鄱陽湖入湖污染物科學考察方法研究

伍恒赟，羅 勇，李 瑩，萬志勇，楊 辛，張起明，賈娟娟，柴敏平，李秀峰

(江西省環(huán)境監(jiān)測中心站，南昌，330039)

0 引言

鄱陽湖位于江西省北部，居中緊連長江中、下游交接處南岸，地理坐標 115°49'～116°46'E，28°11'～29°51'N，是我國最大的淡水湖。鄱陽湖上承贛、撫、信、饒、修5江之水，下通長江，南寬北窄，面積達3 914 km2。改革開放以來，隨著人口增長、工業(yè)化和城市化進程加快，以及片面追求經(jīng)濟效益、資源粗放式開發(fā)等人為因素，鄱陽湖湖區(qū)植被遭到很大破壞、生態(tài)環(huán)境嚴重衰退，從而面臨著濕地功能退化、土地嚴重沙化現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)了江南最大沙地[1]。另外，水污染問題也不斷加劇，越來越多的污水排放以及逐年增加的農藥、化肥施用，在污染源頭上影響著鄱陽湖的水質，這些污染物隨著地表徑流排入湖體，造成湖泊水質惡化，水生生態(tài)系統(tǒng)結構遭到破壞，湖泊的凈化和綜合功能減退，進而導致一系列環(huán)境問題[2－4]。

正因為此，早在20世紀80年代中期，江西省人民政府在國家計委、國家科委等有關部門的支持下，組織了全省17個委、辦、廳、局和地市，39所科學研究單位和高等院校的600多位科技人員，對“鄱陽湖湖區(qū)綜合考察和開發(fā)政治研究”進行科技攻關，取得了一定的成果，出版了專著《鄱陽湖研究》，對鄱陽湖區(qū)的水資源與水環(huán)境進行了概述。但隨后的20多年內，對鄱陽湖流域水環(huán)境方面的系統(tǒng)研究工作日漸減少。尤其是在近幾年，由于人類活動的影響，鄱陽湖水質正呈現(xiàn)日益下降的趨勢，這引起了相關部門的高度重視，特別是1998年特大洪水之后，退田還湖、人退湖進為先導的“水上戰(zhàn)略撤退”政策實施后，拉開了江西省全面保護治理鄱陽湖的序幕。

進入21世紀以后，江西省繼續(xù)大力推進工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農業(yè)化進程，鄱陽湖區(qū)的人口、資源、環(huán)境面臨更大的壓力。2007年溫家寶總理就鄱陽湖污染現(xiàn)狀提出了“永遠保持鄱陽湖一湖清水”的要求，為此江西省委、省政府做出建立“環(huán)鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)”的重大決策，并于2009年12月12日，國務院正式批復《鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃》，將建設鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)上升為國家戰(zhàn)略。在此背景，江西省科技廳決定開展鄱陽湖第2次科考，對加快鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展，實現(xiàn)保護與持續(xù)發(fā)展的協(xié)調，均具有重要的戰(zhàn)略意義。《鄱陽湖水環(huán)境污染狀況考察研究》是鄱陽湖科考的極其重要組成部分，分析鄱陽湖主要污染物的污染負荷，考察鄱陽湖入湖污染物總量，為保護鄱陽湖一湖清水提供科學依據(jù)，為鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)持續(xù)發(fā)展保駕護航。

為了更好地完成鄱陽湖水環(huán)境污染狀況考察任務，本文以入湖污染物篩選技術、入湖污染物途徑、入湖污染物總量計算和入湖污染物科學考察技術為考察方法，重點闡述了入湖污染物各種篩選方法、污染物入湖途徑的確定、各種入湖途徑的計算方法以及現(xiàn)場考察技術和實驗室技術等內容。

1 入湖主要污染物篩選技術

主要污染物確定，通常采取在所有監(jiān)測的污染物中，采取一定方法確定幾種污染物為主要污染物。根據(jù)本次科學考察主要利用歷史數(shù)據(jù)和補充監(jiān)測部分數(shù)據(jù)的情況，主要污染物篩選方法用水質達標評價法、綜合污染指數(shù)法相結合統(tǒng)籌考慮確定入湖主要污染物。

1.1 水質達標評價法

用所有監(jiān)測項目和《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)進行比較進行單因子達標評價，超標的項目確定為主要污染物。地表水環(huán)境質量標準基本項目標準限值可參見表1。

1.2 單項污染指數(shù)法

單項污染指數(shù)法是某污染物實測值與其地表水水質標準限值的比值，可根據(jù)單項污染指數(shù)的大小確定主要污染物，其計算公式為

其中:Pi為單項污染指數(shù);Ci為單項污染物的實測值;Si為地表水單項污染物的標準限值。

1.3 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法是在對所有參與水質綜合評價的單項污染物污染指數(shù)的和。該方法一般在各斷面水質綜合評價時采用，可以將斷面的污染程度排序，其計算公式為

其中:Pj為綜合污染指數(shù);Pi為單項污染指數(shù)。

1.4 污染物分擔率

污染物分擔率表示某個污染物對水體污染所負責任的輕重程度。入湖污染物篩選過程中，可以用分擔率將單項污染物進行排序。因此，該方法是篩選污染物的一個重要手段。污染物分擔率計算公式為

其中:P為污染物分擔率;Pj為綜合污染指數(shù);Pi為單項污染指數(shù)。

2 鄱陽湖入湖污染物途徑分析

要治理鄱陽湖水污染問題，必須采用控制污染源和湖水治理相結合的方法，然而要控制污染源必須要掌握鄱陽湖污染物入湖途徑。

2.1 河道入湖

河道入湖是污染物入鄱陽湖的主要途徑。鄱陽湖水系流域面積達16.22萬km2，占江西省國土面積的94.0%。鄱陽湖流域河渠縱橫，水網(wǎng)稠密，天然水系發(fā)育旺盛，水量豐沛，擁有大小河流2 400多條，主要河流贛江、撫河、信江、饒河、修水分別從南、東、西三面匯入鄱陽湖。多年來，5大河每年平均入湖水量高達1 300億m3[5]，入湖水量大意味著污染物隨河水入湖的量也多。

表1 地表水環(huán)境質量標準基本項目標準限值/mg·L－1

2.2 工業(yè)、農業(yè)和生活點源污染

工農業(yè)、生活和養(yǎng)殖廢水排放也是鄱陽湖水體污染物重要來源。2010年，全省工業(yè)廢水排放總量約21 000萬t，其中化學需氧量為3萬 t，氨氮為1 600 t;城鎮(zhèn)生活廢水排放總量約37 000萬t，這些廢水直接或間接地排入鄱陽湖。2008年全省禽畜水產養(yǎng)殖業(yè)在國家政策的扶持下得到了較大的發(fā)展，生豬出欄達1 530.6萬頭，牛年末存欄309.4萬頭，禽類超過1.76億只，養(yǎng)殖面積40.2萬hm2，禽畜排污量和養(yǎng)殖廢水排放量明顯增加，這類廢水大部分沒有得到有效利用而是直接排放污染水體，進而污染鄱陽湖。

2.3 農村面源污染

鄱陽湖農村面源污染問題嚴重。江西省農村人口比例大，農村生活污水排放量也相當大，同時廣大農村地區(qū)缺乏污水和垃圾處理基礎設施，再加上長期以來農民形成的不良生活習慣，如隨意堆放垃圾，隨地傾倒污水，使農村環(huán)境惡化。鄱陽湖流域農業(yè)面源污染問題也非常嚴重。近20年湖區(qū)及周邊地區(qū)農業(yè)化肥、農藥使用量增加明顯。調查數(shù)據(jù)顯示，截至2012年，全流域化肥施用量為4 270萬t，化肥折純量施用水平為470.5 kg/hm2，其中氮肥施用量為1 360萬t，磷肥施用量為810萬t[6]。2012年全流域農藥施用量 100 萬 t。化肥施用后，其中約60% ～70% 將會進入環(huán)境，導致水體和土壤污染，而農藥施用后有80% ～90%會留在土壤和水體中[7]，大量未被利用的化肥和農藥殘留物，經(jīng)暴雨徑流沖刷等過程，相當一部分直接或間接進入鄱陽湖水體，導致鄱陽湖水質下降。

2.4 水產養(yǎng)殖

水產養(yǎng)殖業(yè)也是引起鄱陽湖水質污染的重要因素。鄱陽湖水產資源豐富，水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達。鄱陽湖南部的軍山湖是大閘蟹的養(yǎng)殖基地，北部都昌縣擁有珍珠貝殼養(yǎng)殖產業(yè)，南部的余干縣是內陸漁業(yè)重點縣和商品漁業(yè)縣基地之一。在養(yǎng)殖過程中投放的餌料以及排放的糞便，是鄱陽湖水體接納COD和N、P等營養(yǎng)物質的重要渠道。

2.5 水土流失

江西省是南方水土流失較嚴重的省份，水土流失總量1.65～2.2億t。由于中上游水土流失和土壤侵蝕，土壤中的有機質隨河流進入鄱陽湖中。近10年來，平均每年的水土流失總量折合成流失的有機質約326萬t，氮、磷、鉀養(yǎng)分約139.6萬t，相當于全省一年的化肥用量(純量)總和的1.8 倍。

2.6 降雨降塵

隨著鄱陽湖流域工業(yè)的快速發(fā)展，降雨和降塵中攜帶的化學組成來源愈發(fā)復雜，甚至還有大量的致癌物質，這些化學組成隨著降雨降塵進入鄱陽湖后會污染鄱陽湖水質。

2.7 船泊污染

鄱陽湖航運業(yè)和漁業(yè)發(fā)達，湖區(qū)內采砂、貨運、捕魚等各類船舶眾多。船舶對鄱陽湖水環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在以下2個方面:一是船上船民生活污水對水環(huán)境的污染;二是船只油污對水體的污染。

2.8 鳥糞帶入

鄱陽湖是世界上最大的鳥類保護區(qū)，現(xiàn)有已知鳥類310種，最多時候棲息上百萬只。鳥類產生的糞便攜帶污染物也會進入鄱陽湖水體，污染鄱陽湖水質。

根據(jù)以上調查分析，鄱陽湖污染物主要入湖途徑可分為河道入湖、直排工業(yè)污染源、直排生活污染源、湖濱面源、水土流失、湖體水產養(yǎng)殖、船舶污染、降雨降塵和鳥糞帶入。

3 鄱陽湖入湖污染物總量技術方法

3.1 河道入湖量

分析河道污染物量，首先要考察確定鄱陽湖入湖河流數(shù)量和分布，然后在每條入湖河流上設置監(jiān)測斷面，定期監(jiān)測河流水量和水質。河道入湖量的計算方法如下:每條河流單項污染物入湖總量(t)=流量均值(m3/h)×時間(h)×單項污染物濃度(mg/L)×10－6。所有河流主要污染物的總量之和即為鄱陽湖污染物河道入湖總量。

3.2 直排工業(yè)、生活污染源

統(tǒng)計直排鄱陽湖的工業(yè)和生活污染源，主要以考察為主。考察鄱陽湖沿岸直排生活污染源排放狀況，包括地理位置、規(guī)模、行業(yè)、以及廢水、COD、氨氮、總氮和總磷排放量等。根據(jù)考察結果，統(tǒng)計入湖廢水和主要污染物排放總量。

3.3 湖濱面源

湖濱面源排放的污染物一部分進入河道后進入鄱陽湖，一部分直接進入鄱陽湖，兩者的區(qū)分存在一定的困難。考察湖濱區(qū)地表徑流方式，區(qū)分出進入河流和直接進入鄱陽湖的面積，考慮種植業(yè)、畜禽飼養(yǎng)業(yè)和水產養(yǎng)殖3種面源，計算其污染物入湖量。本次調查測算采用國家環(huán)保部南京環(huán)科所研究得出的種植業(yè)、畜禽飼養(yǎng)業(yè)和水產養(yǎng)殖排污系數(shù)進行估算[8]。

3.4 湖體水產養(yǎng)殖

考察鄱陽湖湖體中水產養(yǎng)殖的種類、數(shù)量，考察魚類糞便和未經(jīng)消化的餌料殘渣等產生的污染物總量。計劃采用第一次全國污染源普查排污系數(shù)估算[9]。

3.5 船舶污染

船舶對水環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在以下2個方面:一是船上船民生活污水對水環(huán)境的污染;二是船只油污對水體的污染等。根據(jù)鄱陽湖每年航船經(jīng)過的數(shù)量和鄱陽湖的面積，估算每天過往航運船只船民常住鄱陽湖湖面的人數(shù)，從而估算單位居民生活污水(包括人體排污和生活洗滌排污)和船舶排放的各污染物量。

3.6 水土流失

水土流失污染物入湖途徑分為兩類計算，一是河道泥沙帶入，通過監(jiān)測河道入湖泥沙量以及鄱陽湖周邊土壤污染物濃度，可以計算出河道泥沙攜帶的主要污染物量;二是是岸邊土壤流失帶入，主要考察每年土壤岸邊侵蝕量以及鄱陽湖周邊土壤污染物濃度，從而計算出岸邊土壤流失帶入污染物量。2種途徑污染物入湖總量之和即為水土流失入湖污染物總量。

3.7 降雨降塵

每月監(jiān)測鄱陽湖降雨和降塵量、主要污染物濃度，通過遙感技術監(jiān)測每月的鄱陽湖面積。根據(jù)降雨和降塵量、主要污染物濃度以及鄱陽湖面積分別計算每月的降雨降塵污染物入湖量。12個月的降雨降塵的污染物總量之和即為全年降雨降塵入湖污染物總量。

3.8 鳥類帶入

結合以往資料、實地調查和采樣分析，摸清鄱陽湖每年鳥的種類、數(shù)量以及排便產生的污染物情況。根據(jù)這些數(shù)據(jù)估算每年鳥類排泄入湖污染物量。

4 鄱陽湖入湖污染物科學考察技術

鄱陽湖入湖污染物科學考察技術分為現(xiàn)場考察技術和實驗室技術兩部分。現(xiàn)場考察技術主要包括監(jiān)測斷面設置原則、監(jiān)測頻數(shù)確定等方面;實驗室技術主要包括分析方法、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)庫建立等方面。

4.1 現(xiàn)場考察技術

河道監(jiān)測斷面設置原則:監(jiān)測斷面在總體和宏觀上須能反映河水入湖前的水環(huán)境質量狀況，這要求監(jiān)測斷面盡可能地靠近入湖口;斷面位置應避開死水區(qū)、回水區(qū)、排污口處，盡量選擇順直河段、河床穩(wěn)定、水流平穩(wěn)，水面寬闊、無急流、無淺灘處;監(jiān)測斷面力求與水文測流斷面一致，以便利用其水文參數(shù)，實現(xiàn)水質監(jiān)測與水量監(jiān)測的結合。降雨降塵監(jiān)測點位設置原則:降雨降塵點位設置除滿足監(jiān)測規(guī)范外，還應盡量設置在鄱陽湖內，應優(yōu)先選擇鄱陽湖水質自動站點位。

現(xiàn)場進行斷面(點位)設置時應攜帶地圖、GPS、指南針、照相機以及相關的記錄工具。使用GPS確定監(jiān)測斷面的經(jīng)緯度，用相機拍下監(jiān)測斷面的八方工作圖，用紙筆記錄斷面的周邊情況。

監(jiān)測頻數(shù)確定:鄱陽湖河道入湖斷面和降雨降塵的監(jiān)測頻次可參考例行監(jiān)測頻次，但也要滿足污染物入湖量的計算要求。

4.2 實驗室技術

選擇分析方法的原則:首先選用國家標準分析方法、統(tǒng)一分析方法或行業(yè)標準方法，當實驗室不具備使用標準分析方法時，也可采用原國家環(huán)境保護局監(jiān)督管理司環(huán)監(jiān)[1994]017號文和環(huán)監(jiān)[1995]號文公布的方法體系，在某些項目的監(jiān)測中，尚無“標準”和“統(tǒng)一”分析方法時，可采用ISO、美國EPA和日本JIS方法體系等其他等效分析方法，但應經(jīng)過驗證合格，其檢出限、準確度和精密度應能達到質控要求。

數(shù)據(jù)處理原則:現(xiàn)場監(jiān)測采樣、樣品保存、樣品傳輸、樣品交接、樣品處理和實驗室分析的原始記錄是監(jiān)測工作的重要憑證，應在記錄表格或專用記錄本上按規(guī)定格式，對各欄目認真填寫;分析結果有效數(shù)字所能達到的位數(shù)不能超過方法最低檢出濃度的有效位數(shù)所能達到的位數(shù)。例如，一個方法的最低檢出濃度為0.02 mg/L，則分析結果報0.088 mg/L就不合理，應報 0.09 mg/L;異常值的判斷和處理:一組監(jiān)測數(shù)據(jù)中，個別數(shù)值明顯偏離其所屬樣本的其余測定值，即為異常值。對異常值的判斷和處理，參照GB 4883-85進行;分析結果的精密度用相對標準偏差衡量、準確度用回收率和相對誤差衡量。

數(shù)據(jù)庫建立原則:開發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)目的在于實現(xiàn)本規(guī)范規(guī)定監(jiān)測項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)計算機管理及監(jiān)測信息上報與相互交流。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)要存貯監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)及相關連的背景數(shù)據(jù)，即任一個監(jiān)測數(shù)據(jù)要與監(jiān)測點位、點位類型、監(jiān)測時間、分析方法、分析儀器、氣象參數(shù)、水文參數(shù)及其他相關信息關連。管理系統(tǒng)存貯的數(shù)據(jù)必須是按本規(guī)范要求測得的監(jiān)測數(shù)據(jù)，必須是有效的數(shù)據(jù)，有質量保證的數(shù)據(jù)。對于測得的異常值、無代表性的數(shù)據(jù)應剔除。

[1] 黃國勤.保護鄱陽湖“一湖清水”的重大意義及戰(zhàn)略對策[J].中國人口· 資源與環(huán)境，2011，21:281－285.

[2] 羅珍珍.環(huán)鄱陽湖區(qū)農村面源污染成因及控制對策研究[D].南昌:南昌大學，2009.

[3] 劉娟.環(huán)鄱陽湖主要工業(yè)城市對鄱陽湖水污染的貢獻及污染物總量控制研究[D].南昌:南昌大學，2009.

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