降水對(duì)灃河水質(zhì)的影響分析

降水對(duì)灃河水質(zhì)的影響分析

0黃河水質(zhì)污染依然突出渭河是黃河的一條支流。隨著城市發(fā)展的加快，渭河流區(qū)水資源總量不足，供需矛盾突出。污染嚴(yán)重，水環(huán)境惡化。綜合處理進(jìn)展緩慢。根據(jù)2008年陜西省環(huán)境質(zhì)量報(bào)告，2008年河北省環(huán)境質(zhì)量污染仍在嚴(yán)重。13個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中,Ⅱ類、Ⅲ類水質(zhì)斷面各1個(gè),Ⅳ類水質(zhì)斷面2個(gè),劣Ⅴ類水質(zhì)斷面9個(gè),76.9%斷面超過(guò)水域功能標(biāo)準(zhǔn),主要污染物是石油類、氨氮、五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、揮發(fā)酚,其中氨氮和化學(xué)需氧量成為污染渭河的主要因素。針對(duì)水專項(xiàng)“十一五”階段目標(biāo)——灃河水環(huán)境綜合治理,灃河水污染治理對(duì)渭河治理具有典型性和示范性,因此通過(guò)研究重大支流污染情況,對(duì)治理渭河具有至關(guān)重要的作用。本文將針對(duì)渭河支流灃河的主要污染物COD和氮污染開展研究,揭示灃河水體污染特征,分析引起灃河水體污染的主要因素,為渭河流域水環(huán)境治理提供依據(jù)。1匯流而成流域?yàn)柡恿饔驅(qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)氣候,發(fā)源于秦嶺北邊,由灃峪河、高冠峪、太平河及潏河匯流而成,全長(zhǎng)78km,有各級(jí)支流21條,流域面積1386km2。多年平均降雨量(1960-2005年)為560~750mm,其中50%~60%集中在7-10月份,水質(zhì)監(jiān)測(cè)見表1,水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)間為2010年4月。1.1水質(zhì)狀況分類灃河發(fā)源于長(zhǎng)安區(qū)喂子坪鄉(xiāng)雞窩子以南的秦嶺北側(cè),至豐?？诙稳L(zhǎng)20km,高冠河和祥峪河河床為大塊礫石,水質(zhì)清澈,根據(jù)陜西省水質(zhì)功能區(qū)劃分為Ⅰ類水質(zhì)。調(diào)查結(jié)果分析,此段村莊較少,無(wú)工業(yè)廢水排入,但有個(gè)別度假村分布上游流域,產(chǎn)生的生活廢水及餐飲廢水未經(jīng)處理直接排入水體,從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,水質(zhì)高錳酸鉀指數(shù)、總氮指標(biāo)超過(guò)水質(zhì)功能區(qū)要求,主要由于沿河有度假村廢水排入水體,但由于河流自凈能力較強(qiáng),下游水質(zhì)有所改善。1.2甘花河流域潏河系灃河的一級(jí)支流,發(fā)源于秦嶺北側(cè)的甘花溪,流域面積687km2,主河道長(zhǎng)64.2km,大峪、小峪河、太乙河為潏河的三大源流。三大源流于兩河口匯流后始稱潏河。大峪河發(fā)源于羅家坪以上的甘花溪,河長(zhǎng)17km,流域面積58.6km2。小峪河發(fā)源于秦嶺北坡終南山北側(cè),流域面積59km2,多年平均徑流量0.238億m3。太乙河發(fā)源于秦嶺北側(cè)的甘秋池,流域面積46km2,多年平均徑流量0.2086億m3。滈河系潏河的主要支流,發(fā)源于秦嶺山區(qū)的耍線場(chǎng),流域面積282km2,河道長(zhǎng)46.4km。大峪河、小峪河、太乙河為潏河的三大源流水質(zhì)達(dá)到陜西省水質(zhì)功能區(qū)劃分Ⅰ類水質(zhì),源頭水受污染較小,主要由于村莊較少,無(wú)工業(yè)污染源排放,上游有少數(shù)度假村,規(guī)模較小,產(chǎn)生的生活污水無(wú)法排入水體,即使有少量污染源,通過(guò)河流自凈水質(zhì)也會(huì)得到改善。1.3降雨特征—降雨時(shí)灃河水質(zhì)特征在豐水期(2010.7-2010.10),利用秦渡鎮(zhèn)水文監(jiān)測(cè)站水質(zhì)采樣器采樣,采集一個(gè)降雨過(guò)程水樣,河流經(jīng)過(guò)開始漲水-漲水最高點(diǎn)—水位恢復(fù)點(diǎn),在不同降雨時(shí),共采集了5次降雨過(guò)程,取其中一組具有代表性的數(shù)據(jù)分析河流受降雨影響,水樣經(jīng)過(guò)酸化處理后帶回實(shí)驗(yàn)室分析,其中降雨前河流流量為4.6m3/s,未降雨和降雨過(guò)程水質(zhì)(稱W)分析見表2。同時(shí)做對(duì)比試驗(yàn),以降雨時(shí)河流流量與降雨前流量的比值(簡(jiǎn)稱流量比Q)為稀釋倍數(shù),將原水樣進(jìn)行稀釋,得出的水質(zhì)(稱H)為河流未受降雨因素影響時(shí)水質(zhì)特征,見表3。通過(guò)對(duì)比表2和表3,可以分析河流受污染特征。2結(jié)果與分析2.1h后至11.8m3/s一個(gè)雨期過(guò)程河流徑流量與水質(zhì)之間的關(guān)系,見圖1。從圖1可知,降雨前河流流量為4.6m3/s,降雨2h后到11.8m3/s時(shí),COD、NH3-N有明顯下降趨勢(shì),隨后隨著降雨引起的流量增大而上升,流量到63.5m3/s時(shí)達(dá)最大值,隨后隨降雨量減小,地表徑流也相應(yīng)減小,水質(zhì)恢復(fù)至正常。根據(jù)圖1還可以看到NO3--N、TN、TP從降雨開始一直增大,至最大流量時(shí)達(dá)最大值,隨后隨河流流量降低而下降。2.2降水變化引起的主要原因2.2.1農(nóng)田徑流污染負(fù)荷o3--n降雨產(chǎn)生的地表徑流是引起河流NO3--N上升的主要原因,從圖1可知,NO3--N一直隨著河流流量變化,而河流流量增大主要來(lái)自農(nóng)田地表徑流,灃河流域主要在農(nóng)村地區(qū),降雨對(duì)地表的沖刷主要表現(xiàn)為對(duì)裸露土壤的沖刷,附著在土壤顆粒上的污染物如化肥、農(nóng)藥、牲畜的糞便等就隨著土壤顆粒被雨水徑流或灌排水?dāng)y帶至水體中。而氮素的地表徑流輸出以NO3--N為主,大量的農(nóng)業(yè)施肥無(wú)機(jī)氮也進(jìn)入土壤,大量的參殘余氨氮未被植物所吸附,在好氧條件下,土壤中礦化釋放的NH4+-N一級(jí)肥料胺,很快被氧化為NO3--N;土壤膠體一般帶負(fù)電荷,NH4+-N帶正電荷,已被土壤吸附,而NO3--N帶負(fù)電荷,不易被土壤吸附,因此有降雨時(shí),尤其暴雨時(shí),地表徑流會(huì)攜帶大量NO3--N進(jìn)入河流,造成水體污染。據(jù)研究,農(nóng)田降雨徑流水質(zhì)污染負(fù)荷在一定程度上與流域土地利用狀況、氣候狀況、地形特點(diǎn)、排水區(qū)的土壤類型和耕種強(qiáng)度等有關(guān),控制農(nóng)藥、化肥的施用量和改善田間灌排水條件,有助于控制農(nóng)田徑流污染。從圖2、圖3可看出,NO3--N、TN的WNO3--N/HNO3--N、WTN/HTN的比值有著相似的變化趨勢(shì),隨著降雨引起的地表徑流增大而增大,在最大流量74.8m3/s處達(dá)到最大值,此時(shí)稀釋比Q為16時(shí),WNO3--N/HNO3--N是稀釋后的23倍,WTN/HTN29.3倍,說(shuō)明降雨形成的地表徑流引起的面源污染是灃河TN污染的主要因素,并且NO3--N和TN有著很好的相關(guān)性,因此,降雨引起的地表徑流量對(duì)灃河NO3--N、TN負(fù)荷影響顯著。2.2.2降雨對(duì)河流污染源的影響降雨徑流污染是指降雨淋洗大氣、沖刷地面與土壤中的污染物使其進(jìn)入地表水和地下水而造成水環(huán)境的污染。城市地表污染物是城市地表徑流面源污染的主要污染來(lái)源,城市地表污染物表現(xiàn)為晴天累積于地表,雨天被沖刷進(jìn)入排水系統(tǒng),匯集后排入水體的特征。雨強(qiáng)越大,歷時(shí)越長(zhǎng),形成的徑流量越多,對(duì)地表的沖刷也更厲害,勢(shì)必?cái)y帶累積于地表上的各種污染物通過(guò)下水道或者直接排入江河湖泊,對(duì)地表水和地下水造成了污染。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心在2003-2005年對(duì)武漢市十里鋪集水區(qū)12次降雨徑流的水量和水質(zhì)過(guò)程監(jiān)測(cè)分析,地表徑流COD濃度在9.4~143.3mg/L,TN濃度為0.85~9.86mg/L,其中氨氮為0.58~8.2mg/L。由于不同次降雨量、降雨強(qiáng)度、降雨歷時(shí)等降雨因子和雨前污染物的累積程度不同,次降雨徑流污染負(fù)荷存在明顯的差異。圖4、圖5的WCOD/HCOD,WNH4+/HNH4+的比值有著相似的變化趨勢(shì),即不是在流量最大處達(dá)到最大值,而是在之后63.5m3/s達(dá)到最大值,當(dāng)河流流量COD、氨氮都達(dá)最大值時(shí),WCOD/HCOD,WNH4+/HNH4+比值分別為29.8、11.5,從表觀分析可知,降雨引起了灃河嚴(yán)重污染。從圖4可知,HCOD在未降雨時(shí)濃度為36.9mg/L,而后在整個(gè)降雨過(guò)程中WCOD始終沒有降雨前濃度高,說(shuō)明地表徑流形成的面源污染對(duì)灃河COD變化影響不顯著;從圖5可知,HNH4+在降雨前為0.46mg/L,降雨后隨著降雨量增大在流量最大處74.8m3/s濃度大于降雨前,之后一直增大到63.5m3/s處達(dá)最大值,隨著降雨量減小,最后接近降雨前水質(zhì),因此氨氮也存在面源污染和點(diǎn)源污染的因素。結(jié)合調(diào)查資料和水質(zhì)數(shù)據(jù)可知,灃河COD、氨氮污染主要來(lái)自點(diǎn)源污染,灃河流域80%支流流入潏河,而這些支流多流經(jīng)農(nóng)村村落,農(nóng)村產(chǎn)生的生活污水有限,且就近排入支流或者溝渠后匯入支流,但河流水量較小,水流緩慢,幾乎靜止,據(jù)粗略估算潏河入灃河處流速小于0.05m/s,因此農(nóng)村生活點(diǎn)源排放的污染物長(zhǎng)期滯留在河道中,而水體自凈能力較差,當(dāng)降雨形成較大流量時(shí)攜帶有機(jī)物進(jìn)入河流。因此從圖4、5可知,降雨開始一段時(shí)間內(nèi),COD、氨氮濃度變化不大或者是降雨對(duì)河道污染物稀釋造成濃度有所下降,當(dāng)降雨使得農(nóng)村河道污染物全部進(jìn)入干流后及灃河干流隨著源頭水更替后,此時(shí)點(diǎn)源污染達(dá)到圖3、圖4所對(duì)應(yīng)的最大值,之后隨著降雨繼續(xù),水質(zhì)不斷得到更新,污染物濃度逐漸降低到較低水平。因此,綜合以上分析可知,降雨會(huì)引起灃河COD、氨氮濃度升高,而污染物主要來(lái)自農(nóng)村生活污水點(diǎn)源排放,降雨促使了此類污染物進(jìn)入河流,因此可知,農(nóng)村生活點(diǎn)源污染是影響灃河COD和氨氮水質(zhì)污染的根本原因。2.2.3沒有達(dá)到地表iii類水質(zhì),且污染水體嚴(yán)重NH4+和NO3--N是灃河氮素污染的主要因子,從以上數(shù)據(jù)和調(diào)查分析,NH4+是以點(diǎn)源形式排放,隨著降雨進(jìn)入河流,而NO3--N主要存在農(nóng)田中,也隨著降雨形成的地表徑流進(jìn)入河流,因此,可以從河流水質(zhì)變化中分析得出NH4+和NO3--N對(duì)灃河氮素的貢獻(xiàn)量。從圖6可知,NH4+、NO3--N變化在整個(gè)降雨過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定,NO3--N占主要因素,從表2、表3計(jì)算可知,NH4+、NO3--N分別占總氮的19.8%、56.3%。常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè),灃河水質(zhì)除了總氮超標(biāo)外,COD、NH4+基本能滿足水域功能要求,因此可知,灃河NO3--N污染來(lái)自面源污染和點(diǎn)源污染兩方面因素。陳利頂?shù)热送ㄟ^(guò)對(duì)于橋水庫(kù)流域1999-2000年枯水期(6月)、豐水期(8月)和平水期(10月)地表水體采樣分析,研究了地表水中水溶性氮濃度(硝態(tài)氮+氨氮)的季節(jié)動(dòng)態(tài)變化特征,主要可以分為3種變化模式。Ⅰ平水期>豐水期>枯水期;Ⅱ豐水期>平水期>枯水期;Ⅲ平水期>枯水期>豐水期;Ⅳ豐水期>枯水期>平水期;Ⅴ枯水期>平水期>豐水期;Ⅵ枯水期>豐水期>平水期。2.2.4生活點(diǎn)源排放經(jīng)過(guò)對(duì)灃河流域?qū)嶋H調(diào)查發(fā)現(xiàn),農(nóng)村生活污水排放主要為就近排放,即靠近河流大的集鎮(zhèn)建有生活污水排放溝渠,比較遠(yuǎn)的村落污水一般排入附近的深溝或旱渠,即通過(guò)最原始的土地處理方法達(dá)到污水初級(jí)處理的效果,農(nóng)村生活污水主要為洗衣、洗澡等,廁所基本為旱廁,因此排放廢水水質(zhì)簡(jiǎn)單,COD、氨氮排放濃度較低;但隨著灃河流域經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,出現(xiàn)了新農(nóng)村、大學(xué)城等集中排放生活污水的點(diǎn)源,建設(shè)有統(tǒng)一的污水排放管網(wǎng),生活污水與城市生活污水水質(zhì)無(wú)較大差別,且暫時(shí)未建污水處理工藝,只是通過(guò)簡(jiǎn)單的化糞池處理后直接排入水體。灃河流域內(nèi)大的城鎮(zhèn)、大學(xué)及新農(nóng)村,為固定排放點(diǎn)源,簡(jiǎn)稱社園污水。因此點(diǎn)源治理工程應(yīng)主要圍繞這類項(xiàng)目建設(shè),但建設(shè)初期所排放污水未能經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理而直接排入水體。此類生活污水經(jīng)過(guò)相應(yīng)處理后情況見表4。從表4可以看出,由于灃河現(xiàn)未達(dá)到地表水III類水質(zhì),僅經(jīng)化糞池處理排放水體后,會(huì)嚴(yán)重污染河流水體,NH3-N、NO3--N和COD為主要污染因素。由于現(xiàn)行城鎮(zhèn)污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)未要求氮的去除,經(jīng)過(guò)生物二級(jí)處理的出水會(huì)產(chǎn)生大量的NO3--N,而NO3--N是引起河流水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。從而可知,社園生活污水是灃河點(diǎn)源污染的主要因素,治理工作應(yīng)盡快實(shí)施。2.2.5對(duì)大氣的污染近年來(lái)生活、生產(chǎn)中的燃煤燃?xì)饧叭加土坎粩嘣黾?居住區(qū)、工廠、汽車等排放的廢氣、粉塵等嚴(yán)重污染了我們生存的大氣環(huán)境,而雨水在降落過(guò)程中對(duì)大氣起到淋洗的作用,空氣中的粉塵顆粒物、可溶性的氣體就隨著雨水降落至地面,使本來(lái)水質(zhì)很好的雨水造成污染,最明顯的例子就是酸雨的產(chǎn)生。此外,農(nóng)村大量的養(yǎng)殖廢水、鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)廢水等排放大量廢水,尤其養(yǎng)殖廢水,屬高濃度有機(jī)廢水,現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)對(duì)家禽糞便的不合理處置,隨意就進(jìn)排入小河流,最總匯入大的河流。企業(yè)廢水無(wú)組織無(wú)處理隨意排放,嚴(yán)重的已經(jīng)引起當(dāng)?shù)氐叵滤廴?導(dǎo)致當(dāng)?shù)厝罕婏嬎щy。3環(huán)境危害日趨嚴(yán)重(2)氨氮和COD是非降雨時(shí)段灃河點(diǎn)源污染的主要形態(tài),主要來(lái)自于灃河流域的工業(yè)污水、城鎮(zhèn)及高校生活污水和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)廢水。高濃度家禽廢水無(wú)組織排放引起嚴(yán)重的點(diǎn)源污染。非點(diǎn)源污染對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、水資源、流域水文過(guò)程和水生生物棲息環(huán)境形成的危害日趨嚴(yán)重。潏河干流受污染嚴(yán)重,從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)查分析,可分為以下主要原因:流域面積較廣,灃河80%的