典型河网区城市地表水污染特征研究——以广州为例

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广州市位于珠江三角洲河网区,城市上游来自北江的8条较大支汊和广州北部的流溪河汇入广州城区;城市下游黄浦河道出口左岸是东江河网,右岸是沙湾水道等北江河网;广州城区的大小河涌有231条之多,因此广州是研究复杂河网区城市地表水污染特征较为典型的区域。广州市政府从1997年开始对部分河涌进行截污和整治,又以2010年第十六届亚运会(2010.11.12-2010.11.27)为契机,大力开展河涌的综合整治工作,包括截污、污水处理工程、水体治理、堤岸建设、景观创建、河道清淤等,但综合治理的效果还不清楚,整治工程后的地表水污染现状亟待分析与评价。  为研究最新地表水污染特征,提供水环境改善的部分数据,本文通过野外调研,选取代表性的30条地表水体断面,于2010年12月(枯水期)、2011年5月(平水期)和2011年8月(丰水期)期间,采集广州市内河涌、人工湖泊和上下游过境水体水样286个,并从理化指标、重金属和有机污染物(正构烷烃和多环芳烃)角度监测分析水体污染现状。用一种全新的河流水质评价方法——综合水质标识指数法对广州市内河涌及出入境水体进行了评价,并用聚类分析方法对监测水体进行了污染群分析。此外,首次从“雨水-雨水径流-河涌”的污染链出发,分析其污染特征,探讨雨水和雨水径流对代表性河涌(以沙河涌为例)的污染贡献。最后,于2011年5月对广州出入境水体老鸦岗、大石、沙洛围和黄浦四个断面进行了河流流量测定,并建立数学模型估算了营养盐、重金属和持久性有机污染物出入广州的年通量。  研究结果表明:广州采样河涌和出入境水体污染严重,与国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)比较,大部分水体劣于Ⅴ级标准;与水体功能区要求相比,水质达标率不高,广州市内河涌枯水期、平水期和丰水期达标率分别为24%、6%、41%,出入境水体达标率稍好,分别为27%、55%和73%。在季节变化上,由于雨水及大量径流的稀释,丰水期的污染物浓度最低,水体达标率最高。所有监测水体重金属浓度没有超过国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)的Ⅴ类标准,97%的断面维持在Ⅰ类和Ⅱ类标准。  本文首次归纳出了广州市内河涌污染的空间分布格局。城南海珠区河涌污染类型为“腹地型”,原因是海珠区腹地有很多断头涌,靠近人口密集的城中村,污染严重;城北河涌群为“羽翼型”空间污染,从城市东部黄浦区的乌涌到城市西部白云区的白云湖体现出“乡村-城郊-市区-城郊-乡村”的空间地理分布。  广州地面雨水径流污染负荷水平较高,径流过程存在“初始冲刷效应”,对周边水体具有较大污染潜力,但雨水对其径流污染物浓度贡献很小。雨水径流中TSS、CODcr、BOD5、TN、TP和DOC的浓度范围分别为39-435、37-380、9.9-145、1.2-12、0.24-5.0和5.1-66 mg/L,它们对代表性河涌(沙河涌)的贡献量分别为:102、98、34、2.1、0.44和19 g/次。初始的冲刷可以带走大量的地表污染物,因此控制初始冲刷是解决雨水径流污染的关键。  研究区域地表水体中的22种正构烷烃(从nC14到nC35,记为∑n-C14-35)总浓度范围为:160~28830 ng/L,均值为3680 ng/L;与国内外其它水体中n-alkanes浓度相比较,本研究水体中的n-alkanes浓度处于中等水平;∑n-C14-35主要来源于石油等化石燃料的燃烧。而水体中15种PAHs(EPA16种优控污染物除去萘,记作∑15PAH)浓度范围是222~3410 ng/L,平均值为938 ng/L;与国内外其它水体比较,本文研究区域水体PAHs的浓度处于较高水平;PAHs来源于燃料污染、石油污染等混合源。广州市内河涌∑n-C14-35和∑15PAH的浓度都高于出入境水体相应浓度,说明城市大量人类活动对水体有机污染有很大的影响。  除此,首次对广州出入境河流水体污染物做了通量分析,计算出广州上游入境水体中CODcr、BOD5、TN、TP、TOC和TSS的年通量分别为61、16、11、0.58、9.8和131×104吨/年;下游出境水体中CODcr、BOD5、TN、TP、TOC和TSS的年通量分别为88、24、13、0.59、14和158×104吨/年。总体来看,广州出入境水体对广州河涌中的无机污染物具有稀释作用。广州出入境水体中As、Se、Cd、Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、∑n-C14-35、∑15PAH的净通量分别为-99、-29、-7.3、-75、41、42、3.4、637、10和-6.1吨/年,因此难以确定广州出入境水体对广州河涌中重金属和有机污染物的贡献。  最后根据水质现状找出潜在问题,并提出水环境进一步改善的方针及具体对策,加强环境保护,减少地表水污染,使得城市与河流可持续发展。
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