本文是一篇工程硕士论文,本文主要分析了漓江流域上游干支流水环境特征及变化趋势,对漓江流域上游不同行业的污染源排放量(点源和面源)进行了统计与分析,计算分析了不同污染源的贡献率,得出主要结论如下:(1)漓江干流断面总体水环境质量良好,近年来(2015-2020 年)水环境质量持续改善。2015 年-2020 年,漓江干流大埠头、大面、桂林水文站、磨盘山 4个监测断面均达到Ⅱ类水标准,满足并优于水功能区水质要求(Ⅲ类)。从近几年的漓江水质变化趋势来看,总体上漓江水质呈现逐渐改善的趋势。大埠头、大面、磨盘山和桂林水文站等主要监控断面2015-2020年水质综合污染指数总体呈下降趋势。
第 1 章 绪论
1.1 选题背景与研究意义
水是生命之源,是支撑人类社会经济发展不可替代的战略资源[1]。近年来,由于社会经济快速发展、城市化进程加快、人口不断增加等人类活动的影响,水资源短缺、水环境污染等问题日益突出,已经成为制约国家和地区可持续发展的重要因素。2015 年中国 COD 排放量突破 2294.6 万 t,NH3-N 排放量超 238.5万 t,已严重超出环境容量限度。2017 年全国 967 个地表水国控断面中,IV-V 类及劣 V 类水占比分别为 26.7% 、8.8% ,水功能区水质达标率仅为 46% ,水环境质量亟待提升[2]。针对中国水环境现状,国家和地方治理力度逐渐增大,近年来,随着“水十条”“河长制”等系列政策制度的颁布实施,中国水环境治理进入快速发展期[3]。
桂林是世界著名的旅游城市和历史文化名城。漓江是桂林的“母亲河”,是“桂林山水”的之魂。作为桂林市主要的供水水源,漓江肩负着流域内工业用水、农业灌溉和居民生活用水的责任[4]。漓江属于珠江水系,位于广西东北部,发源于华南第一峰猫儿山,全长 214 km,流域面积 12285 km2 。2013 年 CNN 评选 15 条全球最美河流,漓江是唯一入选的中国河流[5]。2014 年 6 月,桂林喀斯特作为“中国南方喀斯特二期”重要提名地,成功入选世界自然遗产名录,桂林喀斯特地貌以漓江流域为代表,如何保护漓江生态环境值得关注。
漓江水环境和生态环境质量总体良好,但也存在一些不容忽视的环境问题,造成漓江水环境问题的原因主要包括两个方面,一方面由于漓江流量季节性差异大,枯水期流量小,河流稀释及自净能力低,水环境容量下降[6];另一方面,由于点源污染以及面源污染向漓江排放,对水环境质量造成威胁。要治理漓江水污染,必须要研究清楚各类点源和面源污染的来源和贡献率,同时还需要研究水质与水量的关系、支流水质对干流水质的影响等。
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1.2 国内外研究进展
导致水污染的来源主要可以分为点源污染和非点源污染。点源污染主要包括工业排污口、生活污水集中排污口等具有固定排放点的污染源,在模拟计算中可以一点来简化计算。非点源污染是与点源污染相对的概念,主要是农业活动(如畜禽养殖、田间灌溉、农药化肥的过度使用)、城市生活污染物等通过降雨冲刷等方式随机进入水体。与点源污染相比,非点源污染具有随机性、产生机制和迁移过程复杂、污染来源广泛、危害大、影响范围广等特点[7]。因此,非点污染源是公认的难以控制的世界性难题[8]。中国农业面源污染对河流和湖泊富营养化的贡献率达 60%~80% ,随着城市生活废水和工业污水达标率的快速上升,农业面源污染逐渐成为水污染的重点[9]。国内外实践表明:以流域为单位进行水环境综合管理是控制非点源污染的有效手段[10]。当前,我国针对流域面源氮磷污染,己采取测土配方施肥[11]、人工湿地[12]、畜禽粪便发酵[13]、滨岸缓冲带[14],最佳管理(BMhS) [15],低影响管理开发规划(LID) [16]等多种管理手段,控制效率的评估是决定这些调控措施是否适用的关键步骤,在单项防控措施基础数据积累的基础上,增加模型方法研究,对组合措施实施时间、空间配置和成本效益等问题进行评价是学界研究的重点。
污染源广义上有两种形式,一种为来源识别,即对污染物来源进行定性确定;一种为来源解析,即不仅需要定性识别污染物来源,还需定量解析各污染物来源的贡献率[17]。黄振旭等[18]采用调查和数学模型,估算傈阳重点流域内点源和非点源典型水污染物的排放量和贡献率,发现水产养殖、农业种植、农村生活污水和污水厂是傈阳流域的主要污染源。李昆等[19]在武当山剑河流域水污染源解析中得到点源和非点源各污染物的排放量与实际入河量,结果表明城镇生活污水对COD,氨氮和 TN 负荷量的贡献率最高,畜禽养殖污水对 TP 负荷量的贡献率最高。宋芳,秦华鹏等[20]利用 SWMM 的非点源污染模型和截排系统溢流模型,估算深圳河湾流域的非点源和溢流污染负荷,解析流域主要污染物的时空分布和来源。
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第 2 章 研究区概况
2.1 研究区概况
2.1.1 地理位置
漓江发源于桂林市兴安县西北部的越城岭主峰猫儿山(海拔 2141.5 m),自北向南流,属珠江流域西江水系,地处东经 110°05′~110°40′,北纬 25°15′~25°55′[46]。漓江干流流经兴安、灵川、桂林、阳朔、平乐等市县,全长 214km,全流域范围包括兴安、灵川、桂林、临桂、阳朔、荔浦、恭城等市县,流域总面积 12285km2。漓江自北向南穿过桂林市城区,流经桂林市区长 49.3km[47]。
本研究区范围主要为漓江流域上游的桂林市城区段,并向上下游有一定程度的拓展。其中,上游拓展到大埠头,下游拓展到草坪乡(水质监测点拓展到磨盘山)。从大埠头水质监测点至磨盘山水质监测点,全长约 60km,主要支流包括甘棠江、桃花江、小东江、南溪河、相思江、花江、潮田河等。
2.1.2 地形地貌
漓江流域位于南岭山脉的西南部,地势北部高南部低,东西两侧高,中部较低。受周围山脉控制形成漓江谷地,漓江谷地由一系列开阔的山间盆地及峡谷组成,谷宽一、二百米至十多千米[48]。由北向南依次有严关、溶江、三街、桂林等盆地,由于盆地内部地势比较较平缓,很多河流汇集于此。桂林城区以北的盆地主要由碎屑岩组成,并夹少许碳酸盐岩。盆地中分布有许多岗垄状的低缓丘陵,桂林及其以南的盆地则基本是由纯碳酸盐岩组成的峰林平原[49]。
漓江流域桂林市段的岩性比较复杂,在流域中下游地区以碳酸盐岩为主体形成以溶蚀作用为主的亚热带岩溶地貌景观,在桂林城区以北及城区以南东西两侧则以碎屑岩分布为主,因侵蚀作用形成中低山丘陵地貌。
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2.2 子流域划分与水质监测点
2.2.1 子流域划分
基于 ArcGIS 软件对漓江流域上游 DEM(高程)数据进行分析,将研究区划分成 11 个子流域(图 2-1,图 2-2),分别为灵川漓江流域、甘棠江流域、桃花江流域、七星区流域、南溪河流域、瓦窑流域、花江流域、潮田河流域、华侨农场流域、良丰河流域、草坪乡流域。研究区流域总面积 2759.78km2,各子流域面积见表 2-1。
表 2-1 子流域面积
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第 3 章 研究区水环境质量.................................. 15
3.1 研究区市控、区控断面水环境质量评价 ........................ 15
3.1.1 水环境质量与评价(2015-2020) .............................. 15
3.1.2 水环境污染物(主要超标因子)........................... 23
第 4 章 流域污染物排放量解析......................... 40
4.1 点源污染排放量计算.................................... 41
4.1.1 工业源...................................... 41
4.1.2 规模畜禽养殖场.............................. 43
第 5 章 流域污染物入河量与污染源分割....................................... 65
5.1 入河系数的取值 ....................................... 65
5.1.1 点源污染入河系数.................................... 65
5.1.2 面源污染入河系数...................................... 65
第 5 章 流域污染物入河量与污染源分割
5.1 入河系数的取值
5.1.1 点源污染入河系数
点源污染的入河系数受地形地貌和地下水特征的影响不大,影响点源污染入河系数的因素主要是距离河流的距离。
点源