高明區明城鎮水環境綜合整治可達性分析

趙曉晨 傅致遠 黃宇銘

（珠江水資源保護科學研究所，廣東 廣州 510611）

隨著經濟社會的發展和城市化進程的加快，區域內的人口不斷增長，入河排污量急劇增加，導致區域與水資源、水生態、水環境和水文化保護之間的矛盾日益凸顯[1]，如何在經濟社會增長的同時持續保障水質達標已成為迫切需要研究的問題[2]。針對小城鎮水環境現狀問題，國家和地方的治理力度逐漸增大，隨著“水十條”“河長制”等政策的頒布實施，水環境治理進入了快速發展的階段[3]。關于水環境治理研究，國內外學者均提出了自己的觀點，國外學者Kooijman[4]認為，公眾參與在環境治理中起到了良好的帶動作用，對于小城鎮應當采用多元化的治理體系;德國學者Jens Newig 也同樣認為多層次多元化主體參與的水環境治理往往比政府的單一治理效果更佳[5]；國內學者夏青[6]認為小城鎮的污染原因歸根到底是由于處理能力與受污染的速度不匹配，導致小城鎮缺乏有針對性的環境治理保護措施；鄭玄提出應該加大對企業技術和手段兩方面的投入來幫助其實現低碳減排，進一步緩解經濟增長和自然環境之間的矛盾[7]。在未來一段時間內小城鎮將承擔起我國城市化的重任，水環境的治理將成為小城鎮可持續發展的重要環節[8]。目前，國內外的研究側重于學術層面，對于小城鎮治水難的根源缺乏深入的剖析，與大城市的治水相比，適宜于小城鎮的水環境治理技術體系更值得我們深入分析?；诖?，本文結合污染源調查情況，以佛山市高明區明城鎮為例，從污染源總量削減、截污引污治污、提高污染源自行治理效率、外源污染控制等角度出發，提出水環境綜合治理方案，為后續開展相關水環境保護工作提供技術支撐，為實現人們對優質水資源、健康水生態、宜居水環境的需求提供保障[9]。

1 研究區域概況與問題解析

1.1 研究區域概況及水環境現狀分析

明城鎮是佛山市高明區中心腹地，總面積186.50km2，下轄1 個居委會、13 個村委會、150 個自然村，常住人口3.7 萬。明城鎮大部分為低山丘陵臺地，其次為沖積平原。夏季主導風向為南風，冬季主導風向為北風。高明河（滄江河）發源于境內西部合水鎮的老香山托盤頂，干流流經合水、更樓、新圩、明城、人和、西安、三洲及荷城，于?？谒仁瘞r頭注入西江，全長82.4km，流域總面積為1033.00km2，在高明境內流域面積為878.21km2，其中高明河（明城段）長度為21.3km，包括陶筑圍主涌、崇步圍主涌、歌樂涌和羅格坑4 條主干內河涌，以及崇步圍支渠1 條支涌。

圖1 項目研究范圍、水系分布及現狀監測點位示意圖

明城鎮的常規監測斷面為高明河（滄江河）峰江碑至新圩交界段斷面（2016 年執行地表水V 類標準，2017—2020 年度執行地表水Ⅲ類標準）和歌樂涌斷面（2016 年7 月開始監測，執行氨氮濃度不超過6.0mg/L，總磷濃度不超過0.6mg/L，其余指標達地表水V 類標準；2020 年度執行地表水V 類標準）。根據本地區地表水常規斷面的監測結果可知，高明河（滄江河）峰江碑至新圩交界段斷面2016—2020 年5 月水質逐年好轉，但整體水質較差。其中，2016 年水質目標為Ⅴ類，現狀水質全年在Ⅴ類上下浮動，年達標率為80%；從2017 年起水質目標上升為Ⅲ類，但現狀水質惡化，2017—2018 年水質基本為劣Ⅴ類，個別月份能達到Ⅳ類，年達標率為0%；2019—2020 年現狀水質明顯改善，現狀水質在Ⅳ類波動，2019 年全年達標率為8%，2020 年1—5 月達標率為20%。歌樂涌斷面2016 年7 月至2020 年5月水質逐年好轉。其中，2016 年7 月至2017 年水質基本為劣Ⅴ類，年達標率為44%；2018 年現狀水質在Ⅴ類上下浮動，年達標率達92%；2019—2020 年5 月水質均優于Ⅴ類，穩定達標。

本研究為了進一步調查地表水水質現狀情況，于2019 年對高明河干流及其主要支流匯流口進行水質現狀補充監測，其中豐水期采樣時間為2019 年7 月，枯水期采樣時間為2019 年11 月。根據監測結果分析可知，高明河明城鎮段干流點位水質均集中在Ⅳ～Ⅴ類，水質較差，均未達到水質目標。從評估時段來看，高明河明城鎮段支流大多數點位枯水期監測水質優于豐水期，豐水期水質主要污染因子為總磷，枯水期水質主要污染因子為五日生化需氧量和總磷。根據河流實際流向，概化高明河明城鎮段干流及其支流，根據監測點位水質結果沿河道進行插值，結果見圖2～圖3。

圖2 高明河及其支流豐水期地表水水質概化圖

圖3 高明河及其支流地表水枯水期水質概化圖

1.2 水環境問題解析

基于項目現場調查與監測工作，明城鎮在水源補給、納污能力和面源治理等方面都存在不同程度的問題。

1.2.1 河涌水源自然補給不足

根據現場調查及相關文獻，高明河流域內已建電站有13 個，目前僅有2 個正常運行，分別為石坎水電站和峰江水電站，峰江水電站位于明城鎮西郊高明河中游河段，開發方式為河床式，對廠壩間河道減脫水的影響是客觀存在的，目前未核定生態流量[10]。另外，高明區明城鎮大部分地區是丘陵和山區，區域儲水能力較差，大部分河涌缺乏干凈的活水補給，擴散條件較差，污染物無法稀釋清除，水生態環境較差[11]。

1.2.2 河涌納污能力有限

高明河水污染的污染源主要類型為生活污水、工業廢水以及農業污水[12]。近年來，隨著現代化工農業生產的迅猛發展、人口的增多，生活污水和工業污水不斷排入，而河涌自身的調蓄作用弱、污染水體交換擴散能力差、納污能力小，導致高明河明城鎮部分河涌已受到一定程度的污染。

1.2.3 農業面源污染已成為主要影響因素

農業面源污染已上升為制約水環境持續改善的主要因素。根據水質現狀評價結果可知，高明河明城段枯水期水質優于豐水期，結合污染源調查結果，其主要因素為農業面源污染，而農業面源污染治理受到政策、技術、經濟等因素影響，仍存在諸多短板[13]。

2 水環境污染源調查及壓力分析

2.1 區域水污染源現狀調查

截至2019 年底，明城鎮正在運營的污水處理廠僅有明城鎮第一污水處理廠，服務范圍主要為明城鎮中心舊城區和明北工業區。明城鎮內主要的入河排污口共有7 個，納污水體為高明河、羅格坑主涌和內河涌，規模以上入河排污口為高明區明城鎮污水處理廠混合廢水入河排污口。

2.2 污染源調查與核算

2.2.1 境內污染源調查

明城鎮境內的污染源類型主要包括工業污染源、生活污染源、農業污染源（包括農田徑流污染、畜禽養殖污染以及水產養殖污染）和林業污染源4 類。污染源的計算均基于污染源普查數據，采用產排污系數法進行分析計算[14]。其中，農田徑流污染主要根據《全國水環境容量核定技術指南》[15]中的“標準農田”的單位面積源強系數，乘以實際農田面積及修正系數分析得到；畜禽養殖污染根據《排污許可證申請與核發技術規范 畜禽養殖行業》（HJ 1029—2019）中的產污系數法，結合2019 年《佛山市年鑒》數據核算污染物排放量；水產養殖污染根據《第一次全國污染源普查水產養殖業污染源產排污系數手冊》，結合年鑒數據進行污染物排放量計算。將上述工業污染源、生活污染源、農業污染源、林業污染源進行匯總，結果見表1。

表1 明城鎮各類污染源污染物入河量匯總

經計算分析，各污染源污染物入河量貢獻比例差別較大，明城鎮主要受農業污染影響，其次是林地污染、生活污染，而工業污染對水體污染影響較小。因此本次治理方案需要綜合考慮區域實際情況，提出有針對性的治理辦法。

2.2.2 入境污染源調查

明城鎮主要入境河流為高明河，入境污染量由高明河上游來水（入明城鎮前）水質決定。根據水功能區水質目標，高明河明城鎮上游河段水質目標為Ⅲ類，通過監測斷面W1 和W10 共同監測上游來水水質，其中W10 斷面為更合鎮入明城鎮控制斷面。監測結果顯示，W1 斷面和W10 斷面豐水期水質分別為Ⅴ類和劣Ⅴ類，枯水期分別為Ⅳ類和Ⅴ類，均未達到水質目標要求。將W10 斷面豐水期及枯水期現狀監測中污染物濃度最高的結果作為控制斷面水質現狀，將水功能區水質目標對應的污染物濃度限值作為控制斷面水質目標，分別計算上游現狀水質污染源入河量以及目標水質污染源通量，計算公式為

式中：Q（t）為瞬時流量，m3/s；C（t）為瞬時濃度，mg/L；T為估算時段。

由計算結果（見表2）可知，上游入境總磷污染嚴重，入境總磷超標入河量為23.81 t/a，與明城鎮內部總磷入河量基本持平，其他污染源均未超標。

表2 明城鎮上游各類污染源超標量 單位：t/a

由計算結果可知，上游入境總磷污染較大，與明城鎮內部總磷入河量基本持平，其他污染源均未超標。

2.3 壓力來源及污染類型

根據高明區明城鎮2019 年水質現狀評價結果、污染源核算結果和村落的分布比例，以及通過疊加土地利用現狀圖，分析研究范圍內典型斷面水質壓力來源和污染類型，具體見表3。由表3 可知，高明區明城鎮主要的污染因子為總磷和化學需氧量，主要的污染類型為農業面源污染和生活污染。

表3 高明區明城鎮典型斷面主要的污染因子及污染類型匯總情況

3 污染物削減方案

本方案以高明河流域明城鎮計算單元斷面水質達標為約束條件，運用高明河流域一維數學模型，針對流域各計算單元的主要水污染物的排放量，根據流域水環境控制要求，將主要污染物排放量分配到各個計算單元的排放口，從而提出削減方案。

3.1 計算單元劃分及方法

根據《水體達標方案編制技術指南》中的計算單元細化分解技術，計算單元和計算斷面主要根據街道行政區劃和內河涌流域分布進行劃分。由于明城鎮所處區域主要為平原河網地區，地勢過于平坦，直接使用DEM 提取出的徑流方向常與實際不相符，導致提取出來的匯水區邊界與實際有較大差異。因此，本次研究結合遙感影像數據，提取河涌水系、道路等可能影響地表徑流途徑方向的地物要素，疊加到DEM 信息中，從而提高DEM 精度[16]。具體計算單元示意圖見圖4。

圖4 計算單元示意圖

3.2 計算方法

本研究河流在計算其納污能力時，設計水文條件均采用P=90%最枯月流量。本次污染物入河量的計算主要考慮工業點源污染、生活污水及農業污染。從污染源總量削減的角度出發，為明城鎮各河段核算污染物入河量，針對不同的污染物削減方案，提出污染物入河削減量。本計算參考《水域納污能力計算規程》（GB /T 25173—2010）附錄A.1 河流納污能力計算模型中的A.1.2 河流一維模型。

具體的計算公式如下：

式中：Cx為流經x距離后的污染物濃度，mg/L；x為沿河段的縱向距離，m；u為設計流量下河道斷面的平均流速，m/s；K為污染物綜合衰減系數，1/s；C0為初始斷面的污染物濃度，mg/L。

相應的水域納污能力按下式計算：

式中：M為水域納污能力，g/s；Cs為水質目標濃度值，mg/L；Q為初始斷面的入河流量，m3/s；QP為廢污水排放流量，m3/s。

當入河排污口位于計算河段的中部時（即x=L/2時），水功能區下斷面的污染物濃度及其相應的水域納污能力分別按下式計算：

式中：m為污染物入河速率，g/s；Cx-L為水功能區下斷面污染物濃度，mg/L；L為計算河段長度，m。

3.3 設計條件及設計參數

由于本次所計算的河流均無水文站及實測的水文資料，擬采用水文比擬法推求各河段的P=90%最枯月流量。高明河全長82.4km，流域總面積1033km2，根據《高明河水污染控制與水源保護規劃》得出90%保證率下年降水量為1261.7mm，由徑流系數計算得到高明河90%保證率下最枯月平均流量為6.147m3/s。本次所計算河段的P=90%最枯月流量以高明河最下游斷面作為水文參證斷面，采用水文比擬法進行估算。具體的估算方法采用控制的集雨面積和降雨量進行比擬修正，計算得到的設計流量見表4。參考相應研究成果[17-19]，本研究選用的綜合衰減系數分別取化學需氧量為0.15（1/d），氨氮為0.10（1/d），總磷為0.10（1/d）。

表4 計算斷面設計水文條件參數

根據水環境現狀調查結果，識別本項目主要控制污染物為化學需氧量、氨氮、總磷。因此本次污染物入河量的計算主要考慮工業點源污染、生活污水、農業污染和林業污染。根據計算單元分區情況，將污染物入河量以行政村（社區）口徑進行統計，將統計結果按照村鎮地理位置納入各個計算單元，其中，化學需氧量的入河總量為1251.61t/a，氨氮的入河總量為210.39t/a，總磷的入河總量為25.84t/a，具體見表5。

表5 污染物計算單元統計情況 單位：t/a

3.4 削減方案

本次削減方案以明城鎮水質達標控制斷面水質目標達到Ⅲ類為目標，基于各片區的水質目標，確定片區1 的水質目標為Ⅲ類，片區2、片區3、片區4 的水質目標為Ⅱ類，由此可得到4 個片區的化學需氧量、氨氮、總磷的削減量分別為314.11t/a、128.67t/a、10.33t/a。 片區1 的化學需氧量、氨氮、總磷的削減量均為0t/a，片區2 的化學需氧量、氨氮、總磷的削減量分別為94.79t/a、35.22t/a、2.16t/a，片區3 的化學需氧量、氨氮、總磷的削減量分別為202.64/a、76.10t/a、6.96t/a，片區4 的化學需氧量、氨氮、總磷的削減量分別為16.68t/a、17.35/a、1.21t/a?；谒|目標控制入河量，計算的化學需氧量、氨氮、總磷的削減量，具體見表6。

表6 COD、氨氮、總磷的目標控制入河量、現狀入河量、入河削減量 單位：t/a

4 水環境綜合治理方案

基于上述削減方案，本文針對高明河明城段提出水環境綜合治理方案，包括污染治理方案、生態修復方案和河道整治工程方案。

4.1 污染治理方案

截至2019 年底，明城鎮污水管網建設相對滯后，僅城鎮中心舊城區和明北工業區部分排水主干管已基本建成，城區西部、東北部、城南新區以及工業聚集區（貝斯特工業區）污水管網尚未覆蓋。本次污染治理方案主要以提高污水廠處理率和完善污水收集系統為主。根據現狀污水收集系統的運行與城市建設情況，該區污染治理方案主要包括：新建管網工程約26 km，進一步完善污水管網工程，實現排水的雨污分流；對32 個未開展分散式生活污水處理的自然村進一步完善農村污水收集及農村養殖污水收集處理設施等。

4.2 生態修復方案

生態修復工程應在污染治理工程之后進行，根據活水流場分析和河道周邊環境分析，采用綜合措施優化水體基礎生境，構建生態系統，改善水質。鎮區內水系經整治后，大部分河段為生態駁岸，基本滿足兩岸雨水滯留要求，僅局部河段存在雨水直排現象。綜合現狀，明城鎮內生態修復主要以引水活化、拋撒有益菌種、曝氣增氧等措施為主，恢復河道自凈能力，達到水質提升、改善環境的目的。根據現場調查，可選擇明城鎮高明河的太平圩島進行試點研究。

4.3 河道整治工程方案

開展轄區內河涌基本情況摸底調查，建立內河涌檔案，以水質達標和恢復水體生態自凈能力為目標，制定各內河涌“一河一策”整治方案。制定內河涌污染整治計劃，滾動實施內河涌整治。建立內河涌整治水質目標和建設任務雙目標考核制度，考核結果納入鎮街環境保護責任考核。根據明城鎮現狀資料，本次河道整治以河道清淤和日常保潔為主。高明河為明城鎮主要防洪、排澇渠道，因此不建議采用排干式清淤，宜采用泵吸式水下清淤方式，該方式具有施工簡單、適用小型河道施工等特點；各主涌、支涌以及各自然村的排水渠根據整治河段現狀特征，非汛期宜采用排干式清淤方式。

5 方案目標可達性分析

5.1 污染物削減量估算

5.1.1 污染治理工程污染物削減量

本方案通過污染治理工程減少污染物排放量，按污染治理效率統計污染物削減量。其中采取新建和完善污水管網使污水最終進入污水處理廠的，其污染物排放量納入污水處理廠排放量中，削減量按100%估算；對于采取污水處理設施進行處理后排放的，削減量按設備處理效率進行估算。計算污染物產生削減量后，再根據入河系數估算污染物入河削減量，估算結果見表7。

表7 污染治理工程污染物削減量

5.1.2 生態修復污染物削減量

目前我國學者研究了生態修復工程實施前后河流水質變化情況，明確了生態修復工程實施后河流水中的氨氮等污染物濃度會逐漸下降，但其削減量受各生態系統特點影響難以定量?？紤]到生態修復在實施時序上位于污染治理工程之后，處于本次實施方案措施的中后期，因此暫不考慮生態修復的削減量，主要考慮污染治理實施工程的污染物削減量。

5.1.3 農田污染源削減量

根據國內相關研究，在保證現有產量的基礎上，我國目前普遍過度使用農肥，通過創新施肥方法、運籌施肥時間、調整耕作制度等政策引導和管理措施手段，實現化肥減量，能從源頭上減少農田污染物產生量的20%；在采取生態攔截措施后，對于農田徑流排水中的氮磷去除率分別可達48%～60%和40%～60%[20-21]。由于農田源頭削減是一個長期過程，方案在近期主要考慮生態攔截，遠期則考慮源頭減量和生態攔截共同作用下的污染物削減。各片區農業面源污染物削減量見表8。

表8 農業面源污染物削減量

5.1.4 水產養殖污染源削減量

根據國內相關研究[22]，采用微電解水質調控、循環水、生物技術應用等生態健康養殖技術，定期使用微生物水質改良劑等措施后，對污染物中化學需氧量、氨氮、總氮和總磷的去除率可分別達到40.0%～73.0%、51.2%～73.0%、21.9%～54.0%和30.0%～60.0%。各片區水產養殖污染物削減量見表9。

5.1.5 林業污染源削減量

根據當地《關于進一步優化森林樹種結構工作方案》《桉樹林采伐更新管理辦法》《清退耕地種植桉樹行動方案》等工作要求，對水庫集水區范圍內桉樹縮減比例由2008 年《佛山市高明區桉樹種植暫行規定》（明府字〔2008〕56 號）規定的20%提高到100%。明城鎮每年縮減桉樹種植面積約0.2 萬畝，預計10 年內可縮減2.0 萬畝。各片區林業污染物削減量見表10。

表10 林業污染物削減量

5.2 方案目標可達性分析

根據上述提出的各片區污染物削減方案，在本次方案提出的各項措施實施后，本次目標均可達，具體分析結果見表11。

表11 明城鎮水環境治理目標可達性分析 單位：t/a

5.3 明城鎮控制斷面水質可達性分析

明城鎮主要入境污染量由高明河上游來水（入明城鎮前）水質決定，入境污染物由高明河上游來水流入明城鎮片區2 計算單元。由上游污染源超標量和污染物削減量可知，上游W10 斷面化學需氧量、氨氮均達標，超標量為0，說明上游高明河來水進入明城鎮片區2 計算單元的化學需氧量、氨氮入河量不需要進行削減即可滿足明城鎮水環境容量的要求；上游入境總磷污染嚴重，入境總磷超標入河量為23.81t/a，占明城鎮片區2 計算單元總磷削減量的1104%，說明上游高明河來水的總磷入河量需要進行削減，總磷入河削減量為23.81t/a，削減后才能滿足明城鎮水環境容量的要求。

6 結 語

本文以問題為導向，將佛山市高明區明城鎮作為研究對象，結合現狀污染調查和現狀水環境監測工作，有針對性地提出總量控制和污染物削減要求，并分析其可達性。本次整治以高明區明城鎮主要地表河流為主，整治目標為高明河（滄江河）峰江碑至新圩交界段達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中規定的III 類水質標準。針對確定的整治范圍和整治目標，本方案在收集相關政策、規劃，現狀污染調查以及現狀水環境監測的基礎上，提出了各片區總量控制和污染物削減要求。為達到整治目標，本方案通過截污治污、完善污水管網、河道整治、實施生態修復措施、控制農業林業面源污染等方式逐步改善整治河道水質，并對整治目標可達性進行分析。方案實施后，入河量均小于允許入河量，整治目標可達。

本次方案僅對研究范圍內主要污染物排放情況進行了初步調查和估算，由于明城鎮控制斷面位于更合鎮和明城鎮交界處下游約1km 處，而明城鎮的主要入境污染量由高明河上游來水（入明城鎮前）水質決定，上游入境總磷污染較嚴重，建議后續對上游污染源現狀進行排查。