基于小流域降雨径流面源污染物汇流过程探析

邱晓巍

(营口市老边区水利事务中心， 辽宁 营口 115000)

0 引 言

水环境容量是研究和控制水污染物总量的基础，同时也是研究流域水文特征的方式，在规范污染物排放和转移的基础上，将环境需求的管理和控制目标结合起来，以此反映了人类社会对水环境研究的需求[1]。根据水环境容量的定义，水文条件、排污方式、水质目标和单位时间是制约水环境容量的重要因素，各因素在一定程度上对水环境容量的确定起着决定性的作用，水污染物的实施总量控制具有重要的实际意义，因而对水环境容量在不同约束条件下影响的研究具有重要的理论意义和实用价值。根据水环境污染物允许通量的定义，水质目标和单位时间是其重要的决定因素。由于污染物所在河流的水文条件是动态的，不同水文情景下的河流污染物通量也是不同的；由于不同河段水环境功能区的不同，不同水质目标的污染物允许通量也不同。水文条件和水质目标在许用通量计算中起着重要作用，直接影响水环境容量的计算。根据水环境容量参考(设置)水文条件，在实际水环境容量计算中，水文条件采用90% 保证率[2]。

在实地调查和建立水环境数学模型的基础上，分析了流域水环境污染物的时空变化，研究了不同水文情景下的水环境污染物，得到了不同水文条件(水平年、水文周期和月份)下重要污染因子(COD、NH3-N)的允许通量，开发了基于GIS 的水环境容量总量控制决策支持系统，为实现水污染物总量控制指标从定值到情景值、从年度控制到期间控制、月度控制以及可视化决策管理提供了重要的科学依据和技术支持。

1 辽河流域环境流量

辽河流域缺水较为严重，降水分布及其不均匀，年际差异较大，空间由东向西递减。该流域东部为山地，西部大多为丘陵外，其余部分均为平原，地势相对平坦。辽河流域在水资源禀赋不高的情况下，通过建设大型水库和闸坝工程，克服流域水资源严重时空分异的问题，为流域工业和城市提供稳定的水源，有力地支持了流域工业化和城市化的发展进程。通过实施水库和闸坝的联合运行调度，为辽河流域农业生产提供了大量的灌溉用水。流域水资源利用率为45.6% ，地表水利用率为48% ，农业灌溉、工业和城市用水利用率分别为65.7% 、18.3% 和11.2% 。另一方面，在有限的水资源总量情况下，闸坝联合调度使流域成为高度调节的流域，流域水情发生了变化。流域内的城市和工业基地相对集中在浑太河中下游，因此，浑太河中下游的水生生物不仅要承受上游用水引起的水文状况变化的压力，而且还要承受水化学压力。辽河流域上游水源地的生态质量基本良好，但下游水源地的生态质量明显下降，浮游植物由敏感种转变为耐污种，鱼类种类数量由上游向下游、由支流向主流、由水库向河流减少。辽河流域中下游生态用水主要是生产用水和生活用水，城市和产业分布集中，灌溉农业产业特点发达，水文情势变化和水质恶化引起的生境胁迫和水化学胁迫是该流域中下游河流生态退化的主要原因[3]。

由于辽河流域生态退化严重，但仍具有生态恢复的潜力。水库闸坝联合运行调度生产用水和生活用水占用生态用水创造了条件。但是，在明确了造成流域生态退化的主要原因并决定恢复流域生态系统之后，仍然有可能通过水库的闸坝联合运行，为压缩生产和生活用水，并为生态环境腾出用水，通过水渠大坝的联合运行，还提供了水渠的蓄水能力，并为鱼类在冰期过冬提供栖息地[4]。

2 实 例

2.1 流域概况

2.1.1 地理位置

凡河是辽河流域的一条支流，发源于抚顺清原满族自治县的白旗寨村，流经白七寨乡、鸡官山等7个乡镇，泛河流域面积1180.5km2，河长102km，控制面积369km2，在凡河镇窑王庙村汇入辽河，在凡目前承接经济开发区和铁岭新区。流域水功能区为三类水质。

2.1.2 地形地貌

海拔约200-600m，土地相对肥沃，地势平坦，水资源产业较为丰富，为农林副渔的发展提供了较强的条件。

2.1.3 水文特征

凡河大部分河段为平原河谷，河床一般为10.0-30.0 m，河床最宽为50.0 m，历年最大洪峰流量为2390 m3/s，低水位流量为5.0 m3/s，河道比降一般在1.0-1.2 m之间。其上游森林覆盖面积大，水源涵养条件好，榛子岭水库调度，樊河水文情况相对稳定。

2.1.4 土壤与植被

凡河土地主要由黄黑土、棕黄土和河流淤泥土组成。土层厚度约30-60cm,有机质含量在2.4-2.7之间，pH值6.1-7.6之间。植物群落复杂，垂直分布不明显。植物群落由天然次生林和人工林组成，原始林遭到破坏后，大部分灌木种类为胡枝子、榛子、金银花等。葡萄品种有山葡萄、五味子等。

2.1.5 社会经济

凡河流域包含5个乡镇，人口约为15万人。民族有汉族、朝鲜族和满族等，以汉族为主。

2.1.6 水质状况

凡流域水质较好，由于没有大型污染企业，总体情况较好。但由于水产养殖业比较发达，畜禽粪便产生的污水大部分未经处理直接排放，对水环境造成很大影响；同时，在白旗寨地区，由于小型铁矿、采石场数量相对较多，多种混合物的直接排放严重影响了水环境和周围的生态环境。在可能的情况下，应当采取行政措施重新安置或者关闭，或者为当地的小村庄建立污水处理设施。

凡河段的环境状况是102公路大桥至橡胶坝范河1号桥，河道经过疏浚和综合整治，河里有少量的灌木和建筑垃圾。其中辽河入河口为河口滩，以沙为主。河水相对清澈，没有悬浮物质。河流的其余部分，大部分弯曲河道的自然形成，两侧沙坡塌陷，无植被，水土流失较严重，河道沿线村庄的非点源污染影响很大，生活垃圾、建筑垃圾、树木、秸秆等的分布不均匀。

2.1.7 采样点位

考虑实际情况，选取凡河下游近辽河干流处，受城市及工业影响小的合适位置。根据遥感影像分析结果，研究选取了辽河流经铁岭天水河汇流口区域作为本次辽河流域典型小流域水生态降雨产流产污监测的研究区域。

2.2 试验方法

1)应充分考虑河道水流入口和出口的数量和分布状况、污染物排放、河道所在地形、水文和支流汇及水利工程，例如植被和土壤侵蚀对水质及其均匀性的影响。

2)在监测横截面的条件下，为了客观地反映区域水环境质量和污染物的分布及时空特征，在监测样本中尽可能少地使用最具代表性的样本。

3)选择河流直，河岸稳定，水流稳定，交通便利的区域。

4)尽量与水文断面结合起来。

5)河流的采样垂线布设需要满足表1要求。

表1 河流采样断面布设

6)河流的采样点布设需要满足表2要求。

表2 采样点位置布设

2.3 野外实验过程

采样选取凡河及其支流3个采样断面采取水质样本，分为雨前、雨中和雨后三个时间点。上游采样点控制凡河流域面积为956km2，占凡河流域总面积的91%，其中，草地面积8.42km2、耕地面积658.33km2、建筑用地面积3.80km2、林地面积284.56km2、水域面积1.14km2。见表3。

表3 采样点位坐标

2.3.1 第一场降雨

采集的第一场降雨时间为2019年8月19日，此次降雨持续至8月20日，降水量27mm，其中19日降雨6mm、20日降雨21mm。水质分析结果见表4所示。

表4 水质分析结果

2.3.2 第二场降雨

采集的第二场降雨时间为2019年8月28日，此次降雨持续至8月29日，降水量16.5mm，其中28日降雨13mm、29日降雨3.5mm。水质分析结果见表5所示。

表5 水质分析结果

2.3.3 第三场降雨

采集的第三场降雨时间为2020年7月21日，此次降雨持续至7月22日，降水量23mm，其中21日降雨17mm、22日降雨6mm。水质分析结果见表6所示。

表6 水质分析结果

3 结 语

由于辽河流域水工程高度调控、水资源短缺、水污染严重、河流形态变化大，河流生态系统承受着栖息地、水化学等多重胁迫，导致该区域水生态的严重退化，在流域生态环境水权缺位的情况下，生产生活用水挤占生态环境用水以及由此引发的用水供水格局、利益格局、多重胁迫格局相对固化是造成流域生态退化的主因。环境排放保护是促进辽河流域生态恢复的有力措施,辽河流域环境流量标准是落实环境流量管理的关键，其可实施性取决于是否能够反映流域河流生态系统基本特征及生态胁迫特征。