1、标题

External pollution source load and contribution of urban eutrophic lakes-Taking Lake Houguanhu of Wuhan as an example

城市富营养化湖泊的外源污染负荷与贡献解析——以武汉市后官湖为例

2、成果信息

杨水化,彭正洪,焦洪赞,许静,王永桂.城市富营养化湖泊的外源污染负荷与贡献解析——以武汉市后官湖为例[J].湖泊科学,2020,32(04):941-951.

国家自然科学基金项目（41807471）资助.

3、团队成员

杨水化，硕士生，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院。研究方向：水环境污染防控技术，地理信息系统。

王永桂，副教授，中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院。研究方向：水环境污染模拟防控技术研究，遥感与地理信息系统。

许静，研究员，安徽省地质调查院。研究方向：水环境污染预警与响应研究。

4、成果介绍

武汉因水而兴，在武汉市诸多湖泊中，后官湖是重要的战略水源地，其在武汉市的发展中有着重要的支撑作用，但随着湖区周围人口、工农业生产的快速增长和大规模经济开发，污染物的排放量增大，导致湖泊生态环境面临着水质恶化、水体富营养化、水生态风险加剧等诸多全国湖泊所共有的生态问题。

解析污染来源，是后官湖治理的关键也是难题。部分学者采用实测的方式，核算了后官湖周边的污染物来源，提出了后官湖流域污染的控制对策，具有一定的借鉴意义。但后官湖由4个子湖组成、流域范围内水系较为复杂，且覆盖了武汉市的三区八街办，其污染来源既有来自工业和污水处理厂的点源、又有流域内农村生活生产的面源，仅通过实测方式无法全面的解析后官湖的污染来源、更无法确定不同行政区的污染贡献。因此本研究采用实测法与经验公式法相结合的量化方法，核算了后官湖流域的污染入湖量，并解析了不同污染源、不同行政区的污染负荷量和贡献率。

本研究的整体框架如图1所示，后官湖位置及近年来水质类别如图2所示。

图1 后官湖流域污染源排放量核算与贡献率计算方法

Fig.1 Calculation method for contribution rate of watershed pollution source emissions in Lake Houguanhu Basin

图2后官湖区域位置和流域行政区划（a）和水质变化（2013一2017年）（b）

Fig.2 Lake Houguanhu regional location and administrative division（a），its water quality（from 2013 to 2017）（b）

本研究采用实测法监测后官湖周边工业污染源、城镇污水处理厂等稳定排放口的污染物排放量；部分未经集中收集和处理的污水渠道为非稳定排放，如城市地表径流，这部分污染通过实测法测得一定时间内的污染物浓度与流量，再经平均浓度法估算全年排放量；同时，后官湖流域内，存在诸多的村庄、有一定规模的农村养殖业和农业生产，这些污染源的排放具有典型的面源性质，通过排污系数法进行核算，计算方法如表1所示。 实际入河量除以计算污染排放量得到入河系数，再参考相关研究，入湖系数的研究成果，确定后官湖流域不同污染源的平均入湖系数，如表2所示

表1排污系数法计算公式

Tab.1 Calculation equations of discharge coefficient method

表2不同污染源入湖系数

Tab.2 Coefficients of different pollution sources into lake

在研究过程中，统计年鉴得到的是整个街道的人口、农业生产和社会经济等数据，但由于流域边界与行政区边界并不完全重合（图1a）.因此，在本研究的计算过程中，首先通过水文分析，得到后官湖的流域范围，然后根据水文分区与行政区的空间关系，采用面积比例法获得流域内街道面积所占总街道面积的比值，再利用该比值计算得到流域内各街道办的面源排放量，再利用入湖系数，得到不同污染源的入湖总量.本文采用的面积比例法，是在假定同一个行政区，其人口分布密度、耕地密度等平均分布的条件下进行的，该方法仅适用于乡镇、街道办等面积较小的行政区，对于人口、耕地等空间分异性较大的城市，该方法并不适用.

根据研究得到，后官湖流域点源污染中，3个区排污口的COD排放量相差不大；氨氮、总氮和总磷，则以蔡甸区排口和汉阳区排口为主，其中，蔡甸区排口COD、氨氮、总氮和总磷的污染负荷贡献分别为33.19%、40.83%、34.57%和42.72%；汉阳区COD、氨氯、总氨和总磷的主要污染物贡献分别为30.40%、41.54%、50.02%和41.54%。从以上区域的点源污染贡献率来看，后官湖流域治理点源污染，首先要重视汉阳区入湖排污口的治理污染负荷大，是后官湖点源中的主要污染源。

表3后官湖流域排口入湖污染量

Tab.3 The amount of outlets into the lake in Lake Houguanhu Basin

根据研究结果，从图4中看出，COD和氨氮负荷最大的均为城市地表径流，分别占污染物总排放量的61%、53%.从图4中看出，总氨负荷最大的是城市地表径流源，占比37%，水产养殖次之（29%）。总磷负荷最大的是农业种植，占比41%，水产养殖次之（30%）。当前形势下，农田种植和养殖是大部分区域总磷负荷的主要贡献源，存在治理难度大、控源成本高等问题。后官湖流域的水产养殖和农业种植对总氮与总磷具有较大的贡献，成为造成后官湖水质恶化和超标的主要原因。

图4面源中不同污染源排放贡献率

Fig.4 Contribution rate of different pollution sources in non-point source

如图5所示，在后官湖周边8个街办中，COD、氨氮和总氮的主要来源是城市地表径流，对城市地表径流的贡献中，三者都表现出相同的规律，比重最大的是大集街办，其次为蔡甸街办，二者占比超过了50%。氨氮的第二大污染源为农业种植，张湾街办所占比例最大，其次为大集街办。总磷的主要来源为农业种植，以张湾街办和大集街办所占的比例最大，二者所占比例在23%以上，其次为玉贤街办总氮。第二大污染源为水产养殖，以大集街办所占比例最大不同街办所占不同类型污染源的贡献表明，开展后官湖面源的治理中，针对COD、氨氮、总磷、总氨应该采取不同的策略，分别以不同的街办为重点进行治理和防控。

图5不同街办不同面源污染贡献率

Fig.5 Different non-point source pollution contribution rates of different street offices