劉衛(wèi)紅，楊常亮，傅 強，楊亮秀，楊 桐

0 引言

昆明滇池是云貴高原上最大的淡水湖泊，盤龍江作為滇池流域九大河流之一，是穿越昆明主城南北向的最主要的河道。盤龍江的主源為牧羊河(又稱小河)，支源冷水河源頭在龍馬箐，兩河在小河鄉(xiāng)岔河嘴匯為一水后，始稱盤龍江。本研究所涉及的盤龍江流域范圍北起松華壩水庫大壩，沿盤龍江水系南下直至滇池入湖口，全長26.3 km，面積約183 km2。地理位置東經(jīng)102°40＇46″～102°50＇34″，北緯25°12＇11″～24°56＇13″。

作為城市景觀河流，盤龍江主要補給水為昆明市第二、第四、第五污水處理廠的出水，以及松華壩水庫的汛期棄水及城市暴雨徑流。近年來，隨著城市建成區(qū)的不斷擴大、工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城市人口的迅速增加，越來越多的污水經(jīng)過污水處理廠處理后排入河中，造成盤龍江水質(zhì)的下降。從2001～2010年的昆明市環(huán)境質(zhì)量公報可以看出［1］:近年來盤龍江水質(zhì)一直為劣Ⅴ類，主要超標指標為化學需氧量、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)。入湖河道水質(zhì)的下降使得滇池的污染也變得更加嚴重。有鑒于此，本文對主要入滇河流之一的盤龍江雨季TP和NH3-N入湖通量進行了研究，通過2009年一次降雨過程分析、探討了其變化特征，并根據(jù)入湖斷面流量與TP、NH3-N濃度相關(guān)關(guān)系揭示了TP和NH3-N的來源特征，同時預測了TP、NH3-N通量與其質(zhì)量濃度之間的響應(yīng)關(guān)系。這將有助于了解和掌握盤龍江流域降雨徑流攜帶的TP和NH3-N負荷入湖量及其變化規(guī)律，可為滇池流域營養(yǎng)鹽入湖總量控制管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 研究方法

1.1 污染物通量估算方法

水環(huán)境污染物通量是指水環(huán)境(河流、河口、湖泊、水庫等水體)中的污染因子(無機和有機污染物等)在一定時間內(nèi)通過研究斷面的總量［2］。特別地，河流污染物通量是指污染因子在單位時間內(nèi)通過研究斷面的該物質(zhì)總量，單位可表示為克每秒(g/s)、噸每年(t/a)。

根據(jù)王暉等［3］報道，理論上污染物時段通量可用下面公式計算:

式中:Q(t)為瞬時流量，m3/s;C(t)為瞬時濃度，mg/L。

由于該模式需記錄河流每個瞬間的流量與濃度值，在實際工作中往往是難于實現(xiàn)的，因此常采用估算的方法。盡管有許多種估算方法可選，但不同的估算方法計算出來的污染物時段通量值相差懸殊，因此估算方法的選定應(yīng)慎重。

與斷面瞬間通量相比，把握時段通量的估算誤差相對較為困難，時段的跨度越大，期間瞬間通量波動變化的方式也就越復雜，而用有限次的實測數(shù)據(jù)加以把握也就越困難。因此，本研究擬通過估算河流斷面瞬時污染物通量來研究盤龍江TP入湖通量，采用下式計算［4］:

式中:C為該時刻污染物的濃度，mg/L;Q為同步河流斷面的流量，m3/s。

1.2 監(jiān)測斷面

污染物通量監(jiān)測斷面布設(shè)在盤龍江鄰近入湖河口且不受滇池回灌水影響的嚴家村斷面(圖1)，斷面測量時間為2009年8月4日8:30～5日14:00整個降雨過程(降雨強度為中到大雨)。

1.3 流量觀測

根據(jù)GB 50179—93《河流流量測驗規(guī)范》，使用流速儀測量嚴家村入湖斷面主流線水面下0.5 m處的水流平均速度，從而確定該斷面的流量。河道流量觀測時間為:降雨初始階段(基流)每間隔1～2 h測定一次;流量穩(wěn)定的峰值出現(xiàn)(峰流)后的衰減期，間隔時間為3～5 h，直至流量恢復或接近原有狀態(tài)(回歸流)為止。流量采用如下公式計算:

式中:

1.4 水樣分析

按HJ/T91—2002《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》4.1.4中采樣點位的確定，水樣取自河道斷面中泓線上層一點(水面下0.5 m處)，采樣時間與水文測量時間同步。水樣24 h之內(nèi)進行分析，TP采用鉬銻抗分光光度法測定［5］，NH3-N采用納氏試劑光度法測定［5］。

2 結(jié)果與分析

2.1 流量觀測結(jié)果

本次流量觀測從降雨初始階段直至流量恢復或接近原有狀態(tài)為止，嚴家村斷面的流量觀測結(jié)果見表1。

表1 斷面瞬時流量數(shù)據(jù)

由表1可以看出，峰流瞬時流量約為基流的6倍，回歸流的3倍。

2.2 TP通量計算結(jié)果

根據(jù)河流斷面瞬時污染物通量模型，采用同步測定的TP、NH3-N濃度和流量觀測結(jié)果，嚴家村斷面的TP、NH3-N通量計算結(jié)果見表2。

表2 盤龍江入湖口嚴家村斷面TP、NH3-N通量

由表2可以看出，斷面TP、NH3-N通量表現(xiàn)出與瞬時流量和濃度一致的規(guī)律，即峰流時最大，依次為回歸流、基流。

將TP、NH3-N通量按基流——峰流——回歸流繪制變化趨勢圖(圖2、3)。

圖2 盤龍江入湖口嚴家村斷面TP通量變化趨勢

圖3 盤龍江入湖口嚴家村斷面NH3-N通量變化趨勢

從表2、圖2、3可知，從基流——峰流——回歸流斷面的TP、NH3-N通量呈倒V形分布，峰流時TP、NH3-N通量達到最大。

將流量與TP、NH3-N質(zhì)量濃度分別進行一元線性回歸分析(圖4、5)，得到Q=22.023 CTP+ 0.824 5，r2=0.825 2＞0，Q=3.255 7 CNH3-N+ 0.898 1，r2=0.633＞0，說明流量與TP、NH3-N質(zhì)量濃度均呈一元線性正相關(guān)關(guān)系，盤龍江 TP、NH3-N來源呈現(xiàn)出明顯的非點源特征，這與本次研究是在雨季進行的流量測驗和水樣分析相符。

圖4 盤龍江入湖口嚴家村斷面流量與TP質(zhì)量濃度回歸分析

圖5 盤龍江入湖口嚴家村斷面流量與NH3-N質(zhì)量濃度回歸分析

同時，以污染物通量模型作為預測模型，假定斷面流量保持峰流時流量不變，計算TP、NH3-N濃度分別減少20%、40%、60%、80%情況下的TP、NH3-N通量，預測結(jié)果如表3、4所示。

表3 模型預測TP濃度減少與通量的響應(yīng)關(guān)系

表4 模型預測NH3-N濃度減少與通量的響應(yīng)關(guān)系

從以上結(jié)果分析，在TP、NH3-N濃度分別減少20%、40%、60%、80%情況下，TP、NH3-N通量與濃度減少比例一致，即削減進入盤龍江雨水的TP、NH3-N濃度對于降低進入滇池中TP、NH3-N是十分有效的，因此應(yīng)加大昆明城市的雨水收集、處理力度，從而減少進入滇池的污染物量。

3 結(jié)論

(1)盤龍江在一次降雨過程中，TP、NH3-N通量呈倒V形分布，峰流時TP、NH3-N通量達到最大。

(2)嚴家村斷面流量與TP、NH3-N質(zhì)量濃度均呈一元線性正相關(guān)關(guān)系，說明盤龍江TP、NH3-N通量受非點源影響比較明顯，因此，盤龍江的污染治理應(yīng)重視流域面源的污染治理力度。

(3)TP、NH3-N通量與其質(zhì)量濃度之間的響應(yīng)關(guān)系表明，削減進入盤龍江雨水的TP、NH3-N濃度對于降低進入滇池中TP、NH3-N負荷是十分有效的。因此，應(yīng)加大昆明城市的雨水收集、處理力度，從而減少進入滇池的污染物量。

［1］昆明市環(huán)境保護局.昆明市環(huán)境質(zhì)量公報［P/OL］.http://www.kmepb.gov.cn/kmhbj/77687093572141056/ index.html，2001-2010.

［2］徐太海，李淑芹，崔長俊.松花江同江斷面高錳酸鹽指數(shù)通量估算與分析［J］.環(huán)境科學與管理，2007，32(1): 53-55.

［3］王暉.淮河干流水質(zhì)斷面污染物年通量估算［J］.水資源保護，2004，6:37-39.

［4］曹飛鳳，陸芳，張李青.基于ADCP測量的錢塘江主要斷面污染物通量研究［J］.浙江水利科技，2007，1:8-10.

［5］國家環(huán)境保護總局水和廢水監(jiān)測分析方法編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.4版.北京:中國環(huán)境科學出版社，2002:243-285.