污染负荷划分的一种水文估算方法及其应用

陈友媛¹ 惠二青¹ 吴德星² 邱汉学¹ 郑西来¹
（青岛海洋大学地球科学学院¹，环境与工程研究院²，青岛 266003）

1．前言

　　目前非点源污染在水环境的研究中越来越被重视。美国等发达国家的研究发现，即使是点源污染全部实现零排放，河流的达标率仅有65%，湖库的达标率仅有42%，且湖泊、水库、河口富营养化主要是来源于非点源污染。鉴于目前我国几乎没有比较连续的非点源水质水量同步监测资料，如何对非点源进行量化，已是急需要解决的问题。本文从水文学出发，考虑点源和非点源污染的形成和运移规律，提出了一种简便易用的污染负荷划分的水文估算方法，并应用到莱州湾的小清河流域，结果表明该估算方法对小清河流域的污染治理有指导意义。

2．研究方法

　　流域污染源可分为点源和非点源。点源污染是指工业和城市生活废水从排污口排入水体。非点源污染是指汛期地表径流携带的溶解态污染物及暴雨径流中的泥沙所携带的吸附态污染物汇入水体。故年污染负荷总量W_T可表示为：

　　式中C_g(t)、C_u(t)分别为汛期地表径流和河川基流中溶解态的污染物浓度变化过程，单位为mg/l；C_s(t)为汛期暴雨径流中泥沙吸附的污染物浓度变化过程，单位为m3/s；Q_g(t)、Q_u(t)分别为汛期地表流量和河川基流量过程，单位为m3/s；Q_s(t)为汛期径流携带的悬移质输沙量变化过程，单位为kg/s；t₀和t_e分别为年初和年末时刻，单位为s。
　　首先对方程(1)进行离散化处理，点源污染负荷量W_u因排放量稳定，可通过径流形成分析用直线斜割法从径流过程得河川基流量Q_u，点源污染物平均浓度C_u由枯季浓度的流量加权求出。

W_u=Q_uC_uΔt_u 　　　　　　　　　　　(2)

　　污染负荷量分溶解态污染负荷W_gu和暴雨径流中泥沙所携带的吸附态污染负荷Ws。溶解态污染负荷用流量加权平均浓度和年径流量相乘得到。非点源溶解态污染浓度C_g可用溶解态污染负荷W_gu和点源污染物负荷W_u之差，除以地表径流量得到，计算式如下：

　　根据Henry吸附定律，吸附态污染吸附量C_s=kC_g，式中k为分配系数。利用悬移质泥沙资料可以得到吸附态污染物浓度负荷量Ws。

W_s=C_sQ_sΔt_s 　　　　　　　　　　　(4)

3．结果与讨论

　　污染负荷划分的水文估算方法被应用于莱州湾小清河。因莱州湾是一半封闭性海湾，是我国北方重要渔场。近年来莱州湾近海海域环境质量日趋恶化，赤潮频频发生，尤其是暴雨季节小清河河口地区大批生物死亡，使莱州湾海域形成了无机氮浓度等值线均以小清河河口为轴心呈舌状分布状态，因此小清河污染是来源于点源污染还是非点源污染是解决莱州湾海域环境问题的关键所在。
　　3.1 径流分割
　　径流分割主要是将河流的不同补给源进行划分，河流枯水期流量的变化过程，实际上就是地下水补给的过程。小清河的地表径流主要形成于每年的6-9月。其余的月份即使有降雨，一般也不产流。在考虑该河流的地质、悬移质泥沙及水文气象条件下，用直线斜割法对小清河岔河站1996-1999年径流过程线进行了分割，计算结果从略。
　　3.2污染负荷的计算

表1 小清河岔河站污染负荷划分
Tab.1 Pollution load from different sources in the Chahe station of Qiaoqing river
单位：吨 年份 污染物 总负荷量 非点源 点源 溶解态负荷量 吸附态负荷量 非点源负荷总量 比例 负荷量 比例 1996 TIN 6527 3822 269 4091 62.7 2436 37.3 1997 8723 4083 935 5018 57.5 3705 42.5 1998 17976 10388 1295 11683 65.0 6293 35.0 1999 17509 11646 465 12111 69.2 5398 30.8 96-99平均 12729 7485 786 8271 65.0 4458 35.0

　　从表中可以看出：（1）近几年无机氮TIN（氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮）呈上升趋势。这是因小清河流域有济南和淄博两大城市，随着经济的发展，大量的工业和生活废水排入河道，加之农田的化肥和农药利用率降低，暴雨径流携带大量面源污染进入河流。（2）1996年和1998年的汛期非点源负荷高于1997和1999年，主要是暴雨集中且雨强大，导致莱州湾均发生较大面积的赤潮，这说明莱州湾赤潮的发生和暴雨径流的多少和雨强有关，即与非点源污染有关。（3）暴雨径流产生的泥沙所携带的吸附态污染物负荷量占总负荷量的6.5%。它与地形坡度，下垫面状况等土壤侵蚀因素有关。（4）对小清河的治理，不仅要加强点源的治理，还要作好汛期非点源的监控与防治工作，防止由于大暴雨或特大暴雨引发的突发性水体污染事件。

4、结论

　　本文提出的污染源负荷的划分方法，也是一种非点源估算方法。它是在常规的水文水质资料的基础上提出的一种简便、经济、实用的方法。它不仅可以用来估算不同年的非点源污染负荷量，还能估算不同频率代表年及某些特殊年份（如实际特丰年）或次洪水的非点源污染负荷量。该方法还对泥沙所携带的吸附态污染物负荷量进行了估算，结果表明该估算方法是可行的。