湟水河流域水环境质量综合评价及典型污染物溯源和控制对策研究

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水,覆盖地球表面71%的物质,被称为生命之源。在世界上21个贫水和缺水的国家中,中国位列其一。国民经济发展与居民生活用水一直伴随着城市化的进程而不断发展。流域作为人类生存发展的聚集地,在单一生态属性的基础上增加了环境属性。淡水资源过度开采、水体环境污染是流域水环境管理中面临的两个主要问题。目前,点源污染在我国已得到广泛控制,而环境污染的主要源头已向面源污染问题转化。在从农业大国向农业强国的推进过程中,农药滥用、肥料过量利用的现象造成中国农村面源环境污染现象进一步加重,畜禽等养殖业发展所带来的动物粪便未及时或合理处置,也带来了周围环境污染和受纳水体的破坏。砷被大量用于化学农药中,磷肥中含铅,动物饲料添加剂含有铜、锌等重金属。湟水河作为黄河上游的重要支流,其水环境质量与黄河自然保护以及青海省的经济发展相关。湟水河流域是青藏高原工业和交通运输业最发达的地区,耕地面积辽阔,畜禽养殖业发达,矿产资源丰富。但由于流域水资源总量与经济发展不匹配,仅占青海省的12.3%,超过40%已被开发利用,湟水河水体自净能力变差,生态系统脆弱。由于冬季气温低、河道水量少等原因,湟水河在枯水时期还存在超标现象。当前国内外在流域水环境综合评价及污染物溯源研究方面存在一系列的问题:一是水质评价局限在方法的简单运用,水体水质综合评价指标选取及权重确定方法主观性较强;二是流域典型水污染物溯源模型缺失,污染源空间清单尚未建立;三是湟水河流域水环境质量评价工作较为片面,风险评估缺失,对于高原农牧业所带来的水环境影响研究尚未开展。本研究以湟水河流域为研究区域,以湟水河水体典型水污染物为研究对象,以流域水环境质量控制为研究目标,对湟水河水环境质量进行综合评价及典型水污染物溯源,主要研究内容及结论有以下几个方面:(1)以全指标法作为衡量标准,对比了德尔菲法以及多元统计分析法在指标选取过程中的准确度,并将熵值法在指标赋权过程中进行了应用,建立了 MSA-EWMWQI技术。通过大武水源地地下水可饮用性综合评价,对WQI创新技术进行验证。研究表明WQI技术采用多元统计分析法确定评价指标、熵值法进行赋权的方法评价结果更加科学合理。(2)运用MSA-EWMWQI技术对湟水河流域水体水质进行了评价;利用HRA人体健康风险评价技术评估了水体典型污染物对人类健康的影响;将水环境质量内涵进行拓展,构建包括水质评估和健康评估在内流域水环境质量综合评价模型,并识别了湟水河的主要污染因子及潜在风险因子。水体水质评价结果显示水质类别为4、5类的点位占26.67%。HRA结果表明水体中重金属元素对婴儿具有非致癌及致癌风险,对于儿童、青少年及成年人没有风险。综合评价结果显示湟水河水环境质量状况一般,主要污染因子为COD、TN、TP、Hg,浓度均超地表水Ⅲ类水体标准限值。潜在风险因子为As、Cr、Cd、Ni,它们在水体中浓度虽然很低,但在大部分点位对婴儿具有健康风险,管理者在日常重金属控制工作中应稍加注意。(3)构建了普适性的流域污染物溯源模型:针对水体中COD、NH3-N、TP、TN等一般污染物,采用数据统计法对流域内点源进行解析,采用输出系数法对面源进行解析;对于水体中重金属的污染物,采用PMF技术进行来源解析。研究结果表明湟水河流域一般污染物中点源污染基本得到控制,面源各污染物排放量占总排放量的比例均超过80%。COD、NH3-N主要来源于畜禽养殖和农村生活废水排放,TN、TP主要来源于畜禽养殖和农业种植。水体中重金属主要来源于自然过程、交通尾气及大气沉降、农业种植、工业废水排放和畜禽养殖。种植业、畜禽养殖业对Hg、As的影响分别接近60%、80%,种植业对Ni的贡献超70%,畜禽养殖业对Cd的贡献超过90%。流域高原农牧业对典型水污染物的排放影响较大。(4)根据污染物溯源结果,以污染源所在土地利用类型为依据进行分类计算源贡献,结合GIS技术进行源贡献空间分配,构建了空间上的湟水河流域空间污染源贡献清单,为流域水环境管理地域差异化管理提供理论依据。研究发现流域沿河地区、上游及中游部分区域是COD、NH3-N的主要来源,TN、Cr、Hg的来源在整个流域内分布较为均匀,而TP、Ni、Co、As、Pb主要来源于流域中游及下游部分地区,元素Cu、Zn主要贡献源集中在沿河区域,元素Cd主要来源于流域上游及中游部分地区。污染物来源在区域分布上具有差异化,管理者在不同地域要对不同的污染物加以侧重。(5)基于循环经济理论,提出了包括“源头减排-过程控制-末端治理”全流程的措施建议。流域水环境管理要从三个方面进行,“源头清洁生产”主要包括农村生活、种植业、养殖业、工业及城镇生活、交通尾气五个方面的源控制措施,“过程监督管理”要从例行监测、实时监控、执法联控、河长制度四个方面进行过程化监督,“末端风险防控”要在法规政策保障基础上,做好应急防控,加快人才培养,并进一步提高环保理念。最后针对当前湟水河流域存在的主要问题,提出了相应的管控对策,为流域水环境生态保护和高质量发展作出贡献。
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