Processing math: 100%

小流域生态环境治理的路径策略及应用研究

高月明, 段扬, 刘艳丽, 吴文俊, 胡溪, 陈杰, 蒋洪强, 蒋龙川. 小流域生态环境治理的路径策略及应用研究——以资阳市为例[J]. 环境保护科学, 2023, 49(1): 44-51. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2022030046
引用本文: 高月明, 段扬, 刘艳丽, 吴文俊, 胡溪, 陈杰, 蒋洪强, 蒋龙川. 小流域生态环境治理的路径策略及应用研究——以资阳市为例[J]. 环境保护科学, 2023, 49(1): 44-51. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2022030046
GAO Yueming, DUAN Yang, LIU Yanli, WU Wenjun, HU Xi, CHEN Jie, JIANG Hongqiang, JIANG Longchuan. Path strategy and application of ecological environment control in small watershed[J]. Environmental Protection Science, 2023, 49(1): 44-51. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2022030046
Citation: GAO Yueming, DUAN Yang, LIU Yanli, WU Wenjun, HU Xi, CHEN Jie, JIANG Hongqiang, JIANG Longchuan. Path strategy and application of ecological environment control in small watershed[J]. Environmental Protection Science, 2023, 49(1): 44-51. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2022030046

小流域生态环境治理的路径策略及应用研究

——以资阳市为例
    作者简介: 高月明(1991-),男,硕士、助理研究员。研究方向:农业面源污染核算研究。E-mail:gaoym@caep.org.cn
    通讯作者: 蒋洪强(1975-),男,博士、研究员。研究方向:环境规划与政策模拟技术研究。E-mail:jianghq@caep.org.cn
  • 基金项目:
    国家生态环境资产核算体系建立项目(2110105);长江生态环境保护修复联合研究项目(2019-LHYJ-01-0204, 2019-LHYJ-01-0204-50)
  • 中图分类号: X323

Path strategy and application of ecological environment control in small watershed

    Corresponding author: JIANG Hongqiang, jianghq@caep.org.cn
  • 摘要: 以资阳市小流域为例,以水质断面改善为导向,结合小流域污染物核算,识别水质断面超标的主要来源。结果表明,COD和NH3-N在城镇生活污染中占比最大,TP在农田径流污染中占比最大,农村生活污染、畜禽养殖污染对不同流域的影响都较大,工业污染和水产养殖污染影响相对较小。以“污染源核算-工程措施/非工程措施-水质改善”为治理思路,识别小流域共性和个性问题,择取污水设施及配套管网建设、河道清淤、生态拦截沟渠、水产养殖尾水治理、生态保护修复和补水活水等工程,开展农业面源、产业结构、水资源、水生态和水环境等管控,削减污染物排放量,建立健全流域横向补偿机制,确保水体水质改善成效显著。
  • 据统计,世界范围内污水处理厂能耗占社会总能耗的1%~3%[1]。我国废水与固废处理碳排放量占全社会总量1.6%[2]。尽管与能源、工业、建筑、交通等部门相比,水务行业产生的温室气体排放比重较小。但社会生产生活均与水相关,各行各业均需用水,能源行业的耗水量已占全世界用水量约15%[3]。因此,探究水务系统碳排是节能减排的重要方向。

    国外学者对“水-能-碳”关系进行了深入研究,有对宏观尺度的城市水系统进行碳排放测算[4-5],也有对微观尺度的水泵选型、地下水提升、自来水处理、污水处理工艺设计、管网布置等环节碳排放的定量化研究[6-7]。国内关于城市水系统碳排放的研究起步晚,但近年来发展迅速,已初步形成系列研究成果。在理论层面,已开展了针对能源强度、能源需求和碳排放量在内的城市水系统“水—能”关系研究[8-9]。2022年,由中国城镇供水排水协会出台《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》,对厘清城镇水务系统碳排放核算边界规范活动数据获取与核算方法选用提供了指导。国内也有部分团队开展了针对水系统单个环节的能耗研究,包括取供水、用水与污水版块[10-12]

    成都作为全面体现新发展理念城市首倡地、公园城市建设首提地和国家低碳试点城市,始终坚持生态优先和绿色发展,各领域各行业都在进行“双碳”相关课题的研究和试点工作。成都市水务部门率先在行业内开展碳排放核算,迈出了水务系统从低碳的定性分析向定量分析的重要一步。同时,基于碳排放核算,梳理了水务系统内碳排放特征,可进一步探索水务系统减碳转型路径。本研究梳理总结水务系统碳排放核算方法,将水务系统碳排放由定性分析上升至定量分析;同时通过对核算数据的统计和分析,提出成都市水务系统“双碳”的转型策略,以期为我国类似地区开展水务低碳工作提供参考。

    本研究的核算范围为成都市市域14 335 km2,核算对象为成都市城市水务系统,对成都市水务局行政管理辖区内不同系统的水处理过程进行碳排放核算。参照《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》,包含城市公用事业属性的市政给水、污水、再生水和雨水4个系统。其中,给水系统包括取水设施、给水处理厂、输配水管网和长距离输水4个模块;污水系统包括化粪池及污水管渠设施、污水处理厂和污泥处理处置3个模块;再生水系统包括再生水厂和输配水管网2个模块;雨水系统包括雨水管渠设施和以源头减量、过程控制与末端控制为主的雨水控制设施2个模块。核算边界为水务系统运行维护阶段。

    核算方法采用碳排放系数法。基于给水系统、污水系统、再生水系统、雨水系统运行规模。根据运行中电力及药剂消耗数据得出综合碳排放强度,求得各系统碳排放总量。

    核算数据主要涉及三类:1) 运行规模数据,包括地下水供水量、自来水处理量、污水处理量、污水回用、雨水回用等,水量规模来自成都市水务局收集辖区运营企业的统计资料,部分缺失数据来自《城市供水统计年鉴 (2018) 》、《城市排水统计年鉴 (2018》、《成都市水资源公报 (2015~2020年度) 》;2) 能耗、药耗数据,包括自来水处理厂、污水处理厂能耗、药耗数据,来自成都市水务运营企业监测、统计数据;3) 能源类型的发热量值和碳排放系数,主要参考《综合能耗计算通则》 (GB/T 2589-2008) 和参考国家发改委公布的《2012年省级电网平均二氧化碳排放因子》中的四川省电力排放系数。其余部分缺失数据、单位能源消耗数据参考相关城市经验值[13-14]

    给水系统主要包括取水、制水、市政供水系统,均为间接碳排(图1(a))。取水系统包括从常规水资源 (地下水、地表水等) 处取水并输送至水厂,碳排放量来自取水泵站和送水泵站电能消耗;制水系统包括对水源地输水的原水进行处理 (混凝、沉淀、过滤、消毒等) ,生产出符合相关用水标准的自来水,碳排放量来自能耗和药耗;供水系统包括将水厂生产的自来水输送至用户端,碳排放量来自供水泵站和二次加压泵站(图1(b))。

    图 1  给水系统碳排放示意图
    Figure 1.  Carbon emission process and classification of water supply system

    1) 取水环节。给水系统取水环节的间接排放计算公式如式 (1) 。

    Q=Q1×W0×EF (1)

    式中:Q给水取水表示给水取水环节间接排放的CO2,t∙a−1W0 为取水能量强度,参考文献[8]地表水取水耗能为0.12 kW∙h ∙m−3,水库取水耗能为0.05 kW∙h∙m−3,地下水取水耗能为0.09 kW∙h∙m−3;EF为电力排放系数,参考国家发改委公布的《2012年省级电网平均二氧化碳排放因子》中的四川省电力排放系数,取0.247 5 kg∙(kW∙h)−1

    2) 制水环节。给水系统制水环节电耗产生的间接排放量计算公式如式 (2) 。

    Q=Q1×W1×EF (2)

    式中:Q给水制水-电为制水电耗产生的CO2碳排放量,t∙a−1W1为制水的能源强度,kW∙h∙m−3,根据制水企业的工艺耗能情况折算。

    给水系统中药耗主要包括混 (絮) 凝剂和消毒剂。自来水厂采用的混 (絮) 凝剂一般为聚合氯化铝、聚合硫酸铜等无机物,制备工艺简单,且部分混凝剂可重复利用,综合碳排量相对较低,故仅对消毒剂为主对制水过程中的药耗碳排放进行分析。

    给水系统制水环节药耗产生的间接排放量计算公式如式 (3) 。

    Q=Q1×W2 (3)

    式中:Q给水制水-药表示制水药耗产生的CO2碳排放量,t∙a−1W2为单位制水药耗碳排强度,参考文献[15],取1.4 kg∙kg−1,即生产每千克水消耗的药剂对应排放1.4 kg CO2;根据成都市自来水厂运营资料,单位制水消毒剂耗用量约为1.6 g∙m−3。综上所述,在给水系统中,单位制水药耗碳排量约为0.002 kg∙m−3

    3) 供水环节。给水系统供水环节电耗产生的间接排放量计算公式如式 (4) 。

    Q=Q1×W3×EF (4)

    式中:Q给水供水表示供水电耗产生的CO2碳排放量,t∙a−1W3为配水的能源强度,kW∙h∙m−3,根据制水企业的泵站提升情况折算。

    成都市建设有规模较大的主力供水厂23座,市域内总供水设计生产能力共5.47×106 m3∙d−1,2019年成都市全年总供水量为1.14×109 m3。供水管网漏损较为严重,中心城区漏损率约9%,市域严重区域漏损率超过12%。供水厂处理工艺多为传统的“混凝-沉淀-过滤-消毒”。给水系统各部分的能耗与年取 (供) 水总量呈正相关。近年 (2015—2019年) 总取水量总体成上升趋势,各组分能耗与碳排也呈上升趋势,但随着技术的更新、系统的优化和管理的完善,制水、供水环节单位能耗逐年略有下降。2019年,成都市给水系统总CO2排放量约为7.15×104 t。2015至2019年,成都给水系统的CO2排放量如图2所示。

    图 2  2015—2019年成都市给水系统碳排放量分类统计
    Figure 2.  Carbon emission from different processes of Chengdu water supply system from 2015 to 2019

    根据2015—2019年测算数据,给水系统中取水环节碳排放占给水系统总碳排放量的47%~50%,原水、供水加压提升能耗是给水系统碳排放的主要组分。由于取水能耗采用估算值,取水环节能耗波动主要与不同取水水源规模相关;制水环节碳排放占比为28%~30%。近年来,成都市制水环节无革新技术应用,主要通过精准调控等方式控制能耗,单位制水能耗由2015年0.073 kW∙h∙m−3逐步降为0.067 kW∙h∙m−3;供水环节碳排放占比为21%~24%,单位供水能耗总体呈降低趋势,由2015年0.058 kW∙h∙m−3逐步降为0.056 kW∙h∙m−3(见图3)。

    图 3  2015—2019年给水系统各环节单位耗电量
    Figure 3.  Unit power consumption of each process of water supply system from 2015 to 2019

    污水系统的碳排放覆盖自小区化粪池或其他污水接入市政管网开始,至处理达标出水排入受纳水体为止的全部处理单元,主要包括污水收集输送、污水处理及污泥处理处置3个环节。在污水收集输送环节,化粪池与污水管网系统中有机物持续降解,直接排放CH4和CO2;同时部分污水输送到污水厂站过程中需泵站提升,产生电力消耗间接排放CO2。在污水处理环节中,产生的碳排放一方面来自处理过程中生化反应产生的直接碳排放;另一方面来自设施运行的电力消耗及投加药剂产生的间接排放。污泥处理处置中的碳排放主要来自处理过程中直接排放的CO2、CH4和N2O,以及过程中能源消耗所对应产生的间接碳排放。污水系统碳排放核算边界和排放类型见图4

    图 4  污水系统碳排放示意图
    Figure 4.  Carbon emission diagram of sewage system

    1) 污水收集输送环节。污水收集输送环节的直接排放采用产排系数法计算,计算公式如式 (5)。

    Q=G×N×P×365×β×106 (5)

    式中:Q污水收输-直表示污水收集输送环节直接排放的CO2,t∙a−1G为温室气体排放系数 (以每克COD计的耗氧有机物排放温室气体的质量当量计) ,g∙g−1,参考文献[16]中国内典型城市生活污水的实测数据取值,其中化粪池CO2排放系数 (以每克COD计的耗氧有机物排放CO2质量当量计) 为0.038 4 g∙g−1,CH4排放系数 (以每克COD计的耗氧有机物排放CH4质量当量计,CH4以CO2当量表示) 为1.328 g∙g−1,管网CO2排放系数 (以每克COD计的耗氧有机物排放CO2质量当量计) 为0.012 4 g∙g−1,CH4排放系数 (以每克COD计的耗氧有机物排放CH4质量当量计,CH4以CO2当量表示) 为0.500 g∙g−1N为人口数,人,根据成都市2015—2019年统计年鉴取值;P为每人每天排放的耗氧有机物 (以COD计) 质量,g∙ (人∙d) −1,根据《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》,成都市属于四区I类城市,其COD的产生系数为82 g∙ (人∙d) −1 β 为COD降解系数,化粪池取0.2,管网取0.06。考虑到成都市污水多为重力流,提升泵站较少,此处不计泵站电力消耗间接排放的CO2

    2) 污水处理环节。污水处理环节直接排放的CO2、CH4和N2O计算公式如式 (6) 。

    Q=TOWi×EFi×GWPi (6)

    式中:Q污水处理-直表示污水处理环节直接排放的温室气体,t∙a−1i表示CO2、CH4或N2O;TOWi表示污水处理去除的耗氧有机物 (以COD计) 质量或总氮量,t∙a−1,根据成都市各污水厂运营数据计算;EFi表示排放因子 (以每克COD计的耗氧有机物排放温室气体质量当量计) ,分别取0.273 g∙g−1、0.05 g∙g−1或0.005 g∙g−1;GWPi表示全球变暖潜能,CH4取25g∙g−1 (指每克CH4对应CO2当量) 、N2O取298 g∙g−1 (指每克N2O对应CO2当量) 。

    电耗间接排放计算公式如式 (7) 。

    Q=W×Se×EF (7)

    式中:Q污水处理-电表示污水处理环节电耗间接排放的CO2,t∙a−1W表示污水处理量,t∙a−1;Se表示污水处理过程的比能耗,kW∙h∙t−1,根据各厂运营数据计算。

    药耗间接排放计算公式如式 (8) 。

    Q=K×EF (8)

    式中:Q污水处理-药表示污水处理环节药耗间接排放的CO2,t∙a−1K表示药耗量,t∙a−1,采用运营数据;EF表示单位质量药剂的排放系数,成都市污水厂主要使用的药剂是消毒剂,取1.4 g∙g−1

    3) 污泥处理处置环节。不同污泥处理处置方式的碳排放计算差异较大。成都主流的污泥处理处置方式为填埋、堆肥及焚烧 (含建材利用) ,各类处置方式对应碳排放计算公式见式 (9)~(14) 所示,其中相关排放方式见注释。

    Q=M×MCF×DOC×DOCF×F×1612×GWPCH4 (9)
    Q=M×EFi×GWPi (10)
    Q=M×Se×EF (11)
    QCO2=M×MFCF×CF×OF×4412 (12)
    QN20=M×EFN2O×GWPN2O (13)
    QCO2=M×(RC×EF+E×EF) (14)

    式中:Q填埋表示污泥填埋排放的CO2,t∙a−1M表示处理的污泥量,t∙a−1,采用运营数据;MCF表示CH4修正因子,取1;DOC表示可降解有机碳比例,取10%; DOCF 为能转化为CH4的DOC比例,取50%;F为CH4在填埋气中的比例,取缺省值50%;16/12为CH4与C分子量之比。参数取值参考IPCC。Q堆肥-直表示污泥堆肥直接排放的CH4和N2O (以CO2当量计) ,t∙a−1;EFi表示处理每千克污泥的各类温室气体排放因子,参考IPCC的相关指数,CH4取2 g∙kg−1,N2O取0.15 g ∙kg−1 (污泥含水率为80%) 。Q堆肥-电表示污泥堆肥电耗间接排放的CO2,t∙a−1;Se表示堆肥过程的比能耗,kW∙h∙t−1,参考《城市生活垃圾堆肥处理工程项目建设标准》,取10。Q焚烧-直CO2表示污泥焚烧直接排放的CO2,t∙a−1;MFCF表示污泥化石源CO2排放比例,根据《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》及各厂运营数据,取10%;CF表示污泥碳含量,取10%;OF为氧化因子,取缺省值0.85;44/12为CO2与C分子量之比。Q焚烧-直N2O表示污泥焚烧直接排放的N2O (以CO2当量计,t∙a−1);EF焚烧-N2O表示排放因子,参考IPCC,取0.9 g∙kg−1 (污泥含水率为80%) 。Q焚烧-间CO2表示污泥焚烧间接排放的CO2,t∙a−1R表示湿污泥 (污泥含水率为80%) 在1个标准大气压 (0.101 3MPa) 常温下(20 ℃)干化至干污泥 (污泥含水率为20%) 需要的热量,取1 947 kJ∙kg−1C为燃煤热效率,参考《锅炉节能技术监督管理规程》 (TSG 60002-2010) ,取75%;EF表示标煤的碳排放因子,取84 kg∙kJ−1E为污泥干化设备的单位电耗,取40 kW∙h∙t−1

    截至2019年,成都市范围内已建污水管网超过19×104 km,污水处理厂共247座,总处理能力4.48×106 t∙d−1,实际处理水量3.35×106 t∙d−1,负荷率约74.8%。污水处理工艺以A2O为主,污泥处理以堆肥和焚烧为主。2019年,成都市污水系统总排放量为6.29×105 t∙a−1。2015至2019年间,污水量及污泥产量逐年上升,总碳排也呈逐年上升趋势,与污水规模基本呈正相关(图5)。污水系统年均碳排放量(图6)为5.76×105 t∙a−1,主要来自污水处理环节,其平均碳排放为2.81×105 t∙a−1,占比48.8%,其中有53%为直接排放、47%为间接排放。污泥处理处置环节碳排放量占比第二 (29.0%) ,其平均碳排放为1.67×105t∙a−1,主要来自焚烧处理 (65.0%) 。

    图 5  2015至2019年成都市污水量及污泥量变化
    Figure 5.  Variation of sewage and sludge volume in C hengdu from 2015 to 2019
    图 6  2015至2019年成都市污水系统碳排放量统计
    Figure 6.  Carbon emission from different processes of Chengdu sewage system from 2015 to 2019

    在各个环节中,单位碳排放量最高的也是污水处理环节。根据2015—2019年成都市污水厂运营数据,成都市污水处理的平均能耗为0.365 kW∙h∙m−3。该值高于2018年全国平均数据 (0.3 kW∙h∙m−3) ,主要是由于成都市污水处理厂出水按照《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准》要求执行水污染物特别排放限值,部分指标略严于常规污水处理厂执行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A指标,故工艺耗能较高。针对污泥处理处置环节,由于成都市污泥处理处置采用堆肥和焚烧等高碳排的工艺为主,而污泥消化+沼气发电这种资源化处置方式板块空白,导致单位污泥的碳排放量较高。

    再生水系统与污水系统密不可分。一般而言,再生水系统自污水处理厂出水起,至用户为止的全部相关设施单元。碳排放来自再生水厂处理设施的直接及间接排放,以及输配管网和泵站相关的间接排放。

    成都市再生水系统建设总体处于初步发展阶段,目前主要回用于河道、湿地的生态补水。由于前文污水系统处理环节的碳排放采用厂站总电耗计算,已包含再生水深度处理环节的碳排放,此处仅计再生水输配中由泵站提升而导致的电耗碳排放。计算式为式 (15) 。

    Q=E×EF (15)

    式中:Q再生水表示再生水系统间接排放的CO2,t∙a−1E表示系统消耗的电能,kW∙h∙a−1,根据成都市各再生水厂运营数据统计。

    2015至2019年,成都市再生水系统的碳排放量如图7所示。系统碳排放量与再生水回用量呈正相关,总体呈上升趋势。2019年,再生水系统总碳排放量约为2.6×103 t。

    图 7  2015至2019年再生水系统碳排放量
    Figure 7.  Carbon emission from recycled water system from 2015 to 2019

    雨水系统碳排放核算边界覆盖自雨水源头排放开始、至排入自然水体为止的全部设施单元,包括雨水排水管渠、泵站和其它转输设施,以及雨水控制设施中的绿色和灰色设施。就成都市实际情况而言,雨水系统基本为重力流,灰绿雨水控制设施较少,系统碳排放主要来自排涝活动,即在城市下穿隧道等地势低、没有良好可靠自流条件区域设置的雨水泵站,在暴雨时将汇流至隧道内的雨水收集后通过水泵压力排放至自然水体,泵站运行消耗电能,从而带来间接的碳排放。

    雨水系统的间接排放计算公式如式 (16) 。成都市域共有138座雨水泵站,年电耗总量约为1.04×106 kW∙h∙a−1,计算得每年雨水系统碳排放总量 (CO2当量) 约为256 t∙a−1。雨水系统碳排放量主要取决于雨水径流量。系统能耗强度约为0.014 kW·h∙m−3,吨水的碳排放强度 (CO2当量) 约为4 g∙m−3,远低于其他水系统。

    Q=E×EF (16)

    式中:Q表示雨水系统间接排放的CO2,t∙a−1E表示系统消耗的电能,kW∙h∙a−1,根据成都市各雨水泵站运营数据统计。

    水务系统的碳排放领域包括给水系统、污水系统、再生水系统及雨水系统。基于对各环节用电、用能、用材情况的调研与计算,2019年水务系统碳排放总量约7.03×105 t (以CO2当量计) 。成都市全市碳排放总量约为5.796×107 t,则水务系统约占成都市总碳排量的1.2%,与其他国家、地区水务碳排放量特征基本相符。

    给水系统中,取水系统和供水系统碳排放量占比较高,主要表现为泵站加压提升产生的电能耗能较高。与碳排放量主要相关的因素是取供水规模,供水产销差及管网漏损规模较高,整体影响了取供水系统的总碳排放。污水系统中污水处理环节的间接碳排放是系统碳排放量的主要贡献者。污水处理间接碳排放中能耗碳排放占比达71%,是现状污水处理系统的减排关键部分。同时,污水处理过程中CH4排放量和N2O 排放量相比CO2较小,但其增温潜势高,不可忽视其相关影响。雨水系统碳排放量主要取决于排水量,相较水务其他系统,其产生的碳排放总量和强度都较小。

    就水务系统整体而言,碳排放量最高的是污水系统,占系统整体的90%(表1)。各系统的碳排放强度差别也很大,最高的是污水系统,吨水的碳排强度 (以CO2当量计) 为达0.52 kg∙m−3。因此,污水处理的低碳化是整个水务行业转型的关键。

    表 1  成都市水务系统现状碳排放统计表
    Table 1.  Statistics of carbon emission of current water system in Chengdu
    系统分类 水量规模/t 碳排放量/ ( t∙a−1) 碳排放量占比 碳排放强度/ (kg∙m−3) 高碳排放环节
    供水系统 12×108 7.15×104 10% 0.06 漏损及泵站
    污水及再生水系统 12×108 63.12×104 90% 0.52 污水处理
    雨水系统 0.7×108 0.026×104 0.03% 0.004 排涝
     | Show Table
    DownLoad: CSV

    随着城市发展、人口增长和生活水平的提高,用水量、污水量、雨水转输量都将持续增长。面对“碳达峰碳中和”这一新的时代要求,水务系统需加快探索适宜的减碳路径,提前布局减碳措施,降低碳排放强度,才能在水量增长情况下实现“碳达峰碳中和”目标。

    针对成都市水务系统碳排放的特征及现存问题,减碳对策总结为五大基本策略,包括节水优先、高效管网、源头提质、低碳工艺及能源回用。1) 节水优先。通过用户节约用水、强化用水量计量、梯度计价等措施降低用水量需求[17-18]减少给水系统及污水系统的水量负荷,从而减少水全生命周期的碳排放量。2) 高效管网。主要针对给水系统,通过减小管道漏损率[19],优化给水管网平均压力值,降低输送过程的碳排放量。3) 源头提质。主要针对污水系统,通过在系统源头提质,提高进厂BOD浓度,从而提高污泥有机质含量[20],为污泥资源化利用奠定基础。4) 低碳工艺。针对给水及污水处理,研发应用低能耗、低碳、高效的处理工艺技术,减小吨水电耗[21-22],提高药耗消减率,从而降低处理过程的碳排放量。5) 能源回用。主要针对污水系统,充分利用污水自身的化学能[23],提高污泥厌氧消化+沼气回收等资源化处理方式的比例[24],增加污水源热泵[23,25-26]光伏发电等非传统能源应用,提高污水厂能源自给率,推动污水系统碳中和。

    近期,成都市水务系统的减碳工作以新工艺技术试点、污水处理节能降耗、给排水管网提质增效及节水管理为重点。结合水务“十四五”发展规划,设定近期 (2025年) 减碳控制性指标及目标如表2所示。

    表 2  成都市水务系统近期减碳策略
    Table 2.  Near-term carbon emission reduction strategy of Chengdu water system
    水务系统 控制指标 目标值 主要措施
    给水系统 管网水平均压力值 0.32 MPa 优化供水分区及泵组建设
    漏损率 10% 实行分区计量管理、 管网查漏、主动更换漏损及易漏管道
    万元工业增加值用水量 12 m3 提高工业用水重复利用率、降低工业用水定额
    人均用水量 310 m3 宣贯节水理念,推广节水器具,增强居民节水意识
    污水及 再生水系统 进水BOD5 100 mg∙L-1 逐步取消城市区域现状化粪池;治理管网渗漏、错接、腐蚀等病害问题
    污泥有机质含量 65% 逐步取消城市区域现状化粪池;治理管网渗漏、错接、腐蚀等病害问题
    药耗削减率 5% 优化加药设备、应用在线监测系统,实现精准加药
    吨水电耗 0.32 kW∙h∙m-3 更换老旧设备、应用在线检测和模拟技术优化曝气等高能耗单元
    污泥资源化利用比例 试点 在新建污水厂试点建设厌氧消化+沼气回收处置设施
    污水回用率 30% 建设城市再生水厂及配套管网系统
    雨水系统 70%年径流总量控制率达标面积 40% 依托海绵城市建设开展,通过透水铺装、下凹绿地、雨水花园等低影响开发措施减少雨水径流量
    雨水回用率 3% 在市内大型公园、 较大的城市广场、 高校、 政府机关等用地,建设雨水回收利用示范工程
     | Show Table
    DownLoad: CSV

    在不考虑减碳措施的前提下,水务系统碳排放总量与人口基本成正相关关系。成都市2025年人口预计达2 234万,常规情景水务系统碳排放总量估算为1.08×106 t。应用上述减碳措施,水务系统碳排放总量预测为9.44×105 t,相比常规情景减少12%(图8)。

    图 8  成都市水务系统2025年常规情景及减碳情景碳排放量
    Figure 8.  Carbon emission of regular and carbon reduction scenarios of Chengdu water system in 2025

    1) 成都市2019年水务系统碳排放量总计7.03×105 t。其中,碳排放量及单位碳排放强度最高的均为污水系统,其碳排放主要来自污水处理的电耗间接排放及污泥处理处置环节。因此,污水及污泥的处理是水务系统减碳的重点环节。

    2) 针对成都市水务系统的碳排放特征,确定了减碳五大基本策略,即节水优先、高效管网、源头提质、低碳工艺及能源回用。近期实施的减碳措施主要包括给水系统节水优先管理策略持续推进、污水处理现有工艺节能降耗技术应用、给排水管网提质增效及污水污泥低碳处理工艺的试点示范。

    3) 由于缺少实测数据,部分环节采用相似城市的经验值进行估算,建议后续针对成都水务系统开展参数的本土化研究。同时本次提出的减碳措施以该领域较为成熟的低碳技术为主,未来需考虑新技术的减排能力,并量化其带来的影响。为保障相关措施的实施,建议进一步加强低碳相关配套政策制度的研究。

  • 图 1  资阳市部分水质监测断面分布

    Figure 1.  Distribution of water quality monitoring section in Ziyang

    图 2  资阳市小流域污染物核算

    Figure 2.  Small watershed pollutant accounting in Ziyang

    图 3  小流域污染物分类

    Figure 3.  Classification of pollutants in small watershed

    图 4  小流域生态环境治理路径设计

    Figure 4.  Small watershed ecological environment governance method design

    表 1  数据来源及描述

    Table 1.  Data sources and descriptions

    数据类型描述数据来源
    水质监测数据选定2020年主要控制指标为COD、NH3-N、TP和CODMn共计4个指标;监测频度为12次/a资阳市生态环境局
    人口数据全国第七次人口普查数据,具体到乡镇(街道)雁江区、乐至县和安岳县第七次人口普查数据公报
    环境统计数据涵盖工业企业、畜禽养殖和水产养殖等资阳市生态环境局
    乡镇边界矢量数据2020年资阳市新版乡镇边界矢量数据资阳市生态环境局
    水系图层数据类型Shape矢量数据资阳市生态环境局
    土地利用数据数据类型TIFF,分辨率10 m×10 mhttp://data.ess.tsinghua.edu.cn/
    数据类型描述数据来源
    水质监测数据选定2020年主要控制指标为COD、NH3-N、TP和CODMn共计4个指标;监测频度为12次/a资阳市生态环境局
    人口数据全国第七次人口普查数据,具体到乡镇(街道)雁江区、乐至县和安岳县第七次人口普查数据公报
    环境统计数据涵盖工业企业、畜禽养殖和水产养殖等资阳市生态环境局
    乡镇边界矢量数据2020年资阳市新版乡镇边界矢量数据资阳市生态环境局
    水系图层数据类型Shape矢量数据资阳市生态环境局
    土地利用数据数据类型TIFF,分辨率10 m×10 mhttp://data.ess.tsinghua.edu.cn/
    下载: 导出CSV

    表 2  小流域监测断面水质情况

    Table 2.  Small watershed monitoring section water quality

    小流域监测断面2020 a考核目标超标指标(超标倍数)
    索溪河谢家桥IVIIICOD(0.04)
    小阳化河万安桥IVIIICOD(0.30);CODMn(0.04)
    阳化河巷子口IVIIICOD(0.06)
    大濛溪河肖家鼓堰码头IVIIICOD(0.02)
    汪家坝IIIIII/
    牛桥IIIIII/
    小濛溪河资安桥IVIIICOD(0.21) ; CODMn (0.01);TP(0.05)
    岳阳河白沙IVIIICOD(0.14) ; CODMn (0.004)
    蟠龙河元坝子IIIIII/
    龙台河两河IIIIII/
    小清流河韦家湾IIIIII/
    高升河红光村IIIIII/
    小流域监测断面2020 a考核目标超标指标(超标倍数)
    索溪河谢家桥IVIIICOD(0.04)
    小阳化河万安桥IVIIICOD(0.30);CODMn(0.04)
    阳化河巷子口IVIIICOD(0.06)
    大濛溪河肖家鼓堰码头IVIIICOD(0.02)
    汪家坝IIIIII/
    牛桥IIIIII/
    小濛溪河资安桥IVIIICOD(0.21) ; CODMn (0.01);TP(0.05)
    岳阳河白沙IVIIICOD(0.14) ; CODMn (0.004)
    蟠龙河元坝子IIIIII/
    龙台河两河IIIIII/
    小清流河韦家湾IIIIII/
    高升河红光村IIIIII/
    下载: 导出CSV

    表 3  小流域污染源分类情况

    Table 3.  Classification of pollution sources in small watershed

    小流域点源/工业源点源/城镇生活源面源/城镇生活源面源/农村生活源面源/畜禽养殖源面源/农田径流源面源/水产养殖源★~☆
    索溪河2~1
    小阳化河3~1
    阳化河3~1
    大濛溪河2~1
    小濛溪河3~1
    岳阳河3~2
    蟠龙河1~2
    龙台河2~1
    小清流河2~1
    高升河0~3
    ★~☆0~32~17~06~13~03~70~221~14
      注:★代表需重点治理;☆代表可优化提升。
    小流域点源/工业源点源/城镇生活源面源/城镇生活源面源/农村生活源面源/畜禽养殖源面源/农田径流源面源/水产养殖源★~☆
    索溪河2~1
    小阳化河3~1
    阳化河3~1
    大濛溪河2~1
    小濛溪河3~1
    岳阳河3~2
    蟠龙河1~2
    龙台河2~1
    小清流河2~1
    高升河0~3
    ★~☆0~32~17~06~13~03~70~221~14
      注:★代表需重点治理;☆代表可优化提升。
    下载: 导出CSV

    表 4  小流域污染减排比例测算

    Table 4.  Calculation of pollution reduction proportion of small watershed %

    污染物索溪河小阳化河阳化河大濛溪河小濛溪河岳阳河蟠龙河龙台河小清流河高升河
    COD10.424.29.27.022.317.06.513.416.58.0
    TP8.319.69.73.312.013.58.425.87.76.9
    污染物索溪河小阳化河阳化河大濛溪河小濛溪河岳阳河蟠龙河龙台河小清流河高升河
    COD10.424.29.27.022.317.06.513.416.58.0
    TP8.319.69.73.312.013.58.425.87.76.9
    下载: 导出CSV
  • [1] 中共中央 国务院关于深入打好污染防治攻坚战的意见[EB/OL], (2022-02-20)[2021-11-02]. http://www.gov.cn/zhengce/2021-11/07/content_5649656.htm.
    [2] 续衍雪, 孙宏亮, 马乐宽, 等. 基于《长江保护法》做好长江生态环境保护修复[J]. 环境保护, 2021, 49(19): 56 − 59.
    [3] 蒋海红, 袁绍春, 吕波, 等. 重庆盘溪河黑臭水体治理方法初探[J]. 环境工程, 2019, 37(8): 37 − 41.
    [4] 宋静雯, 张学霞, 姜东旸, 等. 不同尺度土地利用方式对地表水环境质量的影响及驱动机制[J]. 环境科学, 2022, 43(6): 3016 − 3026.
    [5] ZHAO L, LIU X D, WANG P, et al. N, P, and COD conveyed by urban runoff: A comparative research between a city and a town in the Taihu Basin, China[J]. Environmental Science and Pollution Research, 2021, 28(40): 56686 − 56695. doi: 10.1007/s11356-021-14565-3
    [6] 刘丹丹, 乔琦, 李雪迎, 等. 沱江流域总磷空间排放特征及影响因素分析[J]. 环境工程技术学报, 2022, 12(2): 449 − 458. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210600
    [7] 钟旭珍, 张素, 吴瑞娟, 等. 沱江流域土壤侵蚀动态变化及驱动力分析[J]. 水土保持研究, 2022, 29(2): 43 − 49+56.
    [8] LIU D, BAI L, QIAO Q, et al. Anthropogenic total phosphorus emissions to the Tuojiang River Basin, China[J]. Journal of Cleaner Production, 2021, 294: 126325. doi: 10.1016/j.jclepro.2021.126325
    [9] 董战峰, 毕粉粉, 龙凤. 论国家流域水环境经济政策创新的思路与重点方向[J]. 环境保护, 2021, 49(7): 12 − 19.
    [10] 余义瑞, 史贵君, 武星, 等. 深圳市宝安区水环境综合治理模式及其成效[J]. 人民长江, 2021, 52(3): 21 − 27.
    [11] 蒋自胜, 李斌, 吴基昌, 等. 茅洲河流域水环境治理工程的生态效应研究[J]. 水生态学杂志, 2021, 42(3): 30 − 37.
    [12] 陈焰, 夏瑞, 王璐, 等. 基于SWMM-EFDC耦合模拟的新凤河流域水环境治理工程效应评估[J]. 环境工程技术学报, 2021, 11(4): 777 − 788.
    [13] 袁宏川, 彭勃, 李新哲. 基于DPSIR模型的长江流域中部地区水环境治理绩效评价[J]. 水电能源科学, 2021, 39(5): 61 − 65.
    [14] 翟俊, 黄晓斌, 何强, 等. 重庆市跳磴河流域水污染综合治理工程规划[J]. 中国给水排水, 2007, 23(6): 45 − 49.
    [15] 李海生, 王丽婧, 张泽乾, 等. 长江生态环境协同治理的理论思考与实践[J]. 环境工程技术学报, 2021, 11(3): 409 − 417. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210071
    [16] LI Y F, WU J B, SHANG Y C. Assessment of water risk management technology in the watershed during the “Thirteenth Five-Year Plan” period in Liaoning Province based on the analytic hierarchy process[C]// E3S Web of Conferences, 2021, 269: 01007.
    [17] 彭昕杰, 成金华, 方传棣. 基于“三线一单”的长江经济带经济-资源-环境协调发展研究[J]. 中国人口·资源与环境, 2021, 31(5): 163 − 173.
    [18] 生态环境部. 排放源统计调查产排污核算方法和系数手册[M]. 北京: 中国标准出版社, 2021.
    [19] 梁流涛, 秦明周. 中国农业面源污染问题研究[M]. 北京: 中国社会科学出版社, 2013,
    [20] 四川省环境保护厅. 四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准: DB51/2311—2016 [S]. 成都: 四川环境保护科学研究院, 2016.
    [21] 庞爱萍, 李春晖, 易雨君. 长江经济带农业种植-消费系统氮流时空格局演化规律与驱动机制[J]. 农业环境科学学报, 2021, 40(2): 408 − 420. doi: 10.11654/jaes.2020-1130
    [22] ZONG M, HU Y M, LIU M, et al. Quantifying the contribution of agricultural and urban non-point source pollutant loads in watershed with urban agglomeration[J]. Water, 2021, 13(10): 1385 − 1385. doi: 10.3390/w13101385
    [23] 李怡, 胡小泓. 浅谈河道生态工程水环境治理[J]. 人民长江, 2012, 43(S1): 142 − 144.
    [24] 黄伟, 王阿华, 桂衍武, 等. 竹皮河流域水环境综合治理(城区段)沿河截污干管工程设计[J]. 中国给水排水, 2019, 35(24): 70 − 74.
    [25] 汪丽, 黄伟, 王阿华, 等. 荆门市竹皮河流域水环境综合治理之生态修复工程设计[J]. 中国给水排水, 2020, 36(6): 69 − 73.
  • 期刊类型引用(1)

    1. 王秋月. 铁矿区环境地质生态调查与评价研究——以高岭铁矿区为例. 环境科学与管理. 2023(04): 156-161 . 百度学术

    其他类型引用(0)

  • 加载中
    Created with Highcharts 5.0.7访问量Chart context menu近一年内文章摘要浏览量、全文浏览量、PDF下载量统计信息摘要浏览量全文浏览量PDF下载量2024-062024-072024-082024-092024-102024-112024-122025-012025-022025-032025-042025-050Highcharts.com
    Created with Highcharts 5.0.7Chart context menu访问类别分布DOWNLOAD: 6.2 %DOWNLOAD: 6.2 %HTML全文: 93.8 %HTML全文: 93.8 %DOWNLOADHTML全文Highcharts.com
    Created with Highcharts 5.0.7Chart context menu访问地区分布其他: 97.4 %其他: 97.4 %XX: 1.7 %XX: 1.7 %内网IP: 0.1 %内网IP: 0.1 %北京: 0.2 %北京: 0.2 %十堰: 0.1 %十堰: 0.1 %南京: 0.1 %南京: 0.1 %沈阳: 0.1 %沈阳: 0.1 %洛阳: 0.1 %洛阳: 0.1 %长沙: 0.1 %长沙: 0.1 %其他XX内网IP北京十堰南京沈阳洛阳长沙Highcharts.com
图( 4) 表( 4)
计量
  • 文章访问数:  4012
  • HTML全文浏览数:  4012
  • PDF下载数:  55
  • 施引文献:  1
出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-18
  • 录用日期:  2022-05-05
  • 刊出日期:  2023-02-20
高月明, 段扬, 刘艳丽, 吴文俊, 胡溪, 陈杰, 蒋洪强, 蒋龙川. 小流域生态环境治理的路径策略及应用研究——以资阳市为例[J]. 环境保护科学, 2023, 49(1): 44-51. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2022030046
引用本文: 高月明, 段扬, 刘艳丽, 吴文俊, 胡溪, 陈杰, 蒋洪强, 蒋龙川. 小流域生态环境治理的路径策略及应用研究——以资阳市为例[J]. 环境保护科学, 2023, 49(1): 44-51. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2022030046
GAO Yueming, DUAN Yang, LIU Yanli, WU Wenjun, HU Xi, CHEN Jie, JIANG Hongqiang, JIANG Longchuan. Path strategy and application of ecological environment control in small watershed[J]. Environmental Protection Science, 2023, 49(1): 44-51. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2022030046
Citation: GAO Yueming, DUAN Yang, LIU Yanli, WU Wenjun, HU Xi, CHEN Jie, JIANG Hongqiang, JIANG Longchuan. Path strategy and application of ecological environment control in small watershed[J]. Environmental Protection Science, 2023, 49(1): 44-51. doi: 10.16803/j.cnki.issn.1004-6216.2022030046

小流域生态环境治理的路径策略及应用研究

    通讯作者: 蒋洪强(1975-),男,博士、研究员。研究方向:环境规划与政策模拟技术研究。E-mail:jianghq@caep.org.cn
    作者简介: 高月明(1991-),男,硕士、助理研究员。研究方向:农业面源污染核算研究。E-mail:gaoym@caep.org.cn
  • 1. 生态环境部环境规划院国家环境保护环境规划与政策模拟重点实验室,北京 100012
  • 2. 资阳市环境信息中心,资阳 641300
  • 3. 四川省生态环境科学研究院,成都 610044
  • 4. 四川省资阳生态环境监测中心站,资阳 641300
基金项目:
国家生态环境资产核算体系建立项目(2110105);长江生态环境保护修复联合研究项目(2019-LHYJ-01-0204, 2019-LHYJ-01-0204-50)

摘要: 以资阳市小流域为例,以水质断面改善为导向,结合小流域污染物核算,识别水质断面超标的主要来源。结果表明,COD和NH3-N在城镇生活污染中占比最大,TP在农田径流污染中占比最大,农村生活污染、畜禽养殖污染对不同流域的影响都较大,工业污染和水产养殖污染影响相对较小。以“污染源核算-工程措施/非工程措施-水质改善”为治理思路,识别小流域共性和个性问题,择取污水设施及配套管网建设、河道清淤、生态拦截沟渠、水产养殖尾水治理、生态保护修复和补水活水等工程,开展农业面源、产业结构、水资源、水生态和水环境等管控,削减污染物排放量,建立健全流域横向补偿机制,确保水体水质改善成效显著。

English Abstract

  • 持续打好长江保护修复攻坚战是深入打好污染防治攻坚战的重点任务之一,要推动长江全流域按单元精细化分区管控,加强生活、工业和农业面源等污染治理[1]。《中华人民共和国长江保护法》作为我国首部流域专门保护法,自2021年3月1日起实施[2]。经过沿江各地的攻坚,长江经济带水生态环境得到持续改善,2020年,长江干流和主要支流水质均为优,在监测的510个水质断面中,优良水质断面比例达到96.7%。但受限于乡镇污水收集管网不完善、农业面源污染严重、生态径流小和管控技术与措施不足等因素,长江经济带一些小流域生态环境治理与水质稳定达标仍存在难度。从四川省资阳市看,“十四五”期间四川省新增116个国家考核断面,而资阳市国省控考核断面从5个新增至17个,考核目标均为Ⅲ类水质,这些断面均集中在小流域上。

    许多学者对小流域污染源解析及治理思路进行了深入研究。蒋海红等[3]研究发现外源点源是重庆盘溪河的主要污染源(63%~86%),通过采取控源截污、初期雨水控制、补水活水、生态净化和生态恢复改造等工程措施,盘溪河河段基本可达到无黑臭目标。宋静雯等[4]以若尔盖湿地为例,从小流域和缓冲区尺度分析得到,主要污染物为TN和TP,污染来源与生活污水和放牧。ZHAO et al[5]对太湖流域常州市和沙家浜镇地表径流输送的N、P和COD发现,较常州市而言,沙家浜镇COD与各种形态N之间的相关性更强,COD浓度亦普遍高于常州市,推测这可能是沙家浜镇的经济发展水平较低导致的。沱江是长江的一级支流,该流域内水网密布,小流域众多,开展了大量的水生态治理和修复工作。刘丹丹等[6]基于沱江流域工业、农业和生活源TP排放数据,核算得到2017年沱江流域TP排放量和入河量分别为8 324.0和3 676.9 t,空间排放以成都市和宜宾市为主,水田面积、国内生产总值和人口规模是影响沱江流域TP排放的主要因素。钟旭珍等[7]研究发现坡度>35°,海拔>1 500 m等起伏较大的山区是土壤侵蚀的高风险区,需重点治理。LIU et al[8]估算每年对沱江流域的TP排放量为9 253.55 t,其中牲畜贡献为52.52%,建立有效的畜禽养殖管理实践,并综合利用设施,有助于减少TP排放进入沱江流域。

    本研究在借鉴国内外小流域治理研究经验的基础上[9-14],以资阳市重点小流域污染源解析与环境容量计算等研究为基础,以水质稳定达标为目标,分析小流域主要生态环境问题,针对性提出治理工程技术与管控措施。研究成果对长江经济带小流域生态环境治理具有一定的推广价值,对实现“生态优先、绿色发展”,流域控制单元精细化分区管控、小流域水质改善等具有借鉴意义[15-16]

    • 资阳市位于四川省中南地区,地处沱江与涪江两江分水岭,南与内江相邻,北与成都、德阳市接壤,东与重庆和遂宁市毗邻,西与眉山相连,地理坐标介于104°26′~105°45′E,29°45′~30°39′N之间,全市幅员面积5 747.5 km2。全市境内水系发达、河网密布,季节性小溪流众多,河流基本都发源于丘陵,河床平、缓、宽,地形切割浅、落差小、水流平缓、岸势开阔,海拔550~900 m,相对高差200~400 m。研究区域涉及资阳市境内的阳化河、小阳化河、索溪河、大濛溪河、小濛溪河、岳阳河、龙台河、蟠龙河、小清流河和高升河等小流域,涉及水质监测断面12个,见图1

    • 主要数据包括水质监测数据、人口数据、环境统计数据、乡镇边界矢量数据、水系图层和土地利用数据,见表1

    • 采用ArcGIS的ArcHydro水文模块或ArcSWAT的相关命令生成河流网络;检查河流的相互连接状况、检查河流流向、依据河流等级完成水系概化;配好基础地图和完成水系概化后,提取水系对应的陆域汇水范围,并与资阳市“三线一单”中水环境控制单元划定结果相衔接[17],确定最终流域控制单元范围。

    • 以小流域控制单元范围为基础,按工业源、城镇生活源、农村生活源、畜禽养殖源、农田径流源和水产养殖源进行污染物核算。具体系数参考《排放源统计调查产排污核算方法和系数手册》[18]《中国农业面源污染问题研究》[19]中四川省农业面源污染源排放强度系数,见式(1):

      式中:DTS为小流域污染物排放总量,t/a;DIS为工业源污染物排放量,t/a;DUL为城镇生活源污染物排放量,t/a;DVL为农村生活源污染物排放量,t/a;DLP为畜禽养殖源污染物排放量,t/a;DFL为农田径流源污染物排放量,t/a;DLR为水产养殖源污染物排放量,t/a;污染物种类包括COD、NH3-N和TP,见式(2):

      式中:Fi为工业企业污染物排放量,t;GPout为污水处理设施出口浓度,mg/L;GLi为污水处理设施处理量,t;n为已建工业污水处理设施乡镇(街道)个数;m为未建工业污水处理设施乡镇(街道)个数,见式(3):

      式中:UPi为城镇常住人口数,人;UEPi为城镇人均污染物排放系数,g/(人·d);SPin为生活污水处理设施进口浓度,mg/L;SPout为生活污水处理设施出口浓度,mg/L;SLi为生活污水处理量,t;n为已建污水处理设施乡镇(街道)个数;m为未建污水处理设施乡镇(街道)个数,见式(4):

      式中:VPi为农村常住人口数,人;VEPi为农村人均污染物排放系数,g/(人·d);n为小流域内乡镇个数,见式(5):

      式中:GVi为规模化畜禽养殖量,头;GEPi为规模化畜禽养殖污染物排放系数,g/(头·d);SVi为散养畜禽养殖量,头;SEPi为散养畜禽养殖污染物排放系数,g/(头·d);k为小流域内乡镇个数。其中,规模化畜禽养殖按照生猪出栏量≥500头、奶牛存栏量≥100头、肉牛存栏量≥50头、蛋鸡存栏量≥2 000只、肉鸡出栏量≥10 000只进行界定,见式(6):

      式中:VEi为单位面积污染物排放系数,kg/m2Vi为农田类型像元数;S为像元面积,m2,见式(7):

      式中,FEi为草鱼、鲢鱼、鳙鱼和鲫鱼等主要水产养殖的平均排污系数,t/hm2Ai为水产养殖面积,hm2

    • 按工业源、城镇生活源、农村生活源、畜禽养殖源、农田径流源和水产养殖源6类污染物来源进行分析,核算得到逐条小流域污染物排放量,见图2

      图2可知,岳阳河、龙台河和小阳化河COD排放量排名前3,分别为1 716.38、1 443.40和1 334.12 t/a,污染物来源以城镇生活源为主,其中小阳化河的城镇生活源占比达56.55%;小阳化河、小濛溪河和龙台河NH3-N排放量排名前3,分别为160.69、88.18和83.79 t/a,主要来源于城镇生活源和农田径流源;岳阳河、小阳化河和小濛溪河TP排放量排名前3,分别为67.57、38.73和25.81 t/a,主要来源于农田径流源,其中岳阳河的农田径流源占比达59.43%。各断面水质情况,见表2

      表2可知,小流域中仅谢家桥、万安桥、巷子口、肖家鼓堰码头、资安桥和白沙6个断面超过地表水Ⅲ类水质标准,主要污染物为COD,超标倍数在0.02~0.30之间;其次是部分断面CODMn超标,分别为万安桥(0.04)、资安桥(0.01)和白沙(0.004);仅资安桥断面TP超标,超标倍数为0.05;无NH3-N超标断面。

    • 流域污染物分类情况,见图3

      图3可知,点源污染在小流域COD总量中占比14.95%,主要来源于城镇生活污水设施出水排放,小阳化河和岳阳河城镇生活污水设施末端排放,亟需开展污水处理设施提标改造工程;工业源点源污染主要分布在小濛溪河、小阳化河和阳化河。面源污染是小流域污染的主要类型,占比在85%~94%之间,农村生活源、畜禽养殖源、农田径流源和城镇生活污水未收集导致的面源污染种类多,管控难度大。

    • (1)污水处理设施及配套管网建设相对滞后。一是雨污分流建设困难,管网收集能力低。资阳市小流域COD排放量为3 130.33 t/a,占比38.33%,是索溪河、小阳化河、阳化河、大濛溪河、小濛溪河和岳阳河等小流域COD超标的主要污染源。县城老城区基本采用雨污合流制管道,部分已建管网存在跑冒滴漏现象。污水处理厂存在低浓度、超负荷运行。部分污水处理设施实际处理量远低于设计处理能力。乡镇污水管网收集率不高,导致大量生活污水无法得到处理而同时大量处理能力闲置。二是污水处理厂日处理能力不足。已建污水设施存在污水收集率低,实际处理量远低于设计处理量。三是执行排放标准偏低。部分已建污水处理设施执行一级A标准,距四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准存在一定差距[20]

      (2)农业面源污染排放严峻。一是流域内种植结构以水稻、玉米和柠檬等为主,种植作物施肥强度大。资阳市小流域TP排放量为58.94 t/a,占比58.94%,是小濛溪河流域TP超标的主要污染源。流域内岸坡种植较多,通常作物沿河种植后与河岸连成一片,由于坡耕地位置较高,农田排水直接排河,而施肥量较多的时期与雨季重合度高,致使土壤中大量N、P随雨水冲刷排放[21]。二是养殖规模大,粪污资源化利用能力不足。规模化养殖量大,特别是生猪养殖多,养殖量占比超过90%,散养户遍布全市,水产养殖面积大,难以管控。三是农村人口比重大,面源污染产生量不容忽视。农村生活污水存在直排现象,部分河段农村生活垃圾、农业废弃物沿河堆存,汛期随地表径流冲刷排放[22]

      (3)生态流量不足,河道底泥淤积。全市地处沱江与涪江两江分水岭,位于四川盆地腹地,地势较平坦,导致生态流量不足,跨市、跨省小支流众多。河道水利工程多,防洪闸坝导致地表径流不连贯[23]。为保障农田灌溉用水量,在流域内河道拦坝设堰,导致河道渠化明显,沿程修建蓄水水利工程一般只考虑满足本区段水量供应需求,尤其枯水期,下泄水量较少,河道水流不畅,导致流速迟滞,河底淤泥逐年增加,影响河道水生态环境,造成河道底泥淤积。底泥微生境受到破坏,水体自净能力较差。夏季阳光暴晒后河底淤泥变黑,泥中有机废气爆出,并伴有部分絮状底泥碎块上浮,阻止水体自然复氧而加剧厌氧化[14]。由于水资源缺乏,流域河道内拦河堰过密过多,汇水控制区内的河道水体中N、P污染严重,水生生物(特别是底泥微生物)的微生境受到破坏。

    • 以“污染源核算-治理工程-管控措施-水质改善”为治理技术路径,见图4

      按污染严重等级及主要超标污染物排序依次是城镇生活源>农田径流源>农村生活源=畜禽养殖源>水产养殖源=工业源,识别小流域共性和个性问题。为满足“十四五”期间小流域水质稳定达到Ⅲ类标准的目标,按照小流域污染源分类情况,针对不同小流域实施污水设施及配套管网建设、河道清淤、生态拦截沟渠、水产养殖尾水治理、生态保护修复和补水活水等工程设计,并开展农业面源、产业结构、水生态和水环境等管控措施,建立水质改善和生态恢复长效机制。

    • 以现有污水处理设施进水量和服务人口为基础,估算污水处理设施处理规模缺口,以新建或扩建的方式提高设计处理规模,并逐步全面执行《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准:DB 51/2311—2016》。由于管网等基础设施配套不到位、雨污分流不彻底等原因,实际处理量均未达到设计处理能力,存在大量生活污水未经处理直排。加强居民户内污水收集,推进雨污分流改造,对直排水体的城镇生活污染采取截污措施[24]

    • 适用于中小河段的河流疏浚工程技术主要包括排干疏浚、水下疏浚和环保疏浚。环保疏浚旨在清除河湖水体中的污染底泥,清除污染水体的内源,并改善水生态环境。采用螺旋式挖泥装置、密闭式旋转斗轮挖泥设备和气动泵挖泥船来疏浚河道水下污染底泥,借助净水压力和压缩空气可疏浚约70%污染底泥量,且对河底扰动小。按照《疏浚与吹填工程设计规范》,推荐方案设计允许超深值取0.15~0.2 m,设计允许超宽取1.5~2.0 m。

    • (1)生态沟渠。生态沟渠需满足上沿宽度不小于2.0 m,底部宽度不小于1.0 m,深度不小于1.3 m等要求,生态拦截辅助设施应至少包括节制闸、拦水坎、底泥捕获井和N、P去除模块等设施,并在浮床上种植水生植物,一般在夏秋季主要种植香菇草、菖蒲、美人蕉、鸢尾和水葫芦等种类,在冬春季主要种植香菇草、狐尾藻和伊乐藻等种类。(2)生态浮床。以高分子材料为载体和基质,在水面或河道两侧形成人工浮岛带,利用生态学原理降低水体中COD、N和P含量,适用于水深1~5 m的河流区域。采用泡沫板式浮床、PVC管式浮床和塑料篮式浮床宽度按沟渠宽度的30%~50%设置。其优点为:①有效去除水体中N、P等污染物,从而有效控制水体的富营养化,增加绿化面积,同时为鱼类、鸟类和昆虫等提供了修养生息的场所;②投资费用小、施工简单、工期短、低碳,易管理,维护费用少;③可抑制藻类生长。

    • 为恢复流域生态系统多样性,提升水体自净能力,采用人工湿地、原位修复和水生植物种植等生态治理技术,逐步改善流域水生态环境[25]

      岳阳河流域综合治理与生态修复工程:实施内源污染重点河段底泥污染治理,包括工业园区污水处理厂上游2.5 km河段,江水村上游15 km河段;实施河道综合治理与生态修复工程,修复河道长度16 km,因地制宜分河段建设人工湿地,建设人工浮岛和生态湿地、微生物修复和水生植物恢复等综合措施;实施水系生态景观工程,新建城南湿地公园;构建多级表流人工湿地,建设工业园区污水处理厂尾水湿地。

      蟠龙河流域河道水生态修复工程:实施内源污染重点河段底泥污染治理;实施河道综合治理与生态修复工程,进行清淤及生态原位修复的水环境综合治理;蟠龙河在流域河道两侧由农田向河道过渡的平坦河滩区域内种植3~4 m宽的多年生苜蓿草形成的岸边植被生态拦截带,建设人工湿地。

    • 水产养殖污染主要为被摄食的饲料、渔肥、养殖生物的粪便和水体改良剂等。采用原位净化与修复方式进行水产养殖尾水处理,通过水生植物和微生物的生长代谢来吸收水体中的N、P和BOD等污染物 ,主要处理设施包括生态沟渠、沉淀池、过滤坝、曝气池和生态净化池(人工湿地)。

    • 增加生态流量,促进水的流动和污染物的稀释、扩散和分解。补水水源包括城市再生水、清洁地表水和海绵系统净化的雨水等。实施安岳县岳阳河流域“引书济岳”调水工程。具体来看,从岳一村景观湖至双河口10级河堰,河道总长15.1 km,形成河湖水域面积约0.85 km2,蓄水能力达160万m3,完善调水渠系整治和修补,枯水期通过书永分干渠向岳阳河县城区调水,以改善城区水生态环境质量,提高岳阳河水环境自净能力。

    • 持续开展流域横向生态补偿工作,设立流域横向生态补偿奖金,每年依据不同地级市对流域资源环境压力(流域国内生产总值占比、水资源开发利用程度和地表水环境质量系数等)确定出资比例,并依据地级市的环境工作绩效(流域面积占比、用水效率和水环境质量改善程度等)进行奖金分配。

      补偿基准金从流域上下游地级市上一年所得省级生态功能区转移支付资金中列支;水质达标则下游地市给予上游地市补偿,水质未达标则上游地市给予下游地市补偿,分配到各市、县、区的生态保护补偿资金由各地人民政府统筹安排,主要用于饮用水水源地保护、城乡污水垃圾处理设施建设、城乡公厕建设、农业面源污染治理、畜禽养殖业污染整治、水生态修复、水土保持、造林防护等生态保护和污染防治工作,同时为调动双方积极性,对获得补偿的地市,省级财政应按照1:1的比例再安排省级资金给予补偿,切实加大补偿力度。

    • 针对阳化河流域泡菜加工、琼江流域柠檬种植和加工、水产养殖等突出问题,按照“抓重点、分区治、精细管”,进一步优化农业生产布局,完善化肥农药使用管理,加强水产养殖尾水治理,深化畜禽养殖污染治理。抓实河湖“清四乱”工作,坚持“遏增量,清存量”的原则,坚决杜绝“乱占、乱采、乱堆、乱建”行为。全面推进农村“五清”行动,加强农村生活垃圾、农村厕屋便池、农村水源水体、畜禽粪污和生产废弃物清理,全面提升农村人居环境。散养密集区实行畜禽粪便污水分户收集、集中处理利用,养殖散户应配套沼气池、沼液池等设施。推进畜禽清洁养殖技术和生态养殖模式,引导畜禽养殖散户向养殖小区集中。

    • 加快淘汰落后产能,积极化解产能严重过剩矛盾,取缔违反国家产业政策、环保违法违规的重污染企业,加大现有装备水平低、环保设施差的小微企业“关、停、并、转”实施力度。建立基于环境质量目标、区域功能定位、容量总量核定的“三位一体”环境准入制度。行业内新建项目超标污染物排放总量等量或倍量替代。

    • 按照污染特征、水质达标情况和污染治理需求,将小流域进行分类,以便提出针对性治理措施。小流域污染源分类情况,见表3

      表3可知,10条小流域合计需重点治理21项,可优化提升14项,其中,城镇生活源、农村生活源和农田径流源是小流域污染治理的重点,畜禽养殖源在阳化河、大濛溪河和岳阳河等小流域需重点治理,岳阳河治理需求最为突出,高升河治理难度相对较小。从污染减排来看,小阳化河、小濛溪河、岳阳河、小清流河、龙台河和索溪河COD减排比例(超过10%)较大,龙台河、小阳化河、岳阳河和小濛溪河TP减排比例(超过10%)较大,阳化河、大濛溪河、蟠龙河和高升河等减排比例约6%~9%,见表4

    • 以“污染源核算-工程措施/非工程措施-水质改善”为治理思路,本文识别出资阳市小流域COD、NH3-N和TP总量分别为8 166.00、639.68 和243.04 t,城镇生活污染、农田径流污染、畜禽养殖污染是资阳市小流域生态环境治理的重点,通过实施污水设施及配套管网建设、河道清淤、生态拦截沟渠和生态保护修复等工程措施进行整治,加强畜禽养殖、农村面源污染管控措施,预计可实现污染物减排13%~28%。统筹水资源、水环境、水生态“三水”共治,突出工业、农业和生活污染“三源齐控”,加强上下游统筹协调,严格落实各方责任,提升水生态环境治理体系与治理能力现代化水平。

      致谢:感谢长江生态环境保护修复资阳市驻点跟踪研究项目工作组以及资阳市生态环境局的大力支持。

    参考文献 (25)

返回顶部

目录

/

返回文章
返回