貴州省開陽縣洋水河流域磷污染特征及來源解析

潘麗波，關 瀟，陳彥君，鐘麗娟，劉 博，齊 月，郎 濤

（1. 中國環境科學研究院國家環境保護區域生態過程與功能評估重點實驗室，北京 100012；2. 貴陽市開陽縣環境監測站，貴州貴陽 550300）

近年來，磷污染已成為影響我國水環境質量總體安全的一個重要因素，特別是在長江上游，經過多年治理，流域內化學需氧量、氨氮等水污染物指標持續下降，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：開陽-息烽礦集區、甕安-福泉礦集區、織金-清鎮礦集區、銅仁-松桃礦集區。4個礦集區全部位于烏江流域，累計查明礦石量占全省磷礦資源的99%。目前開發強度較大的礦集區為開陽-息烽礦集區和甕安-福泉礦集區，開發區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都是烏江水體磷污染的貢獻大戶［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之一。流域內磷礦自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。該流域化工產業在為地方經濟發展做出貢獻的同時，也對自然生態和水環境造成嚴重破壞，區域磷污染成為困擾當地政府、群眾60多年的“老大難”問題。調查開陽縣洋水河流域磷污染物濃度總體水平，研究其變化規律和趨勢，為磷污染控制提供技術支撐和決策依據，對進一步保障烏江水質安全和生態環境質量具有重要意義。

1 數據收集與分析

1.1 研究區域

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，在開陽縣境內流域面積為159.85 km2，約占開陽縣總面積的7.89%，流域內總人口約3.79萬人。流域位于云貴高原中高山區，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1 052 m，屬亞熱帶高原季風氣候區，總體特點是冬無嚴寒、夏無酷暑，氣候溫和，降水充沛，全年濕潤，雨熱同期。由于風化強烈，流水侵蝕、溶蝕嚴重，巖溶較為發育，區域內地形復雜多樣，洋水河干流上共有大小支流數十條，其中風巖小河、永溫小河和息烽小河為主要支流。

1.2 數據收集

洋水河流域數據來自貴陽市開陽縣環境監測站及開陽縣水利局，其中水質數據包含2015—2019年沿洋水河W1、W2、W3、W4、W5、W6 6 個斷面總磷逐月監測數據（見圖1），W1為背景監測斷面，W6為出境監測斷面，W2至W5依次為中下游監測斷面。根據《地表水環境質量標準》（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行評價。流域內城鎮生活垃圾無填埋，無滲濾液產生，故其排放量忽略不計。

圖1 洋水河監測點位及沿岸涉磷企業分布

1.2.1 涉磷企業排放數據

洋水河沿岸分布有7 家磷礦企業、1 家磷肥企業和1家磷化工企業（見圖1）。涉磷企業排放數據來源于2018年開陽縣內工業企業在線數據。

1.2.2 種植業面源排放核算數據

根據各鄉鎮統計年鑒中耕地面積，結合《全國飲用水水源地環境保護規劃》［5］相關計算參數和生態環境部公布的農田徑流污染物流失源相關系數，核算洋水河流域內種植業污染物排放。

1.2.3 畜禽面源排放核算數據

根據各鄉鎮統計年鑒中畜禽養殖數量及《第一次全國污染源普查 畜禽養殖業源產排污系數手冊》［6］對流域內畜禽養殖散養污染物排放情況進行核算。經現場調研，流域內畜禽散養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行處理的污染源，按產生量的12%計算污染物流失量。

1.2.4 農村生活污水排放數據

以2018 年洋水河流域人口為基數，采用產污系數法計算流域內農村居民生活污水的產生量。農村居民的生活污水產污系數取自《第一次全國污染源普查 城鎮生活源產排污系數手冊》［7］中4 區5類城市的對應值。

1.2.5 農村生活垃圾排放數據

流域內農村生活垃圾基本均未處理，生活垃圾污染物排放系數參考城鎮生活垃圾簡易填埋場濕潤區產排污系數表。

1.2.6 道路面源污染負荷數據

實驗方法：在磷礦運輸沿線典型區域，選取具有一定坡度、易收集地面水的路面進行噴淋模擬降雨實驗。采用噴水裝置對實驗道路區域均勻、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量濃度；S 為道路面積；h 為降雨量；λ 為入河系數。按照降雨強度選擇入河系數：降雨量10 mm以內，入河系數λ選取0.5；降雨量10 ～20 mm，入河系數λ選取0.6；降雨量大于20 mm，入河系數λ選取0.7［8］。

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

1.3 數據分析

采用Excel 2010軟件和Origin 9.0軟件進行相關數據的統計分析和繪圖，采用ArcGIS 10.3 軟件進行研究區域監測點位及沿岸涉磷企業分布圖的繪制。

2 結果與分析

2.1 流域降水特征分析

開陽縣降雨主要受季風影響，春夏季風時，暖濕多雨。據開陽縣氣象站1968—2018年的實測資料統計，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。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 年前后發生突變下降，1995 年后降雨量突變上升。降雨距平變化結果表明，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，監測斷面W2至W6總磷年均值均呈現逐漸下降趨勢。總磷下降程度最明顯的斷面是W3至W6斷面。

根據《地表水環境質量標準》（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 月后總磷質量濃度急劇上升，水質呈現劣Ⅴ類。原因是2018年4月受上游孫家灣渣場發生坍塌泄漏影響，W1 背景斷面總磷質量濃度由0.11 mg/L 上升至3.66 mg/L，相較泄漏前上升32倍。W2監測斷面位于貴州開陽縣雙流鎮豐源磷礦有限公司（簡稱豐源磷礦）、貴州開陽雙陽磷礦有限公司（簡稱雙陽磷礦）及開陽縣金鐘鎮平安磷礦一礦等下游，2015—2018年，水質總體呈現Ⅴ類和劣Ⅴ類，2019年斷面總磷濃度有所下降，呈現Ⅲ類水體。W3監測斷面位于W2斷面及貴州開磷集團礦肥有限責任公司（簡稱開磷礦肥）下游，雖然2015—2018年總磷質量濃度由4.14 mg/L降至0.69 mg/L，但水質總體仍呈現劣Ⅴ類，2019年水質呈現Ⅲ類。

表1 洋水河主要監測斷面總磷年均質量濃度及水質類別

W4監測斷面位于W3監測斷面下游，附近分布有永溫鄉明泥灣磷礦（簡稱明泥灣磷礦）；W5監測斷面位于貴州省開陽縣天緣礦業有限公司永溫鄉小河磷礦（簡稱天緣礦業）下游，貴陽開陽金河礦業開發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監測斷面2015—2018年水質均為劣Ⅴ類，2019 年總磷質量濃度均有所下降，呈現Ⅲ類水體。流域出境斷面W6總磷質量濃度呈現持續下降趨勢，水質由2015年的劣Ⅴ類轉變為2019年的Ⅲ類。

洋水河上、中、下游水質變化趨勢較為相似，從背景監測斷面開始經過企業密集區和鎮區之后，總磷質量濃度持續升高，經W4斷面后，企業總磷排放量降低，斷面總磷濃度也相應降低。2015年是洋水河治理的起步階段，工程措施尚未到位，河道實際總磷呈現超標狀態。2018年年底洋水河全面實行流域環境治理與生態修復工程，通過沿線礦井水處理設施自動化改造、企業道路面源污染治理工程、運輸道路面源污染治理工程及磷石膏渣場整改與風險控制工程，2019 年河道中下游監測斷面總磷質量濃度均有不同程度下降，均能達到Ⅲ類水質要求，說明工程措施發揮了重要作用。

2.3 洋水河磷污染來源解析

根據2018 年洋水河流域工業企業在線數據計算洋水河流域涉磷企業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量濃度為0.21 mg/L，雙陽磷礦年平均總磷排放質量濃度為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；除涉磷企業外，種植業的總磷排放量貢獻最大，總磷排放量為3.55 t，占各污染源總磷排放量的18.17%，其次為畜禽養殖、道路面源、農村生活污水及農村生活垃圾，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年涉磷企業廢水及總磷排放量統計

表3 2018年洋水河流域各污染源總磷排放量統計

流域對應的陸域范圍內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合入河系數（進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入水體的數量有眾多影響因素，情況十分復雜，區域差異很大。根據《全國水環境容量核算指南》中提供的技術參數，結合洋水河流域的實際情況，確定各污染源入河系數（見表4）。

表4 洋水河流域各污染源入河系數

根據各污染源入河量計算結果（見圖4），涉磷企業總磷入河量最高，為9.6 t，占總入河量的78.79%，其次為種植業、道路面源、畜禽養殖，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 年極端降雨事件發生較為頻繁。高溫條件和暴雨對流域水環境質量可能造成一定影響。

（2）洋水河上、中、下游水質變化趨勢較為相似，從背景監測斷面開始經過企業密集區和鎮區之后，總磷濃度持續升高，經W4斷面后，企業總磷排放量明顯降低，斷面總磷濃度也相應降低。2018年年底前河道基本呈現Ⅴ類和劣Ⅴ類水質，2018年年底洋水河流域全面實行環境治理與生態修復工程后，河道中下游監測斷面總磷濃度均有不同程度下降，均能達到Ⅲ類水體標準。

（3）涉磷企業總磷入河量貢獻最高，其次為種植業、道路面源、畜禽養殖、農村生活污水及農村生活垃圾。