2011—2018渭河陜-甘交界區(qū)水質(zhì)狀況評價

樊 璐，成愛芳

(寶雞文理學院 地理與環(huán)境學院，陜西 寶雞 721013)

0 引言

水是人類生存和社會發(fā)展不可替代的資源，也是可持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展的基本條件之一[1]。同時隨著時代的發(fā)展，越來越多國家及人民對于水資源的關(guān)注度不斷增加，在許多國家，水資源已經(jīng)被視為戰(zhàn)略資源，是不可替代的資源。但是，隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市化的不斷發(fā)展，水資源短缺和水環(huán)境惡化已成為全球性的問題[2]。渭河是黃河最大的一級支流，起源于甘肅省定西市渭源縣西南的鳥鼠山北側(cè)，經(jīng)由甘肅省天水后從寶雞進入陜西省境內(nèi)，流經(jīng)陜西省關(guān)中平原，在渭南市潼關(guān)縣匯入黃河。渭河干流全長818 km，流域總面積13.5×104km2。陜西省境內(nèi)的渭河干流全長502.4 km，流域面積6.7×104km2，占陜西省境內(nèi)黃河流域總面積的50%，是陜西省境內(nèi)最大的河流[3]。作為陜西境內(nèi)最大的河流，渭河的水質(zhì)與沿岸居民的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。而渭河流域是陜西省經(jīng)濟發(fā)展最為繁榮的地區(qū)，可以說渭河就是陜西省的“母親河”。隨著近幾年來對渭河流域水資源開發(fā)強度的不斷增加，導致渭河水環(huán)境生態(tài)受損，水質(zhì)不斷變差，水質(zhì)型缺水等多種環(huán)境問題越來越突出。因此要用科學的方法對渭河水質(zhì)進行評價，為制定出科學合理的規(guī)劃管理制度和合理高效的治污方案，減少污染物的排放，有效的保護流域生態(tài)環(huán)境，減緩流域生態(tài)功能退化，使上游的水質(zhì)得到改善提供科學依據(jù)。陜-甘交界區(qū)處于渭河關(guān)中段前端這一特殊的地理位置，作為交界區(qū)水域，其河岸帶的水體功能在很大程度上會對相鄰省份的沿岸居民造成影響。本文選取了交界區(qū)近七年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對其水質(zhì)狀況進行分析評價。

目前國內(nèi)外的研究者已經(jīng)提出幾十種水質(zhì)評價的研究方法，常用的評價水質(zhì)的方法主要有IPSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡法[4]、內(nèi)梅羅指數(shù)法[5]、單因子分析法[6、7]、綜合污染指數(shù)法[8]、模糊綜合評價法[9、10]、灰色聚類法[10]、以及主成分分析法[11、12]等方法，研究結(jié)果總體表現(xiàn)出渭河水質(zhì)污染存在較大的南北空間差異[13]。渭河上游流域的主要污染來源包括有生活污水的排放、畜牧業(yè)養(yǎng)殖以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的化肥農(nóng)藥的殘留隨降水進入渭河水體所造成的面源污染。例如：生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染是寶雞至咸陽段影響渭河水質(zhì)的主要因素[14]；渭河的部分主要支流有機污染綜合指數(shù)逐漸下降, 其支流水質(zhì)有所改善[15]。但是大部分研究都是以渭河流域的某一段或入黃斷面做為研究對象，對渭河陜-甘交界區(qū)的研究相對較少。渭河陜-甘交界區(qū)處于渭河關(guān)中段前端這一特殊的地理位置，作為交界區(qū)水域，其水體功能在很大程度上會對相鄰省份的沿岸居民造成影響。對于此處水質(zhì)的研究以及變化分析等同于對兩處相似水體進行研究，其研究結(jié)果將對陜西、甘肅兩省沿岸居民的生存發(fā)展進程具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

渭河流域地處大陸性季風氣候區(qū)，屬于干旱和濕潤地區(qū)過渡帶，交界區(qū)水域狀況受其影響表現(xiàn)為春暖干旱，在西太平洋副熱帶高壓的控制下，夏季炎熱、多雨、干旱，秋季涼爽濕潤，冬季受蒙古高壓的影響，氣候干燥寒冷，降水稀少[16]。年均氣溫12～14℃，多年平均降水量約為600 mm，其年內(nèi)的降水量主要是集中在夏季和秋季[17]。陜-甘交界區(qū)是渭河進入陜西省之前的區(qū)域，該流域的水質(zhì)狀況不僅對兩岸甘肅、陜西交界處城市的發(fā)展有著重要的影響，同時也和渭河兩岸生物的水生態(tài)環(huán)境有著重要的關(guān)聯(lián)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

選擇渭河干流上陜-甘省界的天水牛背斷面作為分析斷面，待分析的數(shù)據(jù)為天水牛背水質(zhì)監(jiān)測斷面2011-2018年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，來自于中國環(huán)境監(jiān)測總站發(fā)布的全國主要流域重點斷面水質(zhì)自動監(jiān)測周報。評價指標為DO、CODMn、NH3-N和PH*值。

2.2 研究方法

2.2.1 單因子評價法 單因子評價法有兩種評價方法: 一種是將某一個斷面的參評指標的實測值與《GB3838 - 2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(以下簡稱《標準》)進行比較，然后以參加評價的指標中的最高類別指標作為評價標準確定該斷面的水質(zhì)類別；第二種是根據(jù)標準值對各項參評指標進行標準化處理，然后用單項污染指數(shù)對同類的水質(zhì)污染程度進行評價[7]。本文將采取第二種方法進行比較。

2.2.2 綜合污染指數(shù)法 水質(zhì)綜合污染指數(shù)法的評價需要先對單因子污染指數(shù)進行計算，在單因子污染指數(shù)計算的基礎(chǔ)上進行綜合污染指數(shù)的計算。

(1)

(2)

在公式中，Ci表示污染物濃度, Si為相應的標準值, n為參與評價的項目數(shù)[18]。標準值取自《標準》中的Ⅲ類水質(zhì)達標標準。

3 研究結(jié)果

3.1 不同降水時期水質(zhì)狀況評價

基于陜西甘肅省界天水牛背斷面2011-2018年DO、CODMn、NH3-N的監(jiān)測數(shù)據(jù)，依據(jù)《標準》的規(guī)定，渭河屬于三類水源，水質(zhì)需要達到水質(zhì)的Ⅲ類達標要求[19]，對渭河陜甘省界斷面進行單因子水質(zhì)分析。根據(jù)渭河年內(nèi)水資源變化特征劃分水期，分別確定豐水期(7-10月)、平水期(3-6月)和枯水期(1-2月、11-12月)[20]。

圖1 水期和年尺度的水質(zhì)指標變化

圖1是根據(jù)水期和年尺度的水質(zhì)指標變化，可以知道：DO和CODMn正好呈現(xiàn)出相反的變化趨勢，枯水期DO、CODMn和NH3-N的質(zhì)量濃度均高于豐水期，在2011年到2016年間表現(xiàn)尤其明顯。且DO的質(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)出先增后減再增的變化趨勢，達標率為100%；CODMn的的質(zhì)量濃度呈先下降后上升再下降的變化趨勢，達標率為100%。NH3-N的含量在2011到2016年間的枯水期呈現(xiàn)出逐年增長的趨勢，在2012的平水期出現(xiàn)驟減后一直保持平緩，枯水期的含量僅在2016年未達標，但是2014、2015和2018年的含量接近Ⅲ類水質(zhì)的臨界值。由此可見，對于渭河陜-甘交界區(qū)來說，NH3-N是渭河該段的主要污染因子，并且在枯水期渭河水質(zhì)污染最嚴重，平水期較次之，豐水期的水質(zhì)最好，因為豐水期(7-9月)正處于夏秋季多雨期，有豐富降水作為河流的補給來源，使得河流徑流量大，加上該水期水溫高，水體的自凈能力強，所以水質(zhì)較好；與之相反，枯水期(1-2月、11-12月)處于冬季，降水稀少，導致河流徑流量變小，水溫降低，水體自凈能力變?nèi)酰识|(zhì)最差。

通過對2011-2018 年間的水質(zhì)監(jiān)測周數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，有21個監(jiān)測周的監(jiān)測水質(zhì)為Ⅳ類，6個監(jiān)測周的監(jiān)測水質(zhì)為Ⅴ類，8 個監(jiān)測周的監(jiān)測水質(zhì)為劣Ⅴ類水質(zhì)。主要的超出標準的污染因子是高錳酸鹽指數(shù)和氨氮。天水牛背斷面的整體水質(zhì)在最近七年的總體水質(zhì)綜合污染屬于輕度至中度污染。通過對資料的查詢與統(tǒng)計，渭源縣、隴西縣2015 年兩縣廢水排放總量 1075.6 萬噸，農(nóng)業(yè)污染物排放COD336.9 t· a-1，氨氮 58t · a-1，總氮606.2 t · a-1。工業(yè)污染排放COD1069.5 t · a-1，氨氮 15.5 t · a-1，總氮 23.3 t · a-1。生活污染排放COD 4557.3 t· a-1，氨氮559.8 t· a-1，總氮845.9t · a-1[21]。總結(jié)分析來看，渭河上游流域的主要污染來源包括有生活污水的排放、畜牧業(yè)養(yǎng)殖以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的化肥農(nóng)藥的殘留隨降水進入渭河水體所造成的污染。

3.2 年水質(zhì)狀況綜合評價

根據(jù)綜合污染指數(shù)對水質(zhì)進行評價分析的標準即為綜合污染指數(shù)的大小，分級標準如表2所示，當綜合污染指數(shù)小于等于0.8時，水質(zhì)合格；當綜合污染指數(shù)大于0.8，小于等于1.0時，水質(zhì)基本合格；當綜合污染指數(shù)大于1.0，小于等于2.0時，水質(zhì)呈現(xiàn)出中度污染；當綜合污染指數(shù)大于2.0時，水質(zhì)即為重度污染。通過計算得到2011年建站以后到2018年的年均值，見表1。再利用公式(1)(2)對所獲取的天水牛背斷面2011

到2018年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行計算得到水質(zhì)綜合污染指數(shù)為 0.91，然后以表2為標準進行對照，可以得到該斷面的水質(zhì)綜合污染指數(shù)在0.8到1.0之間，水質(zhì)基本合格。

表1 2011到2018年渭河天水牛背斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)年均值 (mg·L-1)

表2 綜合污染指數(shù)分級評價

3.3 渭河年水質(zhì)變化趨勢

根據(jù)表1的年均值，運用公式(1)(2)計算出表3各評價因子每年的綜合污染指數(shù)，然后繪制成圖2，可以清楚的看到渭河水質(zhì)的綜合污染指數(shù)在2012年到2017年間不斷升高，這表示在這段時間內(nèi)，渭河水質(zhì)逐年變差，從2017年開始到2018年一年的時間，水質(zhì)逐漸變好，與2013年水質(zhì)情況基本持平。

表3 各評價因子綜合污染指數(shù)

圖2 年綜合污染指數(shù)變化趨勢

3.4 研究區(qū)水質(zhì)存在的問題

隨著近年來社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，渭河沿岸人民的生活水平大大提高，沿岸工業(yè)以及畜牧養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活用水量不斷增加，同時污水的排放量也不斷增加，導致渭河流域的環(huán)境污染負荷上升，生態(tài)環(huán)境惡化，再加上近年來渭河上游隴西段的徑流量變小，導致河床萎縮，無法保障生態(tài)水量，使污水廠等排出的廢水成為河流特別是河流枯水期的主要水源，導致河水污染物超標，水質(zhì)污染嚴重。同時由于渭河上游沿岸城市的人口主要都集中在渭河兩岸河谷區(qū)域，雖然該地區(qū)的農(nóng)業(yè)和畜牧禽畜養(yǎng)殖分布及其廣泛，但是由于落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量大，使得水資源消耗特別大，再加上渭河上游流域正處于六盤山貧困區(qū)，農(nóng)村基礎(chǔ)設施建設落后，沿岸居民的保護意識薄弱，大量的生活垃圾被隨意堆置，還有大量未經(jīng)處理的生活污水隨意排放，甚至直接向河流中排放。導致渭河上游流域水污染情況加重。

4 結(jié)論

(1)渭河流域陜-甘交界區(qū)水質(zhì)基本合格，個別年份屬于中度污染。水質(zhì)狀況呈現(xiàn)出先惡化，后轉(zhuǎn)好的變化趨勢。

(2)渭河陜-甘交界區(qū)的水質(zhì)變化與渭河的水量有關(guān)，枯水期的徑流量減小，水體自凈能力弱，水質(zhì)較差；豐水期徑流量變大，水體自凈能力增強，水質(zhì)變好。

(3)在2012年到2017年間水質(zhì)呈惡化趨勢，從2017年開始水質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)好，主要污染因子為NH3-N。

(4)在2011年到2018年間，天水牛背斷面有21個監(jiān)測周的監(jiān)測水質(zhì)為Ⅳ類，6個監(jiān)測周的監(jiān)測水質(zhì)為Ⅴ類，8 個監(jiān)測周的監(jiān)測水質(zhì)為劣Ⅴ類水質(zhì)。主要的超出標準的污染因子是氨氮。