张强 刘巍 杨霞 容誉

摘要：通过调查和分析汉江中下游流域各污染源，以化学需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）为污染负荷指标，分析了流域污染负荷现状，确定了主要污染源。在此基础上，选择COD和NH3-N作为计算因子，利用一维水质模型测算汉江中下游流域干流及主要支流的水环境容量。结果表明：江汉污染源主要为中心城镇生活污染源、规模化畜禽养殖污染源和工业污染源;2015年排入汉江中下游干流河道的污染负荷量为340 572.15 t，以COD为主;潜江段以规模畜禽养殖污染源为主，其他均以城镇生活污染源为主。根据模型计算结果可推知，汉江中下游干流河道COD的水环境容量目前尚较富足，但NH3-N的水环境容量已接近负荷阈值;汉江中下游支流唐白河、竹皮河和天门河的COD和NH3-N水环境容量均较小。

关键词：污染负荷; 主要污染源; 水环境容量; 汉江中下游

中图法分类号：X143文献标志码： ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2019.02.015

湖北省水资源充沛，但随着人口与社会经济的快速增长，同时也面临着水环境污染日益加剧的严峻形势。环境容量是环境目标管理的基本依据，是环境规划的主要环境约束条件。水环境容量的估算及其在各污染源或区域之间的分配则是水污染总量控制的基础和核心[1-2]。因此，研究水环境容量可以为水环境规划与管理提供技术支持，对于水域污染物排放的总量控制，保护和改善目前的水生态环境具有重要现实意义。水环境容量是指在满足水环境质量标准的前提下，水体最大允许污染负荷量，又称水体的纳污能力[3-5]。它反映了污染物在环境中的迁移、转化和赋存规律，也反映了水环境在满足特定功能条件下对污染物的承受能力，其容量大小与水体特征、水质目标及污染物特性有关[6]。

汉江中下游地区大部分位于湖北省，地域广阔，人口众多，经济发达，自然资源丰富，人均水资源量与全国平均水平相当。汉江中下游地区是湖北的粮仓和重要的产业基地，是汉江流域经济发展的中心。因此，研究汉江中下游流域水环境容量对湖北省的社会经济发展具有重要意义。在河流水环境容量估算中，通常首先设定目标水质和一定保证率下的设计流量，再建立一维或二维的水环境容量模型，并在模型参数的率定基础上进行估算[7-8]。因此，本研究拟采用一维水环境容量模型对汉江中下游流域的水环境容量进行计算，研究探讨其水环境污染负荷及削减策略，在此基础上从水功能区划角度为该区域水环境规划和总量控制提供依据和参考。

1水污染负荷分析

1.1污染物调查

将汉江中下游沿线城市的工业污染源、中心城镇生活污染源、规模化畜禽养殖污染源作为重点调查污染来源。而农村生活污染源、农田径流污染源、分散畜禽养殖污染源等面源污染未纳入统计和计算。流域调查范围详见图1，具体包括十堰市郧县、郧西县、竹山县、竹溪县、房县，丹江口市及其茅箭区和张湾区，襄阳市襄城区及其樊城区和襄州区、南漳县、谷城县、保康县、老河口市、枣阳市、宜城市，荆门市东宝区和掇刀区、钟祥市、沙洋县、京山县，孝感市的安陆市、云梦县、应城市、孝南区、汉川市，潜江市，天门市，仙桃市以及武汉市江汉区、硚口区、汉阳区、东西湖区、蔡甸区、汉南区等8市36个县（市、区），调查基准年份为2015年。

1.2污染负荷计算

污染负荷主要计算汉江中下游各种污染源的排放量和入河量。污染负荷计算因子为化学需氧量（COD）和氨氮（NH3-N），污染负荷计算系数见表1[9-10]。工业污染源排放量根据污染源调查排污量直接确定。生活污染源主要考查中心城镇生活污染源部分，排放量由人口数和产污系数相乘得到。畜禽（以猪为基准）养殖污染源主要考查规模化畜禽养殖污染源部分，排放量由畜禽养殖数量与其畜禽产污系数相乘得到。

1.3污染负荷计算结果

汉江中下游水环境污染负荷先按行政区段进行计算，然后汇总统计，结果详见表2。根据表2可知，2015年汉江中下游COD和NH3-N的排放量分别约为374 181.19 t和43 204.72 t，计算得出入河量分别约为307 219.33 t和33 352.82 t。从各污染源的贡献来看，汉江中下游流域COD的主要来源为中心城镇生活排放源（占56.18%），其次是畜禽养殖污染源（占31.54%），最后是工业污染源（占12.28%）;NH3-N的主要来源是中心城镇生活排放源（占71.50%），其次是畜禽养殖污染源（占19.94%），最后是工业污染源（占8.56%）。由此可知，汉江中下游流域水污染物控制的重点应是中心城镇生活污染源。值得注意的是，汉江十堰段、荆门段和仙桃段的COD和NH3-N来源中工业源均显著高于畜禽源，仅次于中心城镇生活源排放;而汉江潜江段的COD和NH3-N来源中畜禽养殖污染源已成为该区段内的首要污染来源，显著高于其它两类污染来源。因此，流域各行政区段的水污染防治应注意根据各地实际情况，制定相应的污染防治方案并实施。

2水环境容量分析

2.1水环境容量计算方法

在划定的水环境功能区陆域和水域范围和确定的水文设计条件的基础上，将天然河道概化为计算河道，根据重要的水质控制断面位置将汉江中下游流域划分成19个计算单元，同时选取汉江中下游区段内3条具有代表性的支流（唐白河、竹皮河和天门河），选定水质模型及其参数，建立负荷和水质的负荷-响应关系，输入限制条件计算汉江中下游干流及支流的水环境容量。

2.2水环境容量計算模型

采用河流一维水质模型计算汉江中下游干流河道及该区段内3条主要支流河道的水环境容量，计算模型为

W=31.536[cs（Q0+QP）]exp（KL86 400u-Q0c0）

式中，W为水环境容量，t/a;Q0为进口断面的入流流量，m 3/s;Qp为点源流量，m 3/s;为不均匀系数;cs为水质目标质量浓度，mg/L;c0为上游来水污染物质量浓度，mg/L;K为污染物综合降解系数，1/d;L为河段长度，m;u为平均流速，m/s。

2.3降解系数

污染物的生物降解、沉降和其他物化过程，可概括为污染物综合降解系数，主要通过水团追踪试验、实测资料反推、类比法、分析借用等方法确定[11]。本文主要通过类比国内外部分河流降解系数的研究成果，以此来确定汉江中下游流域干流和支流河道COD和NH3-N的降解系数。根据前人的研究可知[12-14]，国内大多河流COD降解系数在0.20～0.25 d-1之间，NH3-N的降解系数要略小于COD。同时在查阅大量汉江中下游流域水文资料的基础上，本文中COD和NH3-N的降解系数分别取0.20 d-1和0.1 d-1。

2.4水质目标值

以水环境功能区划相应环境质量标准类别的上限值为水质目标值。根据《湖北省地表水环境功能区类别》[15]，汉江中下游流域干流河道水体功能主要规划为Ⅱ类，其中仅襄阳段的白家湾断面至余家湖断面和武汉段规划为Ⅲ类。汉江支流唐白河、竹皮河水质功能规划均为Ⅳ类，天门河的杨林断面以上的上游流域规划为Ⅲ类，杨林断面以下的下游流域规划为Ⅱ类。

2.5水环境容量计算结果

根据水环境容量计算模型，选择COD和NH3-N作为水容量计算的主要控制因子，计算汉江中下游流域及其3条主要支流的水环境容量，计算结果详见表3。从表3中可知，汉江中下游流域干流河道COD的水环境容量为490 805.1 t/a，除去调查已知的污染源入河量307 219.33 t/a，目前最大允许排放量为183 585.8 t/a;NH3-N的水环境容量为34 372.0 t/a，除去调查已知的污染源入河量33 352.82 t/a，目前最大允许排放量仅为1 019.18 t/a。模型计算结果表明：汉江中下游干流水体COD的水环境容量目前尚较为富足;但就NH3-N的水环境容量而言，目前汉江中下游干流水体的NH3-N污染负荷已接近维持现有水质功能下的水环境容量阈值，如不能及时对NH3-N污染排放源进行控制和削减，则汉江中下游干流水体极易发生NH3-N水环境容量超负荷现象。因此，在参考本研究所采用的河流一维水质模型计算结果的前提下，可对流域NH3-N负荷进行有效削减，以满足目前所规划的流域水体环境质量目标，保障汉江中下游干流水域水质功能的正常发挥。同时需要注意的是，尽管模型计算得出汉江中下游干流COD水环境容量余量较大，但由于模型计算结果具有一定的不确定性，未来汉江中下游干流COD的实际排放量也应以不超过目前的实际排放量为宜。

在调查的3条支流中，唐白河COD和NH3-N的水环境容量相对最大，竹皮河最小。天门河由于其水体功能规划类别较高，其COD和NH3-N的水环境容量也较唐白河小。由于前期的调查工作中未对支流的污染负荷进行分类汇总和统计，因此仅从模型计算得出的水环境容量结果来看，3条支流NH3-N的水环境容量基数均较小，与干流情况相似，也极易发生河流水体NH3-N水环境容量超负荷情况。其中尤其需要注意的是，尽管竹皮河的水质规划类别为Ⅳ类，但是其计算出的剩余水环境容量仍旧低于水质规划类别为Ⅱ～Ⅲ类的天门河，加之尚存在一定未进行调查的污染源入河量，其实际剩余有效水环境容量将更为有限。由此可推知，竹皮河目前的水环境生态安全性相对较低，极易受到NH3-N超负荷的影响而失去正常生态功能的稳定性。

综上，根据河流一维水质模型计算结果可推知，在汉江中下游流域干支流的水污染防治过程中尤其要注意对NH3-N负荷的削减控制，以保障全流域的水体安全。

3结 论

（1） 2015年，汉江中下游沿线城市的工业污染源、中心城镇生活污染源和规模化畜禽养殖污染源累计排入汉江干流河道的COD和NH3-N总量为340 572.15 t，其中COD占排放总量的90.21%，为主要入河污染物。

（2） 汉江中下游干流河道的污染源排放大多区段以中心城镇生活污染源为主，规模化畜禽源次之，工业源最低。其中，仅汉江潜江段以畜禽养殖污染源为主，且显著高于其它两类污染源排放。

（3） 根据模型计算结果可推知，汉江中下游干流河道COD的水环境容量目前尚较充足，但NH3-N的水环境容量已接近负荷阈值。支流唐白河、竹皮河和天门河的COD和NH3-N水环境容量基数较小，尤其是NH3-N。其中，竹皮河尽管规划类别较低，但实际剩余有效水环境容量依然较低，存在一定水环境安全风险。由于模型计算结果具有一定的不确定性，在汉江中下游流域水环境容量管理与规划中还应充分结合目前COD和NH3-N的实际排放情况进行综合考虑。

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引用本文：张强，刘巍，杨霞，容誉.汉江中下游流域污染负荷及水环境容量研究[J].人民长江，2019，50（2）：79-82.

Research on pollution load and water environmental capacity in middle and lower reaches of Hanjiang River

ZHANG Qiang， LIU Wei， YANG Xia， RONG Yu

（Hubei Academy of Environmental Science， Wuhan 430072， China）

Abstract： Based on the investigation and analysis of various pollution sources， pollution status quo in the middle and lower reaches of the Hangjiang River was analyzed with COD and NH3-N as index of pollution load， and main pollution sources were found. Choosing COD and NH3-N as main indicators， water environmental capacity was computed by one dimensional water quality model. Results indicated that the main pollution sources of the middle and lower reaches of the Hanjiang River were urban domestic sewage， scale livestock culturing and industry discharge; the pollution load discharged into the middle and lower reaches of the Hanjiang River was 340 572.15 t in 2015， most of which was COD; scale livestock culturing was the main pollution source to Qianjiang reach， and urban sewage for other reaches. According to the calculation result of the one-dimensional water quality model， the middle and lower reaches of the Hanjiang River have ample water environmental capacity of COD， but do not have enough residual water environmental capacity of NH3-N; the tributaries such as the Tangbai River， the Zhupi River and the Tianmen River both have low COD and NH3-N water environmental capacity.

Key words：pollution load; main pollution source;water environmental capacity; middle and lower reaches of Hanjiang River