永定河上游张家口地区水污染物排放负荷与贡献*

郑 斌 张 剑 邵志江 汪 涛#

(1.西北师范大学地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070；2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，四川 成都 610041；3.中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室，四川 成都 610041)

水污染物排放负荷的研究可以为总量控制提供基础数据支撑，有利于建立科学合理的污染减排效果评估与考核方案[1]。源强系数法和输出系数法等方法是通过调查城市生活、工业生产、农业生活与农业生产污染源，确定相对应的排污系数，从而计算相对应的污染物排放负荷的方法，具有对数据资料要求低、操作简单等特点，但基本能够满足水环境评价的实际需要[2-5]。

永定河上游流域覆盖内蒙古、山西和河北三省，是京津地区的生态屏障。但是，由于上游地区经济发展需水量大[6-7]，曾一度出现水资源短缺的情况。而且，上游地区的经济发展带来了大量污染物排放，导致流域内水环境问题突出。据赵建国等[8]在张家口地区的研究发现，监测的12个断面水质多数为《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅳ、Ⅴ类，未达到“十三五”规划的地表水环境Ⅲ类水质要求。永定河上游张家口地区是官厅水库的重要补给水源，尽管官厅水库由于水质问题已经不再作为北京市的饮用水源，但官厅水库作为北京市的备用水源地，其水质好坏对保障首都饮水安全具有重要战略意义。近年来，学者对永定河上游张家口地区的污染状况展开了大量研究[9-14]。但是，永定河上游张家口地区水污染物的来源与贡献尚不清楚，水污染物排放负荷的区域差异也不清楚。因此，本研究拟运用源强系数法估算永定河上游张家口地区水污染物排放负荷与贡献，以期为永定河上游流域的生态治理和水环境恢复提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

永定河是海河流域七大水系之一[15]，全长747 km，流域面积4.7×104km2。该流域属于温带大陆性气候，年平均气温9.0 ℃，年平均降雨量为393.2 mm，降雨季节分配不均，主要集中在6—9月。该区水资源主要分布在张家口坝下的永定河水系、潮白河水系、大青河水系和坝上的内陆河水系与滦河水系。其中永定河水系、潮白河水系与北京直接相连，永定河水系官厅水库上游的多年平均地表水资源6.3×108m3，地下水资源6.4×108m3[16]。地形地势条件决定了永定河上游地区是京津冀城市群水源涵养、防风固沙和水土保持[17]三大功能的交汇地带，是维护京津冀生态安全的重要屏障，在京津冀协同发展中具有不可替代的生态地位。

1.2 数据来源

研究数据主要包括永定河上游张家口地区各区县人口、耕地面积、畜禽养殖数量等，主要来源于《河北经济年鉴2017》与《张家口市2017年国民经济和社会发展统计公报》。工业和水产养殖业水污染物排放负荷数据来源于张家口生态环境局统计数据。各行业排污系数分别来自《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》《全国农田面源污染排放系数手册》《第一次全国污染源普查畜禽养殖业源产排污系数手册》。

1.3 研究方法

城镇和农村生活污水污染物排放负荷计算方法见式(1)：

Gp=3.65NFp

(1)

式中：Gp为城镇或农村生活污水污染物年排放负荷，t/a；N为城镇或农村常住人口，万人；Fp为城镇或农村生活污水污染物排放系数，g/(d·人)。城镇居民生活污水污染物排放系数为：COD 54.0 g/(d·人)，氨氮7.5 g/(d·人)，总磷0.65 g/(d·人)。农村生活污水污染物排放负荷按照COD 16.4 g/(d·人)，氨氮4.0 g/(d·人)，总磷0.44 g/(d·人)计算。

旅游业污水污染物排放负荷可采用排放系数乘以旅游业接待人数进行计算，其中COD排放系数为54.0 g/(d·人)，氨氮7.5 g/(d·人)，总磷0.65 g/(d·人)。种植业面源污染物排放负荷可采用排放系数乘以耕地面积进行计算，其中总氮排放系数为4.62 kg/(hm2·a)，总磷排放系数为0.041 kg/(hm2·a)。畜禽养殖业污染物排放负荷为排放系数、畜禽总数、饲养期的乘积，排放系数取值为：生猪COD 30.78 g/(d·头)，氨氮1.02 g/(d·头)，总磷0.43 g/(d·头)；牛COD 242.575 g/(d·头)，氨氮3.565 g/(d·头)，总磷1.215 g/(d·头)。

2 结果与分析

2.1 不同来源污染物排放负荷及其贡献

2017年永定河上游张家口地区不同来源水污染物的排放负荷见表1。由表1可见，永定河上游张家口地区COD、氨氮、总磷排放负荷分别为97 533.43、10 596.73、1 389.11 t/a。不同来源水污染物排放负荷差异显著。其中，畜禽养殖业排放的COD最多，达到52 331.80 t/a，其次为城镇生活污水，为30 632.47 t/a。城镇生活污水排放的氨氮最高，达到4 254.51 t/a。畜禽养殖业总磷排放负荷最高，为402.65 t/a。

COD的主要来源为畜禽养殖业、城镇和农村生活污水，其贡献率分别为53.66%、31.41%、12.05%。氨氮主要来自城镇生活污水，贡献率为40.15%；其次为农村生活污水，贡献率为27.04%；再次为种植业，贡献率为19.40%。总磷排放主要来自畜禽养殖业，贡献率达到28.99%；其次为城镇生活污水，贡献率为26.54%；再次为农村生活污水，贡献率为22.69%。2017年张家口地区工业废水COD、氨氮和总磷排放负荷贡献率均较低，分别为0.88%、0.84%和0.37%。这可能与“十三五”以来张家口地区严格的污染管控有关。

2.2 不同区域污染物排放负荷及其贡献

永定河上游张家口地区不同行政区域水污染物排放负荷差异明显(见表2)。宣化区3种污染物排放总负荷最大，为21 120.93 t/a；经开区污染物排放总负荷最小，为1 143.52 t/a。不同区域污染物排放负荷体现为宣化区>涿鹿县>蔚县>怀来县>万全区>阳原县>桥东区>尚义县>怀安县>桥西区>崇礼区>下花园区>经开区。COD排放负荷宣化区最大，达到19 024.68 t/a，其次为涿鹿县；经开区最小，为1 110.38 t/a。不同区域COD排放负荷体现为宣化区>涿鹿县>蔚县>怀来县>万全区>阳原县>桥东区>尚义县>怀安县>桥西区>崇礼区>下花园区>经开区。氨氮排放负荷宣化区最大，达到1 848.54 t/a；经开区氨氮排放负荷最小，为23.90 t/a。不同区域氨氮排放负荷体现为宣化区>蔚县>涿鹿县>怀来县>阳原县>桥东区>怀安县>尚义县>万全区>桥西区>崇礼区>下花园区>经开区。宣化区总磷排放负荷最大，达到247.71 t/a；经开区最小，为9.24 t/a。不同区域总磷排放负荷体现为宣化区>蔚县>涿鹿县>阳原县>怀来县>万全区>尚义县>怀安县>桥东区>桥西区>崇礼区>下花园区>经开区。

表1 2017年不同来源水污染物排放负荷及贡献率1)

注：1)种植业COD因缺乏相关数据，排放负荷不计入核算，种植业氨氮排放负荷以总氮排放系数计算。

表2 不同区域水污染物排放负荷及贡献率

各行政区不同污染物贡献率存在较大差异。总体看来，3种污染物排放负荷贡献率最高的地区为宣化区，贡献率最小的地区为下花园区和经开区。

3 讨 论

3.1 永定河上游张家口地区水污染物排放负荷空间差异的原因

永定河上游张家口地区水污染物排放空间差异显著。3种污染物排放负荷与耕地面积、人口数量、产业结构等因素存在一定的相关性(见表3)。由表3可知，COD排放负荷与第一产业产值、总人口和农用化肥施用量(折纯)极显著相关，与第二产业产值、第三产业产值和耕地面积显著相关。氨氮排放负荷与总人口呈极显著相关，与第一产业产值、第二产业产值、第三产业产值、耕地面积和农用化肥施用量(折纯)呈显著相关。总磷排放负荷与第一产业产值、总人口、耕地面积和农用化肥施用量(折纯)呈极显著相关。这与于淼等[18]的研究结果一致。因此，要加快永定河上游地区产业结构升级，发展新型绿色环保产业，以期减少污染物的排放负荷。

表3 不同污染物排放负荷与各指标的相关系数1)

注：1)**表示在 0.01 水平(单侧)上极显著相关；*表示在 0.05 水平(单侧)上显著相关。

3.2 永定河上游张家口地区水污染控制对策分析

从不同行业水污染物排放负荷来看，永定河上游张家口地区COD排放负荷主要集中在畜禽养殖业[19]、城镇和农村生活污水，氨氮排放负荷主要集中在城镇、农村生活污水和种植业，总磷排放负荷主要在畜禽养殖业、城镇和农村生活污水以及种植业。因此，要加大对畜禽养殖业的规范化管理力度，提高畜禽排泄物的利用率[20]。对城镇、农村生活污水的收集与处理力度也应加强，使污染物排放负荷减小。种植业方面，应加强推广养分利用率高的种植方法，使用有机肥来替代化肥[21]等。

从不同区域水污染物排放负荷来看，永定河上游张家口地区水污染物排放负荷主要集中在宣化区和蔚县，这主要与两个地区人口总量大、农药化肥消耗量大有关。因此，水污染防控的重点区域应主要在宣化区、蔚县等污染物排放贡献率高的区域，加大对这些区域废水的集中收集与处理力度，提升污水处理厂的处理效率。同时，在这些地区加强相关环保知识的宣传普及，培育良好的水资源保护意识。

从产业结构上来看，COD、氨氮、总磷排放负荷与产业结构都有一定的关系。因此，永定河上游张家口地区应加快产业结构升级，合理分配产业结构比例。提高第二产业和第三产业比例，加大对高技术产业和绿色产业的投资建设。张家口地区作为京津外围城市，具有丰富的土地与人力资源[22]，可以与京津地区优势互补，形成相应的生产中心，促进“科研创新—加工制造—配套服务”产业格局的形成[23]。

4 结 论

(1)永定河上游地区COD排放负荷为97 533.43 t/a，氨氮排放负荷为10 596.73 t/a，总磷排放负荷为1 389.11 t/a。3种污染物主要来自城镇、农村生活污水、畜禽养殖业和种植业。

(2)COD排放负荷主要来自宣化区和涿鹿县，氨氮排放负荷主要来自宣化区和蔚县，总磷排放负荷主要来自宣化区和蔚县。这主要与相关地区的人口数量、产业结构和农药化肥消耗量有关。

(3)永定河上游张家口地区今后应进一步严控城镇生活污水排放，并加强对农村生活废水的处理，加大对畜禽养殖业的规范化管理力度，同时也不能忽视种植业面源污染的防控。在区域上，应加强对宣化区、蔚县等污染物贡献率大的地区的水污染治理，提升污水处理厂的处理效率。