鹤岗市关门嘴子水库受水区水污染负荷特征分析及预测
作者：刘派
来源：《广东蚕业》 2017年第7期
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引言
污染负荷是通过各种途径进入地表水的污染物数量，它是影响地表水水质的主要因素，流域污染负荷的全面解析是识别流域污染重点区域的有效手段,也是污染物排放总量控制的重要技术[1-2]。
近年来，我国学者开始开展流域水污染负荷的解析与核算研究，众多学者应用经验模型及统计学模型构建了相关计算方法并在国内各流域加以应用，如李珊等人应用一维稳态河流水质模型对国内多条河流的污染负荷进行了估算[3,4],路雨等人通过构建稳态河流水质模型并在实际应用后提出了多种改进方法[5,6]。郑东海等运用统计学原理构建了流域非点源污染负荷估算模型,并在黄河、淀山湖和赣江等流域开展了污染负荷解析的相关工作[7]。郭瑞敏根据辽河流域内畜禽养殖情况对污染排放进行了研究，估算了辽河在吉林省境内的畜禽养殖污染负荷[8]。可见流域污染负荷特征分析已得到一定的关注，该项工作的开展对流域水体污染特征监控及水资源开发具有一定指导作用。
关门嘴子水库是位于松花江一级支流梧桐河上游干流的首座控制性水利工程，水库建成运行后控制流域上的细磷河、梧桐河干流段、石头河、鹤立河等汇水区，主要接纳附近城镇的生活污水和工业污水、规模化畜禽养殖废水、农业面源污染。目前，受水区梧桐河干流属于IV水体，支流细鳞河、石头河、鹤立河属于Ⅲ～Ⅳ水体，梧桐河干流现状水质基本能达到目标水质要求，但支流石头河、鹤立河现状水环境容量（纳污能力）较小，现状水质较差。关门嘴子水库工程运行后，区内地表水利用率将大幅增高，在给受水区增加水资源量的同时，也势必会增加受水区水污染的风险。因此，分析现状条件下水库受水区的水污染负荷特征并对其进行预测，对区域水资源开发利用及生态环境保护具有重要理论和实际意义。
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研究区概况
关门嘴子水库位于黑龙江省鹤岗市境内松花江一级支流梧桐河上游，距鹤岗市区北约30 km，坝址以上流域面积1 846 km2。鹤岗市位于黑龙江省东北部，北临黑龙江，坐落在小兴安岭与三江平原的缓冲地带，地处东经129°40′-132°31′，北纬47°4′-48°9′之间。
本区属中温带大陆性季风气候区，主要气候特点表现为冬季严寒漫长，雨雪少，春季风大干旱，夏季炎热短暂，降雨集中，秋季凉爽，降温快，常伴有早霜。全市多年平均气温为1.5 ℃-3.0 ℃，最高气温在7月份，平均为20 ℃-22 ℃，最低气温在1 月份，平均为-19.4 ℃。
鹤岗地区分布有山丘区河流、山丘平原型河流、平原沼泽型河流。洪水又有春、夏两个汛期。春汛洪水发生时间为4 、5 月份，主要由融雪、融冰形成，故洪水峰、量均不大。夏汛洪水发生时间为6 月-9 月份，夏汛洪水由暴雨形成。山丘区河流有梧桐河、鸭蛋河等河流，往往在山区干流形成涨快落慢的暴雨兴洪水。山区、平原型河流有嘟噜河、鹤立河、石头河等河
流，上游山区暴雨集中，雨强大，产汇流条件好，较易形成长时间的季节性洪水。平原沼泽型河流有蜿蜒河等河流，该地区西南高、东北低，比降很缓，没有明显的河身，暴雨期常形成地面积水，洪水持续时间约1 个月左右。
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受水区水污染负荷分析
3.1 水污染排放现状
工程受水区涉及梧桐河干流、支流细磷河、鹤立河等，最终由梧桐河汇入松花江。本文主要针对关门嘴子水库工程以下梧桐河干支流汇水区污染源，即细鳞河、细鳞河以下至石头河以上梧桐河干流段、石头河、鹤立河4 个控制单元的污染源进行分析，主要包括工业废水、城镇生活污水、规模化畜禽养殖废水，以及农业面源污染。根据流域城镇生活污染源、工业污染源和农业污染源的污染负荷分析可知，各控制单元污水排放量5 627.11万t，其中城镇生活污水和工业废水分别占50.8 %和49.2 %；化学需氧量排放量17 570.611 t，其中城镇生活污水排放7 407.70 t、工业排放5 239.41 t，分别占42.2 %和29.8 %；氨氮排放量2 186.47 t，其中城镇生活污水排放1111.61 t、农业面源污染排放871.23 t，分别占50.8 %、39.8 %；总氮排放量4409.22 t，其中，城镇生活污水排放、农业面源污染排放分别占32.1 %、62.7 %；总磷排放量569.19 t，其中农业面源污染排放占75.8 %。
3.2 受水区污染负荷预测
3.2.1 受水区用水供需分析
鹤岗市区供水水源主要包括地表水工程、地下水井、污水处理回用及煤矿疏干水。2014年总供水量11 842万m3，其中地表水资源量5 383万m3，地下水资源量3 292万m3，其他水源3 167万m3，现状年2014年供水需水基本平衡。
受水区用水需求在预测年2030年将大幅增长，包括区内居民生活用水、工业用水、绿化需水、管道渗流等损耗水量及农业灌溉需水等。居民生活用水情况可根据居民人口增长情况结合用水定额确定，需水量为5 421 万m3。工业总需水量包括一般工业需水量、高用水工业需水量以及火电工业需水量，根据区域发展规划及工业用水定额确定总需水量为18 641万m3。绿化用水根据城市总体发展规划及相关用水定额确定总需水量为775 万m3。管网漏损水量取城镇居民综合用水、工业用水及城镇绿地道路用水之和的12 %；未预见水量取城镇居民综合用水、工业用水、城镇绿地道路用水及管网漏损水量四项水量总和的8%，确定渗流及未预见总需水量分别为2 285万m3和1 706万 m3。关门嘴子水库灌区灌溉面积为53.83 万亩，其中水田灌溉面积33.94万亩、旱田灌溉面积19.89 万亩，项目多年平均灌溉缺水量为7 520 万m3。
3.2.2 库区污染负荷预测
库区污染源预测主要考虑面源污染，研究区内面源污染可按农村生活污水污染、养殖业畜禽粪便污染及农田径流污染及自然背景四部分来进行分析。
①农村生活污水污染
农村生活污水污染负荷计算公式如下：
式中： i—代表某种污染物；—农村生活污水污染负荷，t/a；—非集中排水区人口数，人；—农村人均污染物排放量，g/人·d；—农村生活污水入河系数（取0.3 ）。
根据《污染源普查产排污系数手册》、《黑龙江省地方标准用水定额》（DB23/T727-2010）与《村镇供水工程技术规范》（SL301-2004），结合库区农村经济发展状况，确定农村人均生活污水污染排放量（表1）。
②养殖业畜禽粪便污染
根据调查，关门嘴子水库库区畜禽养殖集约化程度很低，计算中未区分规模化养殖及散养，将库周畜禽养殖产生污染负荷均作为面源处理。
畜禽养殖污染负荷计算公式如下：
式中：i—代表某种污染物；—畜禽养殖产生的污染负荷，t/a；N—畜禽存栏数，头或只；—单位畜禽污染物排放量，kg/（头·a）；—畜禽养殖污染物入河系数（取0.10 ）。
根据《污染源普查产排污系数手册》等资料中的单位畜禽污染物排放负荷进行估算（表1）。
③农田径流污染
农田径流污染负荷计算公式
式中：i—代表某种污染物；—农田径流污染负荷，t/a；A —耕地面积，hm2；单位耕地面积污染物排放量，kg/(hm2·a)；—农田径流入河系数（取0.8 ）。
根据《污染源普查产排污系数手册》，农田化肥流失系数见表1。
④自然背景排放污染物
泥沙在流失过程中携带大量吸附态污染物，现状情况下侵蚀模数为21.00 t/km2/a，随着库区森林植被的逐渐恢复，水土流失强度将不断降低，规划水平年侵蚀模数为现状的80 %，水土流失污染物负荷估算公式：
式中：是流域／区域随泥沙运移输出的污染负荷（t）；是某一种土地利用类型单位面积泥沙流失量(t/km2)；是某一种土地利用类型面积(km2)；是污染物富集系数；是土壤中总氮、总磷平均含量(mg/kg)。总磷富集比约2.0 ，总氮富集比约2.0 -4.0 。氨氮流失量按总氮流失量的10 ％进行估算。
根据水库坝址以上流域为1 846 km2，土壤中TN 0.21 g/kg、TP 0.11 g/kg，据此估算每年森林水土流失造成的总氮、总磷流失量分别为26.0 t、9.07 t、氨氮流失量为2.6 t。
鹤岗市关门嘴子水库受水区水污染负荷特征分析及预测
