水资源保护局松辽水环境科学研究所，长春130021；2.东北师范大学环境科学研究所，长春130117；3.吉林东北煤炭工业环保研究有限公司，长春130062）

0 引言

2011年中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》提出要实行最严格的水资源管理制度。这包括：建立用水总量控制制度；建立用水效率控制制度；建立水功能区限制纳污制度；建立水资源管理责任和考核制度。省界缓冲区主要是为了协调省（区）际间用水关系，控制上游对下游或相邻省（区）水污染，以省界为中心向附近省级行政区域扩展而划分的缓冲水域。保护省界缓冲区水质对解决省区之间水污染矛盾起到重要的作用，是贯彻执行最严格的水资源管理制度的直接体现，同时也为完成松辽流域重要江河湖泊水功能区水质达标建设起到重要的推动作用。为加强省界缓冲区水资源保护和管理工作，本项目从研究省界缓冲区典型河段水质超标原因入手，为省界缓冲区水质达标建设提供技术支撑。

1 省界缓冲区河段概况

1.1 自然概况

本次研究选择松花江区吉林省内松花江南源的第二松花江吉黑缓冲区。第二松花江吉黑缓冲区水功能区为吉林省和黑龙江省相邻的省界缓冲区，起始断面为石桥，终止断面为入松花江干流河口，水功能区总长度13km，主要流经吉林省松原市［1］。

第二松花江吉黑缓冲区所在江段为松花江下游江段，江道较宽，沿岸多沙丘，河道中叉河、串沟和江心洲岛较多，江心岛上丛生柳条杂草。功能区内无大的支流汇入。该区以平原地形为主，海拔在125～130m之间［2］。

第二松花江吉黑缓冲区流域范围江道两岸内分布有5个自然村屯，右岸2个，从上游依次为石桥村、松林村，隶属于松原市宁江区。左岸为3个村屯，依次为大榆树村、大岗子村、孔家围子，均隶属于前郭县平凤乡管辖。沿岸以农业经济为主导，产业结构单一，经济来源为水田和旱田等农耕经济创收。

1.2 区域土地开发情况

本缓冲区两岸有极少的林地覆盖。区域主要土地类型为水田和旱田。农田分布规律明显，河流右岸为大面积旱田，左岸为大面积水田。下游分布少量的草地和沼泽。区内两岸人口并不密集，无大型城镇，主要为农村居民点呈零散的斑块分布。本区是典型的以农业生态系统为主导的农村环境。

1.3 上游水功能区概况

第二松花江吉黑缓冲区上游水功能区为第二松花江松原市开发利用区。二级水功能区包括第二松花江松原市饮用、工业用水区、第二松花江松原市排污控制区、第二松花江松原市过渡区，起始断面为哈拉毛都镇，终止断面为石桥，水功能区总长度71km，主要流经吉林省松原市［1］。第二松花江松原市开发利用区所在江段流域范围内分布松原市和前郭县2大县市，前郭县隶属于松原市辖区。松原市是吉林省重要的石油和粮食产区，近年来发展可谓迅速，国内生产总值及国民收入逐年稳步升高。可以说，现阶段松原市的经济发展处于快速增长期。松原建市以来，面向市场重点发展了石油化工、农畜产品加工两主导产业和生化制药、建筑材料、商贸旅游3个新兴产业。2005年—2012年，松原市GDP年均增长22.8%，在东北区域城市经济增长城市排名榜中高居首位，经济总量位居全省第3［3］。

水功能区两岸区域主要土地类型为水田和旱田。农村城镇和林地呈大量不规则斑块分布在区域范围内；集中化的城镇聚集区松原市和前郭县分别分布在水功能区中部的右岸和左岸；区内盐碱地、草地和沙地是该区土地另一特点。本区是以城市人工生态系统和农业生态系统为主导的环境。

2 省界缓冲区河段水质现状调查

2.1 监测情况

2.1.1 监测时间及频次

省界缓冲区水质现状利用2010年—2012年连续3年的例行监测数据。第二松花江吉黑缓冲区上游水功能区利用2009年、2010年和2013年的例行监测数据。

对水功能区水质监测频次为每月1次，全年12次。

2.1.2 监测断面

监测断面布设情况详见表1。

表1 地表水监测断面布设情况

2.1.3 监测项目

第二松花江吉黑缓冲区监测项目包括高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、硫化物等18项监测项目。

第二松花江松原市开发利用区监测项目为pH值、氯化物、硫酸盐、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、化学需氧量、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、总氰化物、总砷、挥发酚、六价铬、总汞、铜、铅、锌、镉、硒、铁、锰、氟化物、粪大肠菌群，共23项。

2.2 评价结果

评价标准采用GB 3838—2002《地表水环境质量标准》［4］。评价方法采用单因子评价。

2.2.1 第二松花江吉黑省界缓冲区水质评价结果

对第二松花江吉黑省界缓冲区2010年—2012年监测数据评价，汛期、非汛期和全年水质均不能满足III类水质要求，水质现状达标率均不高于75%，全年达标率最高为66.67%，说明该区水质情况不容乐观。

表2 第二松花江吉黑省界缓冲区水质达标率统计表

对水质超标月份和超标倍数计算统计结果详见表3。

2.2.2 第二松花江松原市开发利用区

第二松花江松原市开发利用区监测断面为松原上和松原下。其中松原上执行III类水体标准，松原下断面执行IV类水质标准。按照监测项目逐一评价，水质达标情况详见表4。

松原上断面水质达标率较低，非汛期和全年水质均不能满足相应水质要求。汛期2013年达标，其他两年也均不能满足相应水质要求。松原下断面水质达标率相对较高，年度达标率在66.67%以上，汛期达标率可达75%以上，非汛期达标率在62.50%以上；其中2010年水质监测全年均达标，2013年汛期也均达标。

对水质超标月份和超标倍数计算统计结果详见表5。

2.3 水质评价分析

根据水质现状评价内容，第二松花江吉黑省界缓冲区监测期内水质均不能满足Ⅲ类水质要求，汛期、非汛期和全年水质基本维持在Ⅳ类。主要超标因子为高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷，其中氮、磷超标较显著。

第二松花江松原市开发利用区中2个监测断面，松原上断面汛期、非汛期和全年水质基本不能满足相应类水质要求，松原下断面汛期水质达标率较低，非汛期和全年水质基本可满足相应水质标准，主要超标因子为氨氮。该区总磷缺测，不能判断总磷是否超标。

从水质现状监测情况看，水功能区水质全年水质状况稳定，水质基本处于超标状态。由此可说明：

表3 第二松花江吉黑省界缓冲区水质超标因子与超标倍数统计表

表4 第二松花江松原市开发利用区水质达标率统计表

表5 第二松花江松原市开发利用区水质超标因子与超标倍数统计表

1）第二松花江吉黑缓冲区水质超标类型主要为氮、磷超标。

2）各年度水质超标因子基本相同，同一种超标因子，年度变化范围不大，说明水质接纳的污染源没有发生较大变化。

3）从水质现状监测结果看，上游第二松花江松原市开发利用区水质超标，对缓冲区水质有直接影响。

3 区域主要污染源情况

3.1 区域土地利用现状调查

水质污染程度与区域社会经济发展对水资源的开发利用程度相关，而土地资源的利用与社会发展也密切相关，为了直观地了解区域环境污染情况，本次研究对缓冲区两岸和上游水功能区汇流范围内土地利用状况进行了解析。第二松花江吉黑缓冲区汇流区面积5 592.35hm2，土地利用类型详见表6。

从土地利用看，区间土地类型主要为水田和旱田，其次为河流。旱田、水田和河流占区域总面积的79.40%。本区无县级以上人口集中区，不均匀分布了4个村屯，从土地利用类型看，区域内无大型工矿用地，该区间为典型的以农业生态系统为主的农村环境。与该区域实际发展情况吻合。

表6 第二松花江吉黑缓冲区土地利用类型表

本区汇流面积内河流右岸以旱田、林地和沙地为主；左岸以水田、沼泽和少量旱田为主。土地类型左右岸分布较规律。

3.2 河段污染源调查及分析

第二松花江吉黑缓冲区内无入河排污口。第二松花江吉黑缓冲区汇流区土地资源的占用形式以水田和旱田为主，有3个村屯分布，该区域面源污染主要包括农村生活径流、农田地表径流和畜禽养殖面源。

根据松花江流域污染调查相关资料，利用排污系数法，计算污染物进入河流数量及其对地表水污染的贡献率。计算结果见表7。从表中可以看出，面源污染总量中，化学需氧量的贡献率最高的是畜禽养殖，占85.99%，农村生活面源占10.31%。氨氮贡献率最高的是农药化肥，其贡献率分别为51.65%。总氮贡献率最高的是畜禽养殖，贡献率为67.44%。总磷贡献率较高的是畜禽养殖，其贡献率为75%。

表7 面源污染调查成果与贡献率

第二松花江吉黑缓冲区面源污染类型中畜禽养殖对化学需氧量、总氮、总磷污染贡献均最高，占面源入河总量的67.44%～85.99%，化肥农药对氨氮入河量的污染贡献最高，占氨氮面源入河总量的50%以上。

根据前文水质现状调查，本次调查的缓冲区水质氮磷超标现象严重，在不考虑上游水功能区来水水质的情况下，主要是本区畜禽养殖废水排放和化肥、农药等农田径流的影响［5－8］。

4 水功能区纳污能力

纳污能力是依据水域的环境功能区划，在充分利用其环境容量的基础上水域能够承纳污染物的能力。水功能区纳污能力参照《松花江区重要江河湖泊水功能区纳污能力核定和分阶段限排总量控制方案》（以下简称“纳污限排方案”）工作成果，参考“纳污限排方案”中现状纳污能力，现状年为2010年。

根据“纳污限排方案”纳污能力复核原则，第二松花江吉黑缓冲区没有现状入河量，采用计算值作为纳污能力；第二松花江开发利用区纳污能力根据各二级水功能区的设计条件和水质目标，采用数学模型法计算。第二松花江松原市开发利用区化学需氧量为14 230.49t／a，氨氮567.29t／a。

第二松花江吉黑缓冲区无排污口；第二松花江松原市开发利用区存在5个排污口。根据吉林省水文局2012年入河排污口监测统计结果，评价区内共有23个排污口，其中评价区内第二松花江排污口22个，松花江干流排污口1个，排入第二松花江和松花江干流废污水总计2.31亿t，化学需氧量26 818.29t，氨氮3 174.84t，详细情况见表8。这其中包含了工业废水和城镇生活污水。

对比该区核定的纳污能力，化学需氧量入河量低于纳污能力，入河量为纳污能力的47.65%；氨氮入河量超过纳污能力，入河量约为纳污能力的1.32倍。

通过对比纳污能力与污染物入河量，第二松花江松原市开发利用区存在点源污染物入河量超过纳污能力的情况，超标因子为氨氮。

5 第二松花江吉黑缓冲区污染因素分析

5.1 污染源组成

根据污染源调查材料，第二松花江吉黑缓冲区内无入河排污口，污染物主要来自本水功能区段内两岸面源以及上游水功能区来水携带的污染物。

段内面源类型包括农村生活径流、农田地表径流和畜禽养殖面源。面源污染总量中，其中畜禽养殖对化学需氧量、总氮、总磷污染贡献均最高，占面源入河总量的67.44%～85.99%，化肥农药对氨氮入河量的污染贡献最高，占氨氮面源入河总量的51.65%。本区畜禽养殖废水排放和化肥、农药等农田径流是段内重要面源污染，其中以畜禽养殖尤为严重。

5.2 水质超标因子解析

根据水质现状评价结果，缓冲区水质主要超标污染因子是化学需氧量、氨氮和总磷。

化学需氧量的贡献率最高的是畜禽养殖，占85.99%，农村生活面源占10.31%。氨氮贡献率最高的是农药化肥，其贡献率为51.65%。总氮贡献率最高的是畜禽养殖，贡献率为67.44%。总磷贡献率较高的是畜禽养殖，其贡献率为75%。

表8 第二松花江松原市开发利用区入河排污口统计表

化学需氧量、氨氮的污染不仅与本区区域农业面源有关，同时与上游水功能区水质超标，城镇大量的工业和生活污水排放有关。

1）化学需氧量。根据上游水功能区入河排污口调查资料，该区化学需氧量排放量和核定的限排量相同，说明化学需氧量污染负荷已经很高，不能再新增化学需氧量排放。由于上游来水中化学需氧量含量已经较高，因此缓冲区化学需氧量超标与上游来水水质有直接关系。本区面源中畜禽养殖对化学需氧量有绝对贡献。

2）氨氮。上游水功能区氨氮排放量超过该区核定的限排量，且从现状监测因子看，氨氮出现超标。因此缓冲区氨氮超标主要是由于上游水功能区来水水质的关系。

从生活污水方面分析，上游水功能区由于松原市宁江区和前郭县非农业人口的不断上升，城镇生活污水排放量增高，这部分污染负荷也在加大。从工业方面分析，近几年松原市工业发展迅速而污水处理设施却滞后于工业发展，原有企业污水治理设施不健全，生产工艺落后，新建企业投产运行时并没有严格遵守三同时制度建设污水处理设施，再就是存在监管漏洞，企业存在污水处理设施不运行，产生废水直排和漏排的现象。

3）总磷。由于本区没有入河排污口，上游水功能区总磷缺测，不能判断是否存在上游来水是否超标。从本段污染来看，总磷主要受畜禽养殖影响。畜禽养殖位于农村，比较分散，排放的污染物含量较高。这项问题值得关注。