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摘 要：瓜泾口北断面为重点流域控制断面，2019年水质考核目标为Ⅳ类，2015年12個月水质监测结果显示，瓜泾口北断面氨氮尚不能达标。该研究对瓜泾口北断面水环境现状进行了调查，分析了污染物入河量及构成，诊断和识别主要水环境问题，通过水文水质模型构建及模拟计算，提出保障断面达标的污染物削减方案。
关键词：重点流域控制断面；污染物入河量；模型构建；削减方案；断面达标
中图分类号 X26 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）16-0083-04
Research on Pollution Source Apportionment and Section Attaining Standards of North Guajingkou
Niu Chuan1 et al.
（1Jiangsu Key Laboratory of Environmental Engineering，Jiangsu Province Academy of Environmental Science，Nanjing 210036，China）
Abstract：The section of North Guajingkou is key watershed control section，and the water quality assessment objective for 2019 is class Ⅳ.Water quality monitoring results of twelve months in 2015 showed that the water quality index of ammonia nitrogen could not achieve standards.The present water environment situation of North Guajingkou section is investigated，the pollutant inlets into river and constitute are analyzed，and the main water environmental problems are diagnosed and identified.Through construction and simulation calculation of hydrology and water quality model，the pollutant reduction plan is put forward to ensure attaining standards of the section.
Key words：Key watershed control section；Pollutant inlets into river；Model construction；Reduction plan；Section attaining standards
1 研究區域及概况
瓜泾口北断面位于江苏省吴中区郭巷街道，为京杭运河吴中段下游的行政交界控制断面、十二五重点流域控制断面、河长制断面，2019年“水十条”水质考核目标为Ⅳ类水，2015年12个月水质监测结果显示，瓜泾口北断面氨氮尚不能达标。
吴中区地处长江下游，为太湖水网平原的一部分，境内水网稠密，江河湖泊众多。全区最高水位平均值3.38m，最低水位平均值2.43m，常年水位平均值2.83m。京杭运河由北至南沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，通航里程为1442km，主要分布在山东济宁市以南、江苏和浙江三省。吴中段属京杭运河江南运河段，流向为向南流[1-2]。
京杭运河是吴中区的主要河流，瓜泾口北断面是考核吴中区出境水质的主要断面之一，确保瓜泾口北断面水质达标对保障京杭运河及吴中区出境水质达标具有重要意义。本研究的研究范围包括吴中区城南街道、郭巷街道、吴中高新区以及越溪街道、横泾街道、临湖镇、东山镇[3]。
2 水环境现状调查分析与评估
2.1 水环境质量现状 根据2015年水质监测情况，从水质指标月均值角度分析，瓜泾口北断面水质属于地表水Ⅴ类，超标的主要因子为氨氮，其中氨氮属Ⅴ类水质范畴。
2.1.1 年际变化 根据瓜泾口断面近5年水质情况，对主要考核指标（高锰酸盐指数、氨氮、总磷）做变化分析，如图1所示。由图1可以看出，近5年来瓜泾口北水质总体有所改善。其中，高锰酸盐指数较为稳定，基本维持在Ⅲ类水标准；氨氮浓度在2012—2014年持续上升并超过Ⅴ类水范畴，2015年有所改善，但仍超过Ⅳ类水标准；总磷浓度值2011年能够维持在Ⅳ类水标准之内，并在2012年后稳定在Ⅲ类水标准。
2.1.2 逐月变化 以下分析瓜泾口北断面2015年1—12月份水质监测数据。由图2可知，2015年度，瓜泾口北断面高锰酸盐指数基本保持在6mg/L以下，相对稳定，能够达到Ⅳ类水质的考核要求；氨氮浓度月间变化幅度较大，9月该指数低于Ⅲ类水质1mg/L的标准值，3月份氨氮浓度超过Ⅴ类水质标准限值，属劣Ⅴ类范畴，其他月份均超过Ⅳ类水质标准值；总磷指数基本维持在Ⅲ类水标准，水质情况相对稳定，且能达到Ⅳ类水质考核要求。
2.2 污染物入河量及构成 研究范围内污染源主要为工业和生活污染源，无农业污染源，各污染源入河总量见表1。由表1可知，区域内污染物入河量中化学需氧量、氨氮和总磷主要来源于接管生活污染源，分别占59.73%、57.38%和67.65%。
3 水文水质模型构建
3.3 模型污染源概化 次计算共概化点源排污口3个，分别为城区污水处理厂、城南污水处理厂和城东污水处理厂，概化点源排污口信息见表2。 3.4 边界条件选取及参数率定 根据模型河网概化结果，选取10个边界断面，边界具体位置见图3，模型水动力边界条件采用逐月水文巡测资料，水质边界条件采用逐月水质监测资料[7-8]。采用河网内斜港大桥断面的逐月水质监测数据进行水质模型的参数率定，率定得到COD的降解系数为0.09～0.13d-1，氨氮的降解系数为0.06～0.09d-1，TP的降解系数为0.06～0.1d-1。斜港大桥断面水质计算值和实测值的对比结果见图5，研究区域水质模型计算值与实测值吻合较好，COD的平均相对误差小于9.7%，氨氮的平均相对误差小于14.99%，TP的平均相对误差小于11.96%，说明该模型可用于描述研究区域的水质变化过程[9-10]。
4 整治任务及削减方案
4.1 水环境整治任务 根据以上分析，京杭运河水体纳污能力有限，加之沿岸多种污染源排放氨氮、总磷进入水体，对瓜泾口北断面水质造成影响。根据水环境污染现状，拟开展工业、生活等污染源整治，加快污水处理厂配套管网及农村生活污水处理设施建设，推进工业企业废水集中处理及清洁生产审核等工业点源污染治理；同时要采取强化上游来水污染预警与防控、加强航道管理及污染治理、加快产业结构调整及推进监管体系建设等污染防治措施，保障断面按期稳定达标[11]。
4.2 污染物削減方案制定 根据水环境整治任务对研究范围提出污染物削减方案[12-13]，方案见表3。
5 结论
瓜泾口断面的污染状况是由多种污染因素叠加的结果，通过污染源解析、模型预测及制定相应的污染物削减方案，实施相应的综合整治工程，可直接提高入河污染物削减总量，使瓜泾口北断面氨氮年均浓度达到1.07mg/L，在保障上游来水达标及整治工程落实到位的前提下，可以实现瓜泾口北断面按期稳定达标。
参考文献
[1]赵振兴，何建军.水力学[M].北京：清华大学出版社，2010.
[2]中国环境规划院.全国水环境容量核定技术指南[R].北京：中国环境规划院，2003.
[3]俆心彤，逄勇.吴江市水功能区纳污能力及限制排污总量研究[J].水资源与水工程学报，2014，25（1）：52-55.
[4]李捷陈，俊英，苏晓，等.基于圣维南方程组的水位流量单值关系应用[J].人民黄河，2016，38（1）：22-27.
[5]Brunner，Gary W.HEC-RAS River Analysis System[M].U.S.：Hydrological Engineering Center，2008.
[6]Brunner，Gary W.HEC-RAS Reference Manual [M].U.S.：Hydrological Engineering Center，2008.
[7]叶旭.温瑞塘河流域污染物总量控制研究[D].杭州：浙江大学，2002.
[8]罗缙，逄勇，罗清吉，等.太湖流域平原河网区往复流河道水环境容量研究[J].河海大学学报：自然科学版，2004，32（2）：144-146.
[9]卢士强，徐祖信.平原河网水动力模型及求解方法探讨[J].水资源保护，2003，19（3）：5-9.
[10]潘晓春.天然河道水面曲线的迭代算法[J].电力勘测，2002，35：54-58.
[11]王飛儿，徐向阳，方志发，等.基于COD通量的钱塘江流域水污染生态补偿量化研究[J].长江流域资源与环境，2009，18（3）：259-263.
[12] 杨松彬，董志勇.河网概化密度对平原河网水动力模型的影响研究[J].浙江工业大学学报，2007，35（5）：567-570.
[13]马倩，刘俊杰，高明远.江苏省入太湖污染量分析（1998-2007年）[J].湖泊科学，2010，22（1）：29-34. （责编：张宏民）
关键词：重点流域控制断面；污染物入河量；模型构建；削减方案；断面达标
中图分类号 X26 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）16-0083-04
Research on Pollution Source Apportionment and Section Attaining Standards of North Guajingkou
Niu Chuan1 et al.
（1Jiangsu Key Laboratory of Environmental Engineering，Jiangsu Province Academy of Environmental Science，Nanjing 210036，China）
Abstract：The section of North Guajingkou is key watershed control section，and the water quality assessment objective for 2019 is class Ⅳ.Water quality monitoring results of twelve months in 2015 showed that the water quality index of ammonia nitrogen could not achieve standards.The present water environment situation of North Guajingkou section is investigated，the pollutant inlets into river and constitute are analyzed，and the main water environmental problems are diagnosed and identified.Through construction and simulation calculation of hydrology and water quality model，the pollutant reduction plan is put forward to ensure attaining standards of the section.
Key words：Key watershed control section；Pollutant inlets into river；Model construction；Reduction plan；Section attaining standards
1 研究區域及概况
瓜泾口北断面位于江苏省吴中区郭巷街道，为京杭运河吴中段下游的行政交界控制断面、十二五重点流域控制断面、河长制断面，2019年“水十条”水质考核目标为Ⅳ类水，2015年12个月水质监测结果显示，瓜泾口北断面氨氮尚不能达标。
吴中区地处长江下游，为太湖水网平原的一部分，境内水网稠密，江河湖泊众多。全区最高水位平均值3.38m，最低水位平均值2.43m，常年水位平均值2.83m。京杭运河由北至南沟通海河、黄河、淮河、长江、钱塘江五大水系，通航里程为1442km，主要分布在山东济宁市以南、江苏和浙江三省。吴中段属京杭运河江南运河段，流向为向南流[1-2]。
京杭运河是吴中区的主要河流，瓜泾口北断面是考核吴中区出境水质的主要断面之一，确保瓜泾口北断面水质达标对保障京杭运河及吴中区出境水质达标具有重要意义。本研究的研究范围包括吴中区城南街道、郭巷街道、吴中高新区以及越溪街道、横泾街道、临湖镇、东山镇[3]。
2 水环境现状调查分析与评估
2.1 水环境质量现状 根据2015年水质监测情况，从水质指标月均值角度分析，瓜泾口北断面水质属于地表水Ⅴ类，超标的主要因子为氨氮，其中氨氮属Ⅴ类水质范畴。
2.1.1 年际变化 根据瓜泾口断面近5年水质情况，对主要考核指标（高锰酸盐指数、氨氮、总磷）做变化分析，如图1所示。由图1可以看出，近5年来瓜泾口北水质总体有所改善。其中，高锰酸盐指数较为稳定，基本维持在Ⅲ类水标准；氨氮浓度在2012—2014年持续上升并超过Ⅴ类水范畴，2015年有所改善，但仍超过Ⅳ类水标准；总磷浓度值2011年能够维持在Ⅳ类水标准之内，并在2012年后稳定在Ⅲ类水标准。
2.1.2 逐月变化 以下分析瓜泾口北断面2015年1—12月份水质监测数据。由图2可知，2015年度，瓜泾口北断面高锰酸盐指数基本保持在6mg/L以下，相对稳定，能够达到Ⅳ类水质的考核要求；氨氮浓度月间变化幅度较大，9月该指数低于Ⅲ类水质1mg/L的标准值，3月份氨氮浓度超过Ⅴ类水质标准限值，属劣Ⅴ类范畴，其他月份均超过Ⅳ类水质标准值；总磷指数基本维持在Ⅲ类水标准，水质情况相对稳定，且能达到Ⅳ类水质考核要求。
2.2 污染物入河量及构成 研究范围内污染源主要为工业和生活污染源，无农业污染源，各污染源入河总量见表1。由表1可知，区域内污染物入河量中化学需氧量、氨氮和总磷主要来源于接管生活污染源，分别占59.73%、57.38%和67.65%。
3 水文水质模型构建
3.3 模型污染源概化 次计算共概化点源排污口3个，分别为城区污水处理厂、城南污水处理厂和城东污水处理厂，概化点源排污口信息见表2。 3.4 边界条件选取及参数率定 根据模型河网概化结果，选取10个边界断面，边界具体位置见图3，模型水动力边界条件采用逐月水文巡测资料，水质边界条件采用逐月水质监测资料[7-8]。采用河网内斜港大桥断面的逐月水质监测数据进行水质模型的参数率定，率定得到COD的降解系数为0.09～0.13d-1，氨氮的降解系数为0.06～0.09d-1，TP的降解系数为0.06～0.1d-1。斜港大桥断面水质计算值和实测值的对比结果见图5，研究区域水质模型计算值与实测值吻合较好，COD的平均相对误差小于9.7%，氨氮的平均相对误差小于14.99%，TP的平均相对误差小于11.96%，说明该模型可用于描述研究区域的水质变化过程[9-10]。
4 整治任务及削减方案
4.1 水环境整治任务 根据以上分析，京杭运河水体纳污能力有限，加之沿岸多种污染源排放氨氮、总磷进入水体，对瓜泾口北断面水质造成影响。根据水环境污染现状，拟开展工业、生活等污染源整治，加快污水处理厂配套管网及农村生活污水处理设施建设，推进工业企业废水集中处理及清洁生产审核等工业点源污染治理；同时要采取强化上游来水污染预警与防控、加强航道管理及污染治理、加快产业结构调整及推进监管体系建设等污染防治措施，保障断面按期稳定达标[11]。
4.2 污染物削減方案制定 根据水环境整治任务对研究范围提出污染物削减方案[12-13]，方案见表3。
5 结论
瓜泾口断面的污染状况是由多种污染因素叠加的结果，通过污染源解析、模型预测及制定相应的污染物削减方案，实施相应的综合整治工程，可直接提高入河污染物削减总量，使瓜泾口北断面氨氮年均浓度达到1.07mg/L，在保障上游来水达标及整治工程落实到位的前提下，可以实现瓜泾口北断面按期稳定达标。
参考文献
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[13]马倩，刘俊杰，高明远.江苏省入太湖污染量分析（1998-2007年）[J].湖泊科学，2010，22（1）：29-34. （责编：张宏民）