潘麗波，關(guān) 瀟，陳彥君，鐘麗娟，劉 博，齊 月，郎 濤

（1. 中國環(huán)境科學(xué)研究院國家環(huán)境保護(hù)區(qū)域生態(tài)過程與功能評估重點實驗室，北京 100012；2. 貴陽市開陽縣環(huán)境監(jiān)測站，貴州貴陽 550300）

近年來，磷污染已成為影響我國水環(huán)境質(zhì)量總體安全的一個重要因素，特別是在長江上游，經(jīng)過多年治理，流域內(nèi)化學(xué)需氧量、氨氮等水污染物指標(biāo)持續(xù)下降，磷已成為主要污染物。烏江流域作為長江水系面積超過8萬km2的8條主要支流之一，是長江上游重要的生態(tài)屏障，同時也是貴州省第一大河。貴州省有“亞洲磷倉”之稱，磷礦儲量26.95億t，居全國第3位，其中富礦儲量占全國總量的44%，是我國主要的磷礦資源地和磷化工基地之一［1-2］。貴州省磷礦資源分布較集中，主要有4個礦集區(qū)：開陽-息烽礦集區(qū)、甕安-福泉礦集區(qū)、織金-清鎮(zhèn)礦集區(qū)、銅仁-松桃礦集區(qū)。4個礦集區(qū)全部位于烏江流域，累計查明礦石量占全省磷礦資源的99%。目前開發(fā)強度較大的礦集區(qū)為開陽-息烽礦集區(qū)和甕安-福泉礦集區(qū)，開發(fā)區(qū)域大部分位于烏江六廣斷面與沿江渡斷面之間，沿江磷礦和磷化工企業(yè)都是烏江水體磷污染的貢獻(xiàn)大戶［3］。深入研究烏江流域磷污染及其治理策略，對于做好長江流域磷污染防治有著重要意義。

開陽縣洋水河為烏江一級支流，該流域是我國三大磷礦區(qū)之一。流域內(nèi)磷礦自1958 年建礦至今已有60 余年的開采歷史，2017 年新探明的磷礦資源量高達(dá)8.01 億t［4］，是貴州省乃至全國最重要的磷化工基地之一。該流域化工產(chǎn)業(yè)在為地方經(jīng)濟發(fā)展做出貢獻(xiàn)的同時，也對自然生態(tài)和水環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，區(qū)域磷污染成為困擾當(dāng)?shù)卣⑷罕?0多年的“老大難”問題。調(diào)查開陽縣洋水河流域磷污染物濃度總體水平，研究其變化規(guī)律和趨勢，為磷污染控制提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)，對進(jìn)一步保障烏江水質(zhì)安全和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

1 數(shù)據(jù)收集與分析

1.1 研究區(qū)域

洋水河是長江三級支流，流域面積225.2 km2，跨貴陽市開陽、息烽兩縣，位于開陽縣西北部，在開陽縣境內(nèi)流域面積為159.85 km2，約占開陽縣總面積的7.89%，流域內(nèi)總?cè)丝诩s3.79萬人。流域位于云貴高原中高山區(qū)，地勢總體南高北低，最高海拔1 664 m，最低海拔612 m，高度差達(dá)1 052 m，屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候區(qū)，總體特點是冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑，氣候溫和，降水充沛，全年濕潤，雨熱同期。由于風(fēng)化強烈，流水侵蝕、溶蝕嚴(yán)重，巖溶較為發(fā)育，區(qū)域內(nèi)地形復(fù)雜多樣，洋水河干流上共有大小支流數(shù)十條，其中風(fēng)巖小河、永溫小河和息烽小河為主要支流。

1.2 數(shù)據(jù)收集

洋水河流域數(shù)據(jù)來自貴陽市開陽縣環(huán)境監(jiān)測站及開陽縣水利局，其中水質(zhì)數(shù)據(jù)包含2015—2019年沿洋水河W1、W2、W3、W4、W5、W6 6 個斷面總磷逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)（見圖1），W1為背景監(jiān)測斷面，W6為出境監(jiān)測斷面，W2至W5依次為中下游監(jiān)測斷面。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002），采用單因子評價方法對2015—2019年洋水河流域總磷變化趨勢進(jìn)行評價。流域內(nèi)城鎮(zhèn)生活垃圾無填埋，無滲濾液產(chǎn)生，故其排放量忽略不計。

圖1 洋水河監(jiān)測點位及沿岸涉磷企業(yè)分布

1.2.1 涉磷企業(yè)排放數(shù)據(jù)

洋水河沿岸分布有7 家磷礦企業(yè)、1 家磷肥企業(yè)和1家磷化工企業(yè)（見圖1）。涉磷企業(yè)排放數(shù)據(jù)來源于2018年開陽縣內(nèi)工業(yè)企業(yè)在線數(shù)據(jù)。

1.2.2 種植業(yè)面源排放核算數(shù)據(jù)

根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計年鑒中耕地面積，結(jié)合《全國飲用水水源地環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》［5］相關(guān)計算參數(shù)和生態(tài)環(huán)境部公布的農(nóng)田徑流污染物流失源相關(guān)系數(shù)，核算洋水河流域內(nèi)種植業(yè)污染物排放。

1.2.3 畜禽面源排放核算數(shù)據(jù)

根據(jù)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)計年鑒中畜禽養(yǎng)殖數(shù)量及《第一次全國污染源普查 畜禽養(yǎng)殖業(yè)源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》［6］對流域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖散養(yǎng)污染物排放情況進(jìn)行核算。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，流域內(nèi)畜禽散養(yǎng)廢棄物大多通過還田、還林的方式加以利用，對畜禽廢渣以回收等方式進(jìn)行處理的污染源，按產(chǎn)生量的12%計算污染物流失量。

1.2.4 農(nóng)村生活污水排放數(shù)據(jù)

以2018 年洋水河流域人口為基數(shù)，采用產(chǎn)污系數(shù)法計算流域內(nèi)農(nóng)村居民生活污水的產(chǎn)生量。農(nóng)村居民的生活污水產(chǎn)污系數(shù)取自《第一次全國污染源普查 城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》［7］中4 區(qū)5類城市的對應(yīng)值。

1.2.5 農(nóng)村生活垃圾排放數(shù)據(jù)

流域內(nèi)農(nóng)村生活垃圾基本均未處理，生活垃圾污染物排放系數(shù)參考城鎮(zhèn)生活垃圾簡易填埋場濕潤區(qū)產(chǎn)排污系數(shù)表。

1.2.6 道路面源污染負(fù)荷數(shù)據(jù)

實驗方法：在磷礦運輸沿線典型區(qū)域，選取具有一定坡度、易收集地面水的路面進(jìn)行噴淋模擬降雨實驗。采用噴水裝置對實驗道路區(qū)域均勻、充分噴灑，以模擬雨水對運輸路面的沖刷效果，在下坡出口處沿路面收集匯集的水。噴淋面積2 m×1 m，噴淋水量3 L，記錄噴淋時間和實驗位置經(jīng)緯度。將收集水樣沉淀后，提取上清液，檢測總磷濃度。

面源污染負(fù)荷模擬公式：mi=ρi×S×h×λ。式中mi為入河污染物總量；ρi為實驗點水樣污染物質(zhì)量濃度；S 為道路面積；h 為降雨量；λ 為入河系數(shù)。按照降雨強度選擇入河系數(shù)：降雨量10 mm以內(nèi)，入河系數(shù)λ選取0.5；降雨量10 ～20 mm，入河系數(shù)λ選取0.6；降雨量大于20 mm，入河系數(shù)λ選取0.7［8］。

面源污染負(fù)荷模擬計算：測量洋水河流域內(nèi)道路長度和道路寬度，計算道路面積，代入水樣總磷檢測結(jié)果和洋水河流域降水情況，計算道路面源污染負(fù)荷。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件和Origin 9.0軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析和繪圖，采用ArcGIS 10.3 軟件進(jìn)行研究區(qū)域監(jiān)測點位及沿岸涉磷企業(yè)分布圖的繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 流域降水特征分析

開陽縣降雨主要受季風(fēng)影響，春夏季風(fēng)時，暖濕多雨。據(jù)開陽縣氣象站1968—2018年的實測資料統(tǒng)計，流域多年平均降雨量為1 161.6 mm，平均氣溫為13.06 ℃。西部、南部降雨較多，年降雨量在1 120 mm以上，年降雨中心在西部的雙流和南部的龍岡；東部、北部降雨量較少，年降雨量在1 100 mm 以下，東北部龍水為低值區(qū)。最大和最小年降雨量分別為1 656.4 mm和910.1 mm，豐水期和枯水期多年月平均降雨量分別為148.9 mm 和35.77 mm。日最大暴雨降雨量大于100 mm的有4年，日最大暴雨降雨量大于150 mm的有1 年，日最大暴雨降雨量為174.6 mm（2002 年6 月17 日），其次為116.9 mm（1996 年7 月3 日），日最小暴雨降雨量為51.3 mm（1992年5月16日）。年內(nèi)降雨分布不均，4—9月降雨量占全年降雨的77%，枯水期半年降雨量約占23%。

基于1968—2018 年流域降雨變化趨勢分析（見圖2）和距平分析（見圖3），1968—2018 年洋水河流域降雨變化呈微弱下降趨勢。流域年均降雨量在1978 年前后發(fā)生突變下降，1995 年后降雨量突變上升。降雨距平變化結(jié)果表明，洋水河流域在不同年度降雨變化波動較大，其中1970—1980 年年均降雨量呈上升趨勢，1980—1990年年均降雨量呈下降趨勢，1990—2000 年年均降雨量呈上升趨勢，2000—2010 年呈下降趨勢；近10 年流域降雨平均變化幅度不大，但于2015 年有較大幅度升高；近10年平均降雨量相比歷史時期多年平均降雨量增加了50 mm，增加了4.2%。

圖2 洋水河流域1968—2018年降雨變化趨勢

圖3 洋水河流域1968—2018年降雨距平變化

2.2 洋水河流域磷污染時空特征分析

2015 年5 月—2019 年12 月洋水河總磷濃度變化趨勢見表1。由表1 可以看出，除去背景斷面W1，監(jiān)測斷面W2至W6總磷年均值均呈現(xiàn)逐漸下降趨勢?？偭紫陆党潭茸蠲黠@的斷面是W3至W6斷面。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002），流域背景斷面W1 在2018 年以前可維持Ⅱ類～Ⅲ類水體，2018 年4 月后總磷質(zhì)量濃度急劇上升，水質(zhì)呈現(xiàn)劣Ⅴ類。原因是2018年4月受上游孫家灣渣場發(fā)生坍塌泄漏影響，W1 背景斷面總磷質(zhì)量濃度由0.11 mg/L 上升至3.66 mg/L，相較泄漏前上升32倍。W2監(jiān)測斷面位于貴州開陽縣雙流鎮(zhèn)豐源磷礦有限公司（簡稱豐源磷礦）、貴州開陽雙陽磷礦有限公司（簡稱雙陽磷礦）及開陽縣金鐘鎮(zhèn)平安磷礦一礦等下游，2015—2018年，水質(zhì)總體呈現(xiàn)Ⅴ類和劣Ⅴ類，2019年斷面總磷濃度有所下降，呈現(xiàn)Ⅲ類水體。W3監(jiān)測斷面位于W2斷面及貴州開磷集團(tuán)礦肥有限責(zé)任公司（簡稱開磷礦肥）下游，雖然2015—2018年總磷質(zhì)量濃度由4.14 mg/L降至0.69 mg/L，但水質(zhì)總體仍呈現(xiàn)劣Ⅴ類，2019年水質(zhì)呈現(xiàn)Ⅲ類。

表1 洋水河主要監(jiān)測斷面總磷年均質(zhì)量濃度及水質(zhì)類別

W4監(jiān)測斷面位于W3監(jiān)測斷面下游，附近分布有永溫鄉(xiāng)明泥灣磷礦（簡稱明泥灣磷礦）；W5監(jiān)測斷面位于貴州省開陽縣天緣礦業(yè)有限公司永溫鄉(xiāng)小河磷礦（簡稱天緣礦業(yè)）下游，貴陽開陽金河礦業(yè)開發(fā)公司兩岔河磷礦及開陽縣鈣鎂磷肥廠（簡稱鈣鎂磷肥廠）附近。W4和W5監(jiān)測斷面2015—2018年水質(zhì)均為劣Ⅴ類，2019 年總磷質(zhì)量濃度均有所下降，呈現(xiàn)Ⅲ類水體。流域出境斷面W6總磷質(zhì)量濃度呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，水質(zhì)由2015年的劣Ⅴ類轉(zhuǎn)變?yōu)?019年的Ⅲ類。

洋水河上、中、下游水質(zhì)變化趨勢較為相似，從背景監(jiān)測斷面開始經(jīng)過企業(yè)密集區(qū)和鎮(zhèn)區(qū)之后，總磷質(zhì)量濃度持續(xù)升高，經(jīng)W4斷面后，企業(yè)總磷排放量降低，斷面總磷濃度也相應(yīng)降低。2015年是洋水河治理的起步階段，工程措施尚未到位，河道實際總磷呈現(xiàn)超標(biāo)狀態(tài)。2018年年底洋水河全面實行流域環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)工程，通過沿線礦井水處理設(shè)施自動化改造、企業(yè)道路面源污染治理工程、運輸?shù)缆访嬖次廴局卫砉こ碳傲资嘣鼒稣呐c風(fēng)險控制工程，2019 年河道中下游監(jiān)測斷面總磷質(zhì)量濃度均有不同程度下降，均能達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)要求，說明工程措施發(fā)揮了重要作用。

2.3 洋水河磷污染來源解析

根據(jù)2018 年洋水河流域工業(yè)企業(yè)在線數(shù)據(jù)計算洋水河流域涉磷企業(yè)及各污染源總磷排放量，分別見表2、表3。由表2可知，總磷排放量最高的涉磷企業(yè)為明泥灣磷礦（7.33 t），總磷排放占比61.08%，廢水排放占比52.19%，年平均總磷排放質(zhì)量濃度為0.33 mg/L；其次為開磷礦肥、雙陽磷礦及鈣鎂磷肥廠，總磷排放量分別為2.22 t、1.45 t 及0.41 t，總磷排放占比分別為18.50%、12.08%及3.42%，廢水排放占比分別為25.18%、13.39%及2.41%。開磷礦肥年平均總磷排放質(zhì)量濃度為0.21 mg/L，雙陽磷礦年平均總磷排放質(zhì)量濃度為0.26 mg/L。由表3可知，洋水河流域各污染源總磷排放量為19.54 t；除涉磷企業(yè)外，種植業(yè)的總磷排放量貢獻(xiàn)最大，總磷排放量為3.55 t，占各污染源總磷排放量的18.17%，其次為畜禽養(yǎng)殖、道路面源、農(nóng)村生活污水及農(nóng)村生活垃圾，總磷排放量分別為2.54、1.14、0.30、0.01 t，占各污染源總磷排放量的比例分別為13.00%、5.83%、1.54%及0.05%。

表2 洋水河流域2018年涉磷企業(yè)廢水及總磷排放量統(tǒng)計

表3 2018年洋水河流域各污染源總磷排放量統(tǒng)計

流域?qū)?yīng)的陸域范圍內(nèi)污染源排放的污染物只有一部分能最終流入水體，因此污染物入河量需結(jié)合入河系數(shù)（進(jìn)入水體的污染物量占污染物排放總量的比例）計算。污染源排放的污染物進(jìn)入水體的數(shù)量有眾多影響因素，情況十分復(fù)雜，區(qū)域差異很大。根據(jù)《全國水環(huán)境容量核算指南》中提供的技術(shù)參數(shù)，結(jié)合洋水河流域的實際情況，確定各污染源入河系數(shù)（見表4）。

表4 洋水河流域各污染源入河系數(shù)

根據(jù)各污染源入河量計算結(jié)果（見圖4），涉磷企業(yè)總磷入河量最高，為9.6 t，占總?cè)牒恿康?8.79%，其次為種植業(yè)、道路面源、畜禽養(yǎng)殖，總磷入河量分別為1.065 t、0.798 t及0.508 t，占比分別為8.85%、6.63%及4.22%。

圖4 洋水河流域總磷各污染源入河量

3 結(jié)論

（1）近50 年洋水河流域氣溫呈較為顯著的上升趨勢，降雨變化總體趨勢不明顯，但近10 年極端降雨事件發(fā)生較為頻繁。高溫條件和暴雨對流域水環(huán)境質(zhì)量可能造成一定影響。

（2）洋水河上、中、下游水質(zhì)變化趨勢較為相似，從背景監(jiān)測斷面開始經(jīng)過企業(yè)密集區(qū)和鎮(zhèn)區(qū)之后，總磷濃度持續(xù)升高，經(jīng)W4斷面后，企業(yè)總磷排放量明顯降低，斷面總磷濃度也相應(yīng)降低。2018年年底前河道基本呈現(xiàn)Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)，2018年年底洋水河流域全面實行環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)工程后，河道中下游監(jiān)測斷面總磷濃度均有不同程度下降，均能達(dá)到Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)。

（3）涉磷企業(yè)總磷入河量貢獻(xiàn)最高，其次為種植業(yè)、道路面源、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污水及農(nóng)村生活垃圾。