蘇州市古城區河道水質時空變化分析與評價

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(北京青草綠洲環保科技有限公司，河南 濮陽 457000)

近年來，隨著蘇州經濟的快速發展、人們生產生活方式的改變以及外部水環境不利影響的加劇，蘇州古城區河道水質不斷變差，城區部分河道惡臭嚴重[1]，對城市形象造成十分不利的影響。水體中過量的營養元素是引起水質污染和惡化的主要因素，2012年蘇州市完成了城區110條河道的清淤工作[2]，2013年初實施了 “自流活水”方案。在此背景下，分析水質的時空變化及其影響因素，總結城區河道水質治理的工作成效，探討城區河道水質存在的問題，以期為今后城區河道水質的進一步提升提供科學的依據。

1 材料和方法

1.1 研究區概況

研究區為蘇州古城區，面積約為10 km2，城區內地勢低平，河網縱橫交錯，水系獨特，主河道呈“三橫四縱”格局，河道周邊人居稠密，服務業發達，建筑密集，可滲透地面面積較少。城區河道水流緩慢，水質較差，污染源既有城市生活污染和三產污染的點源污染，也有降雨徑流污染非點源污染[3-4]。

1.2 數據來源與監測斷面分布

數據來源于2013年蘇州市城區河道水質監測周報表，涵蓋古城區17個監測斷面，軍民橋、張廣橋、桃塢橋、單家橋、華陽橋、徐鯉魚橋、西城橋、渡子橋、醋坊橋、積慶橋、興市橋、官太尉橋、飲馬橋、滄浪亭橋、銀杏橋、桂花新村、南園泵房(編號S1-S17)。由于蘇州古城區河道水質主要為綜合有機污染，所反映的主要污染物指標為NH3-N、TP、CODMn[5]，因此選擇DO、TP、NH3-N、CODMn作為水質評價指標。以當月每周監測數據的均值作為此監測斷面當月的水質監測值，共11個月數據樣本(1月部分監測斷面數據缺失)。研究區域及監測斷面分布圖見圖1。

圖1 研究區域及監測斷面分布圖Fig.1 Location map of study area and distribution of monitoring sites

1.3 研究方法

2 結果與分析

2.1 各水質指標統計性描述

對2013年蘇州古城區17個監測斷面4項水質指標的統計描述見表1。

表1 河道水質指標統計描述及環境標準Tab.1 the river water quality indicators descriptive statistics and environmental standards

蘇州古城區水質標準確定為 IV 類水標準。由表1可知，DO、TP、NH3-N、CODMn均值分別為3.46、0.29、1.78和4.31 mg/L。參考《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)Ⅳ類水質標準，DO為Ⅳ類水質，無超標；CODMn為Ⅲ類水質，水質較好；NH3-N為Ⅴ類水質；TP接近Ⅴ類水質上限值，超標明顯。其中，NH3-N、TP和DO的變異系數明顯比較高，表明NH3-N、TP和DO的時間或空間變異明顯。

2.2 水質指標的時空變化

2.2.1 水質指標的時間變化

古城區河道水質中DO、TP和NH3-N的月均值濃度隨時間變化顯著(圖2)。DO的變化范圍為2.2～5.62 mg/L，濃度從2月份開始下降，4月份微微上浮后繼續下降至6月份的最低值2.2 mg/L，6月份以后開始逐漸上升，到12月均值達到最高值5.62 mg/L，水溫對溶解氧的影響較大，導致濃度隨季節變化明顯。NH3-N則與溶解氧的變化趨勢大致相同，濃度從2月份開始小幅度上升至3月份的最高值3.94 mg/L后下降到9月份的最低值0.92 mg/L,10、11月份并未明顯上升，到12月份后開始升高。TP的變化范圍為0.17～0.49 mg/L，1-5月份濃度總體偏高(Ⅴ類或劣Ⅴ類)，但濃度整體在下降，6月份相對5月份出現大幅下降，進入7月份后濃度上升，之后不斷降低至11月份的0.17 mg/L，12月份濃度升高但未超過Ⅳ類水標準上限。CODMn濃度變化范圍為3.25～5.03 mg/L，月均值全年都維持在較低的水平，CODMn的變化表現為2-5月份基本維持不變(4.40～4.95 mg/L)，6月份小幅下降后7月份再次上升，然后持續下降至9月份的最低值3.25 mg/L,9月份以后月均值雖有上升但并未上升至春季的水平。

2.2.2 水質指標的空間變化

各水質指標空間分布見圖3。

圖2 各水質指標時間變化Fig.2 Temporal characteristics of each water quality index

圖3 各水質指標空間分布Fig.3 The spatial variance of each water quality index

由圖3可知，從年均值上看，水質指標中污染較嚴重是TP和NH3-N,各指標均有近一半的監測斷面年均值不達標，且各監測斷面TP和NH3-N濃度變化較大，空間變異明顯。而各監測斷面DO濃度除S1和S7為Ⅴ類外，其余均為Ⅳ類。CODMn濃度變化范圍較小,CODMn年均值全部為Ⅲ類，污染并不嚴重。從空間分布上看，TP和NH3-N空間分布表現基本一致。即小河道水質要劣于主河道(S1、S2水質要明顯劣于S3、S4、S5、S6)，城南水質要明顯比城北水質差(S10-S17的水質明顯要比S2-S9的水質差)，橫向河道的水質比縱向河道水質差(S13比S12水質差)。而DO濃度的空間分布與TP、NH3-N、CODMn濃度的空間分布成相反的趨勢。

2.3 蘇州古城區河道水質綜合評價

各月份和各監測斷面綜合水質標識指數變化見圖4。根據綜合水質標識指數的判別標準，2013年蘇州古城區年平均綜合水質標識指數為4.91，接近Ⅴ類水標準，全年來看城區河道水質不容樂觀。但從時間變化上看，綜合水質標識指數整體下降趨勢明顯,且每月達到Ⅳ類水質的監測斷面數量占比在逐漸上升(圖5)，表明水質在逐漸好轉。空間分布上，除了S4是Ⅲ類水質外，其余監測斷面水質都為Ⅳ類或Ⅴ類，且Ⅴ類水質監測斷面數量有7個，占比達41.1%，位置主要分布在城北和城南滯留的小河道，表明小河道水質整治措施有待進一步加強。

圖4 研究區河道水質綜合評價Fig.4 Comprehensive evaluation of river water quality in the study area

圖5 研究區監測斷面達標占比時間變化Fig.5 Variation of the proportion of compliance monitoring sections in the study area

2.4 水質指標時空變化原因

蘇州古城區河道綜合交錯，人居稠密，古城區河道受人類活動影響顯著，導致河道水質空間分布差異明顯。同時，由于城區內地勢地平，落差較小，長期以來河道水體的流動靠泵站調節。但由于調水的尺度太小，活水效果并不理想，導致城區河道水體長期處于靜止或緩流的狀況，具有易污染、水體自凈能力差的特點[10]。2013年5月底，自流活水工程試運行，在外城河上建兩座溢流堰，抬高護城河水位，形成北高南低的水勢落差，同時打通陽澄湖和元和塘，將西塘河、外塘河和陽澄湖的優質水源通過齊門和平門河道引入古城區，水流由北向南流動，上游來水最后經過盤門內城河、十全河、官太尉河匯入南園水系后流入外城河，實現全城活水。從圖4可知，古城區5月份以后綜合水質標識指數下降明顯，5月份后水質級別全為Ⅳ類，工程整治措施效果明顯。

空間分布上，由于監測斷面S3-S5位于城區水源入口，來水水質比較好，水體流速和流量比較大，溶解氧含量高，對污染物的稀釋、遷移、轉化較快，則水質較好(S4為Ⅲ類，S3、S5為Ⅴ類)。而S1位置偏北，位于居民區的小河道且水質基本滯流，溶解氧含量低，水體自凈能力差且受生活污水影響較大，造成污染物的聚集，水質較差(Ⅴ類)。

由圖6可知，各監測斷面的綜合水質標識指數沿水流方向基本呈現依次遞增的趨勢，水質污染隨流向具有明顯的累加作用。城西水流方向上，S4、S3、S2、S7水質狀況隨水流方向惡化嚴重(NH3-N和TP濃度均超過Ⅴ類水標準)，主要是由于S2至S7河道沿岸餐館酒店眾多，服務業發達，受“三產”廢水影響較大。而在S8處水質好轉，主要是由于從城東過來的水流對污染物的稀釋作用。相比城西，城東沿河流方向水質污染累加效果更為明顯。上游來水最后經過盤門內城河、十全河、官太尉河匯入南園水系，水勢落差已經比較小，水流比較緩慢，水體中攜帶了沿途聚集的大量污染物同時又緊鄰居民區，污水收集率低，致使城區南側的監測斷面除S14外，全部為Ⅴ類水質，水質較差。

圖6 河道綜合水質標識指數沿水流方向變化Fig.6 River comprehensive water quality labeling index change along the flow direction

2.5 降水對城區河道水質的影響

天然降水是城區河道水源之一，可以起到凈化河道水質的作用。但降水引起的地表徑流又會將城區大面積污染物沖刷進入河道，形成城區面源污染，造成河道水質惡化[11]。近年來，隨著蘇州市對古城區保護力度的加強，城區內工礦企業已全部搬出，河道水質基本不受工業廢水的污染。但隨著城市化水平的提高和人居的日益稠密，城區不透水地面的面積也在不斷擴大，加之城區污水管網收集率不高，產生的部分油脂、生活垃圾、動植物有機廢棄物以及其它生活污染源在降雨徑流的沖刷下就會進入河道，造成河道水質污染。相關研究表明，古城區降雨徑流污染比較嚴重，對河道水質影響較大。降雨徑流污染河道水質的主要途徑是地表沖刷。蘇州2013年降水量為1 064.3 mm,比常年偏少7%，屬于偏枯年份；蘇州2014年降水量為1 271.3 mm,較常年偏多11%，屬于豐水年份且降水主要集中6-9月份。為簡單地估計降水對河道水質的影響，將2013和2014年雨季各指標均值作對比(圖7)可知，2014年溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮的濃度明顯比2013年要高，說明大量的降雨引起的地表徑流污染對古城區河道水質起到了惡化的作用。

圖7 2013和2014年雨季各指標均值對比Fig.7 Comparison of the mean of each index during the rainy season in 2013 and 2014

3 結 論

通過對蘇州古城區2013年河道水質的時空變化分析與評價可知：

1) 蘇州古城區河道水質指標有明顯的時空分布特征。時間分布上，水質指標的濃度和水質提升工程有密切關系。空間分布上，水質指標的濃度和河網水流流向有密切關系，污染程度隨著水流方向具有明顯的累加作用。

2) 2013年5月實施的自流活水工程形成的北高南低的水勢落差，抬高了主要河道的水位，自流活水工程對主河道水質改善比較明顯。但卻并未覆蓋整個城區河網。部分小河道分配不到水量可能會產生水流頂托，致使污染物聚集，水質較差，整治措施需要進一步加強。

3) 大量降雨對城區河道水質污染起到了惡化作用，降雨充沛的年份，河道水質較差。