在湖泊流域入湖地表径流中，部分水质受到一定污染，但主要水质指标又优于城镇污水处理厂污染物排放标准，无法排入污水处理厂进行处理，但相对于湖泊水体来讲，仍然为污染源，不经处理直接入湖又不能满足湖泊水质保护的要求，这部分总氮浓度(ρ(TN))、总磷浓度(ρ(TP))、COD_Cr浓度(ρ(COD_Cr))相对较低的入湖水我们称为“低污染水”^[1].湖泊富营养化已经成为世界面临的重大水环境问题之一^[2-3]，低污染水的问题应引起重视.近年来，随着我国湖泊治理力度的加强和湖泊治理新理念的提出，低污染水带来的污染问题越来越受到关注，低污染水治理已经成为湖泊流域点源和面源污染控制之后又一新的挑战.

目前关于低污染水的研究，主要集中于低污染水治理技术，其中包括人工湿地技术^[4-7]、自然湿地技术^[8-9]、生态浮床技术^[10-11]、缓冲带技术^[12-14]等，赵建伟等^[15-18]则开展了针对低污染水去除效率的材料及工艺等方面的研究.对低污染水进行有效治理，首先应了解流域低污染水的类型及其分布规律，目前鲜见该方面的报道.该文阐述了低污染水的概念与一般类型，并以富营养化初期湖泊——洱海及其流域为研究对象，针对该流域以面源污染为主、低污染水问题突出的特征，提出低污染水的调查和计算方法，并开展了低污染水类型研究，计算了流域不同类型低污染水的产生量、污染负荷及其空间分布，分析了洱海流域的低污染水特点与规律，以期为科学、合理地制定全流域低污染水系统治理思路提供基础.

1 低污染水的类型与特征

低污染水包括经污水处理设施处理后但对湖泊水体来讲仍为污染源的尾水、地表径流以及污染物浓度较低的农田排水、雨季村落地表径流等.笔者在云南大理洱海和玉溪抚仙湖等多个湖泊开展的低污染水调查和研究表明，湖泊流域低污染水主要包括污水处理厂处理尾水、城镇地表径流、农田径流排水(含农村分散性生活污水)3种类型.

1.1 污水处理厂处理尾水

比较《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)与《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)，可以发现，GB 18918-2002中一级A标准的ρ(TN)、ρ(TP)分别是GB 3838-2002中Ⅴ类水质标准(湖、库)的7.5和2.5倍.GB 18918-2002各级出水与GB 3838-2002中Ⅴ类水质标准ρ(TP)、ρ(NH₄⁺-N)的比较如图 1所示.由图 1可见，城镇污水处理厂达标排放的尾水中的营养物质，对湖泊来讲仍属污染源.即使流域中的点源全部得到控制，但由于污水处理厂达标排放尾水仍为低污染水，湖库、河流地表水水质达标率仅为42 % ~65 % ^[19].

1.2 城镇地表径流

在面源污染中，城镇地表径流是仅次于农业面污染源的第二大面污染源^[20]，其主要来源于降水冲刷地表垃圾和尘埃物质等，其中悬浮颗粒物浓度(ρ(SS))、重金属及碳氢化合物的含量等均与未经处理的城市污水基本相同^[21]，但在可生化性方面与城市污水存在巨大差异，采用常规的城市污水处理工艺处理是不合理的^[22].城镇地表径流污染具有随机性强、突发性强、径流量大的特点.北京市城市地表路面径流中ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(TP)的平均值分别为116.24、12.35、0.457 mg/L^[19]；上海市地表径流污染物中ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(TP)的平均值分别为336、7.74、0.57 mg/L^[23]；昆明市地表径流污染物中ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(TP)平均浓度值分别为138.2、2.37和0.43 mg/L^[24]，均高于地表水Ⅴ类水质.因此城镇地表径流对湖泊、河流来讲构成威胁，应将其纳入低污染水的范畴.

1.3 农田径流排水(含农村分散性生活污水)

受化肥施用量增加、施肥结构不合理等因素影响，农田土壤中的氮、磷含量和氮、磷流失量也在不断增加，农田排放的营养物对水体的危害日益加剧^[25-28]，由此所带来的一系列环境、经济问题已引起国内外有关人士的极大关注.

从源水的性质分析，农村分散性生活污水不应该纳入低污染水的范畴研究，但是由于我国农田沟渠往往汇入了周边农村的生活污水或相对清洁的生活杂排水，因此农田径流排水不是单一的农业面源污染，而是集合了农村、农田复合污染性质的一类水.虽然农村生活污水的有机物、氮磷营养物进入农业系统中会有一定吸收、转化和降解，但是高浓度的农村性分散生活污水一定程度上会加大径流中的污染物浓度.农村分散性生活污水可分为两类：一类为包括粪便水的污水，主要指使用水冲厕所的情况；另一类为清洁的生活杂排水(不包括粪便水)，主要指使用旱厕的农村居民，其产生的生活排水主要包括洗浴、洗衣和厨房污水等.农村分散性生活污水、村落地表径流与农田排水混合后进入河流或者湖泊，因此该研究将分散性农村生活污水、村落地表径流纳入农田径流排水进行研究.农田排水沟渠是农田流失氮、磷进入受纳水体前的运输通道^[29].由表 1可见，滇池流域农田排水沟渠水质变化较大，并且均高于Ⅴ类水质标准.

可见污水处理厂处理尾水、城镇地表径流、农田排水(含村落地表径流)等水体中污染物的质量浓度仍远高于地表水环境质量Ⅴ类水质标准，对于湖泊水体来说仍然属于污染源.

2 研究方法 2.1 洱海流域概况

洱海地处云南省大理白族自治州境内，流域面积2565 km²，湖面面积249.4 km^2[32]，境内有弥苴河、永安江、罗时江、波罗江及苍山十八溪等大小河溪117条和洱海、茈碧湖、海西海、西湖等湖泊与水库.洱海流域属中亚热带西南季风气候带，全年有干湿季之别而无四季之分，年平均气温为15.5℃，全年平均最高气温22.2℃，最低气温10.2℃.雨量充沛，全年降雨量为1000~1100 mm，但分布不均，95 %的降雨集中在5-10月的雨季，2010年和2011年洱海水质状况见表 2^[33].

2.2 低污染水调查流程

流域低污染水污染源调查主要包括资料收集、采样分析和现场调查，调查内容包括：①运行或在建的城镇污水处理厂数量、分布、处理规模、实际处理能力等；②流域农田面积、类型、种植习惯、主要种植作物及施肥方法等；③流域农村人口、人均用水量、排水现状及特点、农村污水处理现状；④流域城镇面积、人口密度、降雨资料等.基于以上调查资料，根据污水处理厂处理尾水、农田排水、城镇地表径流等水质研究及GB 3838-2002、GB 18918-2002等标准限值，计算洱海流域不同类型的低污染水产生量及污染物量.低污染水调查流程见图 2.

3 结果与分析 3.1 污水处理厂尾水

根据洱海流域已建或在建(已经发挥或即将发挥效益)的污水处理厂的数量和处理规模，计算污水处理厂处理尾水水量，并按照GB 18918-2002中出水标准计算污染负荷量：

$ {L_{{\rm{W}}i}} = {10^{ - 6}}{Q_{\rm{W}}} \cdot {C_{{\rm{W}}i}} $

(1)

式中，L_Wi为i污染物污水处理厂尾水污染负荷(t/a)，Q_W为流域城镇污水处理规模(m³/a)，C_Wi为城镇污水处理厂出水中i污染物的质量浓度(mg/L)，根据洱海流域污水处理厂出水现状及出水水质要求，大渔田污水处理厂建设时间较早，出水达到GB 18918-2002的二级标准，近些年新建设的污水处理厂出水要求达到一级A标准，但鉴于大渔田污水处理厂较大的处理规模和现状出水水质，并考虑污水处理厂的提标升级趋势，综合考虑该研究中取相应GB 18918-2002中一级B标准，即TN为20 mg/L，TP为1 mg/L.

洱海流域已经逐步建立城镇、集镇两级污水收集处理系统，其中城市污水处理厂主要处理大理市市区和洱源县县城的生活污水，共计有3座，分别为大渔田污水处理厂、庆中污水处理厂和洱源县县城污水处理厂.洱海流域已经运行或即将投入运行的集镇污水处理厂有10座，大理市有上关镇、喜洲镇、周城镇、双廊镇和海东镇5座污水处理厂，洱源县有牛街乡、凤羽镇、右所集镇、三营镇、邓川镇5座污水处理厂.

洱海流域城镇污水处理厂处理能力可达3194×10⁴ m³/a，其中城市生活污水处理厂为2445×10⁴ m³/a，集镇污水处理厂为748×10⁴ m³/a，达标排放尾水中TN负荷量为639 m³/a，TP负荷量为48 m³/a.

3.2 农田径流排水(含村落地表径流)

农田径流排水量涉及土地利用类型、作物种植、降雨、农田灌溉等较多因素，目前没有统一的计算方法，该文采用了根据降雨期农田产流量和灌溉期农田排水量计算与根据稻季径流水量计算2种方法，将计算结果进行对比和验证分析，粗略估算流域农田径流产生的水量.

$ {Q_{\rm{N}}} = \max ({Q_{\rm{J}}}, {Q_{\rm{G}}}) $

(2)

$ {Q_{\rm{J}}} = {10^{-3}}R \cdot A \cdot a $

(3)

$ {Q_{\rm{G}}} = {M_{\rm{G}}} \cdot A \cdot b $

(4)

$ {Q_{\rm{N}}} = {10^{ - 4}}D \cdot A $

(5)

式中，Q_N为农田径流排水量(m³/a)，Q_J为降雨期农田产流量(m³/a)，Q_G为灌溉期农田排水量(m³/a)，R为降雨量(mm)，A为农田面积(m²)，a为农田产流系数(%)，M_G为农田平均灌溉用水量(m³/m²)，D为稻季径流水量(m³/hm²)，b为灌溉水利用系数.

降雨期农田径流排水量主要取决于降雨量和降雨强度，滇池研究表明，在降雨量为80 mm的条件下，农田径流排水量是降雨量的53.52 % ^[34]，贺宝根等^[35]的研究表明，不同降雨量的情况下农田氮素流失量的差异较大.通过分析洱海流域降雨资料，实际达到80 mm降雨的现象并不多见，故该研究农田径流排水量按照降雨量的40 %估算；灌溉期农田排水量采用农田平均灌溉用水量0.672 m³/m^2[36]计算.

水稻是洱海流域主要的大春种植作物，按照郭智等^[37]的研究采用稻季径流水量为5705.55 m³/hm²估算.

农田径流污染负荷的计算：

$ {L_{{\rm{N}}i}} = {10^{ - 6}}{Q_{\rm{N}}} \cdot {C_{{\rm{N}}i}} $

(6)

式中，L_Ni为i污染物农田径流污染负荷(t/a)，C_Ni为农田径流i污染物的质量浓度(mg/L).

首先采用年均流失量框定范围值，并通过全国污染源普查的系数方法进行数据的具体化.第一次全国污染源普查中农业污染源的肥料流失系数中施肥量的基本参数信息与洱海流域实际差距较大，因此在实际计算中需要进行系数修正.

根据降雨期农田产流量与灌溉期农田排水量的计算方法，洱海流域每年农田径流排水量在降雨期为1.0×10⁸ m³/a，农业灌溉产生量为0.7×10⁸ m³/a，则洱海流域每年农田径流排水估算为1.7×10⁸ m³/a；根据稻季径流水量计算，洱海流域每年农田径流排水量为1.4×10⁸ m³/a.两种计算方法都有一定的局限性，有待于进一步研究，该研究考虑到方法不同引起的误差，按1.5×10⁸ m³/a进行研究.

农田降雨径流污染负荷估算难度很大，参考滇池流域农田污染物年均流失量，TN为5.07~113.16 kg/hm²，TP为0.15~10.14 kg/hm^2[38]，TN负荷量为128~2866 t/a，TP负荷量为3.8~256 t/a，采用第一次全国污染源普查系数研究，由于洱海流域种植模式施肥量约为污染源普查测算系数基础的2倍，通过修正，TN为604 t/a，TP为18 t/a.

3.3 城镇地表径流

采用城市综合径流系数计算城镇范围的总降雨量，并根据初期径流的比例计算.

$ {Q_{\rm{C}}} = {10^3}A \cdot P \cdot c $

(7)

式中，Q_C为城镇地表径流量(m³/a)，A为城镇建成区面积(km²)，P为城镇年降雨量(mm)，c为综合径流系数.

由于洱海流域涉及的城镇以中小规模的城镇居多，根据《室外排水设计规范》，按城市建筑稀疏区计，综合径流系数取0.40.但在一场降雨过程中，占总径流20 %或25 %的初期径流，冲刷排放了约50 %的总径流污染负荷^[39]，因此该研究按照25 %的初期径流比例进行研究.

城镇地表径流污染物量的计算有2种方法，一种为按水量与浓度计算，另一种采用单位负荷法^[40].计算公式为：

$ {L_{{\rm{C}}i}} = {10^{ - 6}}{Q_{\rm{C}}} \cdot {C_{{\rm{C}}i}} $

(8)

式中，L_Ci为城镇地表径流污染负荷量(t/a)，Q_C为城镇地表径流量(m³/a)，C_Ci为城镇地表径流i污染物的质量浓度(mg/L).

其中水量与浓度计算方法中浓度值参照北京市^[22]、上海市^[23]、西安市^[41]和天津城区^[42]的地表路面径流污染物浓度的研究分析，该研究采用城镇地表径流中TN为8 mg/L和TP为0.6 mg/L计算.

洱海流域城镇面源来源于大理市市区、洱源县县城、大理经济技术开发区和大理古城(大理镇)、凤仪镇、喜洲镇、上关镇等乡镇人口聚居区，面积约71 km².参照下关镇人口密度，城镇人口密度按1500人/km²计.洱海流域城镇范围的总降雨量为7.5×10⁷ m³/a，城镇地表径流水量为1.875×10⁷ m³/a，采用水量与水质计算方法，TN为150 t/a，TP为11 t/a；采用单位负荷法计算，TN为144 t/a，TP为20 t/a.两种方法计算得到的数值比较一致，该研究中采用TN为150 t/a，TP为11 t/a.

3.4 低污染水产生量与污染负荷分析

经计算，洱海流域低污染水主要来源于农田径流排水和污水处理厂处理尾水.洱海流域低污染水TN、TP负荷均主要来自农田径流排水和污水处理厂处理尾水(表 3).虽然低污染水在入湖过程中通过河流、农田、湖库、自然湿地、湖滨植被等自然系统会有一定的净化和削减作用，但从流域污染物总量控制与污染物目标削减的角度考虑，低污染水必须引起足够的重视.

3.5 低污染水空间分布分析

根据洱海流域地形地貌、污染源分布特征以及河流水系的分布，将洱海流域分为4大片区，分别为北部片区、南部片区、东部片区和西部片区，各区域低污染水的产生量及特征见表 4.由表 4可见，洱海流域北部片区低污染水产生量最大，约占低污染水总量的48.6 %，其次为西部片区(40.2 %)，东部和南部片区低污染水量仅占低污染水总量的11.2 %.

洱海流域低污染水主要集中于北部片区和西部片区，两片区水量、TN和TP的产生量分别占流域的89 %、88 %和87 % (图 3).洱海流域低污染水的治理要立足于流域层面，以减少低污染水的产生量和构建沿程截留净化系统为出发点，分类分片治理.洱海北部片区和西部片区污染源集中，污染源类型多，河湖水系复杂，污染物产排量大，是洱海流域低污染水净化的重点区域，要着重进行弥苴河、罗时江、永安江3条主要入湖河流的污染治理和生态修复、构建库塘低污染水净化系统；洱海西部片区，重点进行十八溪的污染治理和生态修复；洱海东部片区主要是控制水土流失带来的低污染水；南部片区为大理市区和开发区所在地，低污染水系统重点进行城市地表径流和污水处理厂排水的净化处理.

4 结论

1) 洱海流域低污染水主要来源于污水处理厂处理尾水、城镇面源、农田径流排水(含村落地表径流)3种主要类型，低污染水产生量为20069×10⁴ m³/a，其中农田径流排水产生的水量最大，占到流域低污染水产生量的74.7 %.

2) 洱海流域低污染水中TN负荷量为1393 t/a，TP负荷量为77 t/a.污水处理厂处理尾水中TN和TP占到流域低污染水的44.1 %和62.3 %；这个结论值得进一步研究和分析，但同时也表明城镇污水处理厂处理尾水对湖泊水质具有较大的影响.

3) 洱海流域低污染水主要来源于洱海北部和西部片区，低污染水产生量占到整个流域低污染水的89 %，TN和TP产生量分别占到整个流域的88 %和87 %，其中TN和TP的贡献比率均为西部片区高于北部片区.

4) 本研究中农田径流排水浓度和城镇地表径流浓度的取值分析还不成熟，只能作为粗略估算，在流域治理的大尺度范围内如何准确取值计算，值得进一步研究和分析.