飲馬河支流伊通河農村段水質時空特征及評價研究

江 靜，王 詠，張 剛，陽 濤，王肇鈞

(東北師范大學環境學院，吉林 長春 130117)

飲馬河支流伊通河農村段水質時空特征及評價研究

江 靜，王 詠，張 剛，陽 濤，王肇鈞

(東北師范大學環境學院，吉林 長春 130117)

飲馬河；伊通河；農村段水體；農業面源；氮磷

0 引言

伊通河是飲馬河的支流，也是松花江的二級支流，屬于典型的北方季節性河流.從源頭到新立城水庫(長春市主城區水源地)大壩為上游；從新立城水庫大壩到新開河口為中游，該段貫穿長春市主城區(城區段)；從新開河口到靠山屯為下游(農村段)，下游兩岸遍布村屯，農業種植及畜禽養殖廣泛存在，該段主要承接中游大型城市來水和下游本段內各種農業生產生活退水.伊通河農村段河岸掏蝕嚴重，河岸兩側堤壩內外幾乎均被墾殖，遍布農作物，經原地考察發現，河流水環境質量除受中上游城區段來水直接影響外，農業面源是本段水體重要的污染源.

1 研究方法

1.1 區域概況及采樣點設置

飲馬河是我國東北松花江流域中上游一級支流，伊通河是飲馬河重要支流，本研究涉及的小河段每年12至翌年3月處于冰封期，本研究采樣時段為非冰期的2015年4—11月.

因河流上游新立城水庫的調蓄作用，2015年伊通河下游水量平穩，豐、平、枯三期河流水位存在一定變化，但沒有顯著差異，故進行水質分析時使用各指標監測時段內的均值進行討論.研究河段各監測斷面水環境功能情況見表2.

圖1 伊通河小流域及下游河段斷面分布

表1 監測斷面特征及地理信息

表2 研究河段各監測斷面水環境功能

1.2 水質評價方法與標準

1.2.1 水質評價方法

采用單因子評價法、內梅羅污染指數法、綜合污染指數法以及綜合水質標識指數法對伊通河農村段水質進行評價.

(1) 單因子評價法是用最差的單項指標所屬的類別來確定水體綜合的水質.計算公式為

(1)

式中：Pi為某一評價指標相對污染值；Ci為某一評價指標最高濃度值；C0j為某一評價指標最高允許標準值.

(2) 內梅羅污染指數法將監測結果與地表水環境質量標準進行對比，最終計算出綜合指數，對應相應的分級標準評價水質狀況.計算公式為

(2)

式中：P內為內梅羅污染指數(綜合反映各污染物對區域土壤的不同作用)；Peve為所有單項污染指數的平均值；Pmax為土壤環境中各單項污染指數中的最大值.

(3) 綜合污染指數法代表水體污染程度的綜合指數，最終通過水質分級標準劃定水質等級.計算公式為

(3)

式中：P為綜合污染指數；Pi為某一評價指標相對污染值.

(4) 綜合水質標識指數法是一種能完整表達河流總體綜合水質的評價方法.它既可以依據國家標準評價不同級別水質，又可以在同一級別的水質中進行定性和定量評價.[14]計算公式為

Iwq=X1X2X3X4.

(4)

式中：Iwq為綜合水質標識指數；X1是河流總體的綜合水質類別；X2是綜合水質在X1類水質變化區間內所處的位置，從而實現在同類水體中進行水質比較；X3是參與綜合水質評價的水質指標劣于水環境功能區目標的單項指標的個數；X4是綜合水質類別同水體功能區類別的比較結果，為一位或兩位有效數字.

1.2.2 水質評價標準

依據中華人民共和國國家標準《地面水環境質量標準》(GB3838-2002)，該河段屬于地表水Ⅴ類功能區，Ⅴ類水體監測標準見表3.

表3 國標GB3838-2002中Ⅴ類水體監測標準

2 結果與分析

2.1 水質指標特征分析

2.1.1 研究河段各斷面水質指標時空變化特征

各斷面全年COD質量濃度均高于標準值40 mg/L，全年的變化趨勢基本一致，4—6月COD濃度逐漸增加，6月濃度最高，7—9月基本維持穩定狀態，10月和11月相對較低.S1，S2，S3，S4和S5這5個斷面COD濃度變化相對穩定； S6在5月、10月和11月處于斷流狀態，S6和S7各月COD濃度明顯高于其他斷面，S7在4月COD質量濃度最高達到287.10 mg/L；S8，S9和S10斷面COD濃度變化相對穩定.

圖2 各斷面COD濃度變化

圖3 各斷面濃度變化

圖4 各斷面TN濃度變化

圖5 各斷面TP濃度變化

各斷面全年TP濃度達標率為27.50%，各斷面全年的變化趨勢基本就一致，4—5月濃度升高，5月濃度最高，6月到9月逐漸較少，8月和9月各斷面濃度基本達標，10月和11月再次逐漸升高，在11月出現小高峰.S6在5月、10月和11月處于斷流狀態；S7斷面在4—7月、11月的濃度明顯高于其他斷面，該斷面在6月TP質量濃度高達6.90 mg/L.

2.1.2 研究河段水環境質量評價

分別應用單因子評價法、內梅羅污染指數法、綜合污染指數法以及綜合水質標識指數法對伊通河農村段2015年各個監測斷面水質進行評價，結果見表4.

表4 伊通河農村段水體評價結果

單因子評價法的評價結果顯示，10個監測斷面水質都屬于劣Ⅴ類，即各斷面的最差的水質指標都超過了Ⅴ類功能區水環境質量標準；內梅羅污染指數法的評價結果顯示，只有中央溝渠入伊通河前的水質是較差，其他監測斷面的水質都是極差，即各斷面水質狀態都不符合Ⅴ類功能區水環境質量標準；綜合污染指數法的評價結果顯示，所有監測斷面都是嚴重污染；綜合水質標識指數法的評價結果顯示，所有監測斷面都屬于劣Ⅴ黑臭水質.

2.2 伊通河農村段及支流污染物總量變化

新開河是伊通河流量最大的支流，其污染來源與伊通河干流一致，主要承接長春市區的污水和各種農業生產生活退水，因此在計算污染物總量時以新開河入伊通河后的伊通河(S3)斷面為起點，根據S3，S4，S7和S8斷面各月的濃度與流量計算污染物全年總量，結果見表5.

計算公式為：

污染總量=質量濃度×流量×10-6×365×24×3 600. (5)

表6 伊通河農村段主要支流占總量的百分比 %

2.3 污染原因分析與討論

首先，中上游來水水質差、來源多樣、污染物復雜是導致下游水質明顯變差的直接原因.伊通河下游河段河槽主要水量由伊通河中上游和支流新開河來水組成，且新開河入伊通河后的斷面是伊通河中上游與下游的分界斷面.實地考察發現，由于中游城區段污水處理廠管網尚未實現對城區污廢水受納的全覆蓋，城區排放的污廢水只有65%～70%能夠得到有效處理，伊通河流域范圍內仍存在一定量的未經任何處理的生活污水直排入河現象，因而在枯、平水期間，河道水主要由污水處理廠排放的中水及不可控的直排污廢水組成，從而導致河道水體普遍性的嚴重超標.我國城鎮污水處理廠執行一級排放標準，COD排放標準是50.0 mg/L，因此，即使污水處理廠達標排放，COD的質量濃度也同樣大于地表水環境Ⅴ類水體的標準值40 mg/L，處理過的污水排入水體后，也會存在水體達不到標準的風險；新立城水庫大壩至新開河口段支流雖較多，但基本上都是徑流狹淺、水量嚴重不足，屬于半封閉式截流蓄水，枯水期支流匯水均以生活污水為主；全年徑流量小也導致河水水質狀況較差.

第三，河段內眾多支流作為排污渠道，長期承納農業污染現象普遍.中央溝渠位于長春市北部農安縣西南側，是歷史上日偽時期人工開鑿的灌排水渠，區域內種植的成片水稻田依靠該水利灌溉設施得以存留，該溝渠的主要功能就是農業灌溉和排水，故河道來水主要為水稻田退水，受納了沿岸的面源污染以及少數居民的生活污水.而河段內另一支流二道河子位于農安縣城南緣，是縣城區和郊區分界，河道來水主要接納縣城醫院排水(某康寧醫院)，未經處理的分散型養殖廢水(多家豬、鵝等畜、禽養殖基地)，北部縣城區城市面源、南部鄉村農村面源、零散農戶生活污水等，污染復雜，水質極差.

第四，研究河段兩側普遍存在污灌現象，進一步增加了河水污染過程.實地調查表明，伊通河兩側玉米(多為飼料或工業原料用)種植區廣泛分布，種植用水普遍靠天然降水，若遇旱災，則明顯減產，這與區域內水稻田種植明顯不同.在玉米急需補水的夏初時節，為使玉米快速生長，沿河兩岸農戶普遍從伊通河中泵水灌溉，河水漫灌后，多余水滲漏二次入河，攜帶更多的旱田中大量施用的氮、磷、鉀肥及農藥殘留入河，進一步增加了河水污染程度.農業中的食源性病原體主要來源于污灌水、污泥或動物糞肥.根據農田灌溉水質標準，COD質量濃度：水作≤200 mg/L，旱作≤300 mg/L，蔬菜≤150 mg/L；TP質量濃度：水作≤5.0 mg/L，旱作≤10 mg/L，蔬菜≤10 mg/L.研究河段的COD和TP的質量濃度在二道河子上下游兩個斷面均超過農田灌溉水質標準，而且5月、6月份超高濃度的含氮污水的流入會影響植物的正常生長.污灌不僅影響作物的生長而且對土壤微生物也有很大的影響.適當的污灌可以節省肥料，降低成本，同時增加土壤肥力，但長期采用污灌會加劇土壤中的還原作用，導致一些厭氧細菌，如反硝化、反硫化等細菌顯著增加，而好氧細菌則相對受到抑制.[19-20]

3 提升研究河流農村段小流域水環境質量的若干提議

結合伊通河下游農村段水質及兩岸農業生產生活現狀和上游城區段來水特征，提出若干改善農村段水環境質量的措施，具體如下：

(1) 上游新立城水庫對伊通河適當補水.新立城水庫大壩至新開河口段區間支流雖較多，但基本上都是半封閉式截流蓄水，旱季支流匯水均以生活污水為主.在對伊通河農村段支流的監測中發現，二道河子上游和中央溝渠在枯水期和平水期基本上都處于干涸狀態，新開河和伊通河主干在枯水期和平水期水量較小.因此，適當的上游補水能稀釋伊通河農村段污染物的濃度.

(2) 增加城市污水管網的覆蓋率，提高污水處理廠效率.加大長春市區污水管網的覆蓋率，可以有效減少伊通河長春市區的污染物含量，控制進入伊通河農村段的污染物總量.提高污水處理廠處理效率的主要方法有：①調節厭氧池的pH在6.5～7.5之間，溫度控制在25℃～35℃之間，最適合活性污泥的生長；②控制好氧池溶解氧的含量能有效提高微生物的分解效率，而且能縮短污水處理的時間；③混合池中絮凝劑的選擇、改進及氣浮設備的改進能有效提高混合池的處理效率；④定期撈渣能防止懸浮顆粒物進入斜板沉淀池，可有效提高污水處理的效率；[21-22]⑤加大污水處理廠人員的監管力度，保障污水處理廠的正常運行.

(3) 加強農村河流的管理，提高農民的素質.政府要重視基礎制度和體系建設，如建立合理的農村面源污染治理契約體系；[23]加大對農業基礎設施的投入，如加強農村污水管網等基礎設施投入力度，在農村合理設置垃圾堆放點，并定期進行河道疏浚；通過規劃引導城鎮污水的排放，改污水直排為處理后達標排放或綜合利用；結合當地的特點制定針對農業面源污染的解決方案，做好農民的宣傳教育、技術培訓工作，充分發揮農民在水環境治理綜合整治中的決定性作用，以農民自愿與政府的獎勵相結合，充分調動廣大農民的積極性；鄉政府有責任加強對農民環保意識的培養，應當定期下鄉宣傳.

(4) 推廣科學生產技術，發展低耗高效農業，減少面源污染.在農業生產技術上積極推廣先進的灌溉技術，可以減少化肥、農藥的流失，如渠道輸水技術、噴灌、管道輸水、滴灌等；聯合當地的高校幫助農民檢測土地中營養元素的含量，制定合理的施肥目標，更加高效地利用土地資源，減少水體氮、磷超標情況；針對二道河子的分散型養殖污染應該指導農民樹立循環利用及綜合利用的理念，將禽畜糞便和秸稈用來生成沼氣，達到變廢為寶的目的.

(5) 在整個流域范圍建立人工濕地，降低污染物排放量.在污水處理廠排水口或其他區域的河岸邊建立人工濕地，提高河流的自凈能力.伊通河農村段的治理應當注意促進伊通河自然生態功能的發揮，盡量發揮伊通河自身生態系統的自組織和自調控能力，以人工干預即建立人工濕地的方式促進伊通河的生態修復.[24-25]

(6) 恢復河岸帶的生態功能，提高伊通河農村段及支流岸邊植被覆蓋率.河岸帶是過濾和截留水分、營養物質以及沉積物的重要場所，增加河岸邊的植被覆蓋率能有效減少水土流失，植被覆蓋率越高地表徑流越小，同時下滲增多、地下徑流增大，從而達到防止水土流失的效果.為恢復河岸的植被帶需退耕，而退耕的難度相當大，因此，當地政府需采取積極的措施，例如，定期下基層做好農民的宣傳教育工作，說明退耕的作用和必要性，還可以政府獎勵的方式鼓勵農民退耕.

4 結論

(2) 應用單因子評價法、內梅羅污染指數法、綜合污染指數法以及綜合水質標識指數法對伊通河農村段各個監測斷面水質進行了評價，結果表明河段水環境質量均不達標，所有斷面均屬劣Ⅴ黑臭水質.

(3) 監測數據表明，伊通河農村段污染物主要來源是上游城區段來水及農村段的農業面源污染，包括畜禽養殖排水、農村生活污水等.

根據研究結果提出如下治理建議：增加長春市區污水管網的覆蓋率，提高污水處理廠效率；下游農村段在農村推廣先進的灌溉技術、加強農村河流的管理；全流域范圍內建立人工濕地，恢復伊通河河岸帶的生態功能，以增加伊通河農村段及支流岸邊植被覆蓋率提高水體的自凈能力.

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TemporalandspatialcharacteristicsandevaluationofwaterqualityinYitongRiverruralsectionofYinmaRivertributary

JIANG Jing，WANG Yong，ZHANG Gang，YANG Tao，WANG Zhao-jun

( School of Environment，Northeast Normal University，Changchun 130117，China)

Yinma River；Yitong River；rural section water；agricultural non-point source

1000-1832(2017)04-0140-09

10.16163/j.cnki.22-1123/n.2017.04.026

2017-01-17

國家水體污染控制與治理科技重大專項課題(2014ZX07201-011)；吉林省教育廳“十三五”科學技術項目(JJKH20170922KJ).

江靜(1993—)，女，碩士研究生；通訊作者：王詠(1974—)，女，博士，副教授，主要從事濕地修復生態學研究.

X 522學科代碼610·3020

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(責任編輯：方林)