2017—2019年汾河流域水環(huán)境質(zhì)量變化趨勢分析

谷嬌 張旭苗 劉敏

摘 要：汾河被稱為山西的“母親河”，是黃河第二大支流。汾河流域的地表水質(zhì)遭到嚴(yán)重破壞，水資源短缺的矛盾更加突出，嚴(yán)重制約了山西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展。為改善汾河水質(zhì)，各級政府采取了一系列修復(fù)措施。以2017—2019年汾河流域12個(gè)監(jiān)測斷面的化學(xué)需氧量和氨氮含量數(shù)據(jù)為例，運(yùn)用單因子評價(jià)法與Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析其變化趨勢及形成原因，并對修復(fù)效果進(jìn)行評價(jià)，為汾河水環(huán)境治理提供理論依據(jù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2017—2019年汾河流域的化學(xué)需氧量與氨氮含量顯著下降，水質(zhì)有較明顯的改善，特別是汾河中游地區(qū)這兩種污染指數(shù)濃度值在3年內(nèi)大幅度下降。

關(guān)鍵詞：汾河流域;水環(huán)境質(zhì)量;變化趨勢

文章編號：1004-7026（2020）19-0064-04 ? ? ? ? 中國圖書分類號：X821 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

汾河流域總面積為39 471 km2，是山西省最大的河流，占全省面積的1/4，流域主要包括忻州、太原、晉中、呂梁、臨汾、運(yùn)城6市45縣，干流全長716 km[1]。汾河養(yǎng)育著全省約40%的人口，對省內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)發(fā)展和人們的日常生活起著重要作用[2-3]。

近年來，工廠廢水與生活污水肆意排入汾河，化學(xué)需氧量和氨氮等有機(jī)物超標(biāo)造成了水體富營養(yǎng)化[4]，再加上自我凈化能力差，致使汾河水質(zhì)污染，嚴(yán)重破壞了水生態(tài)環(huán)境。

2006年，66.7%的監(jiān)測斷面水質(zhì)超Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，2016年流域中劣Ⅴ類斷面占比達(dá)62%，水質(zhì)整體依然呈重度污染態(tài)勢。汾河水質(zhì)惡化，加劇了水資源短缺引發(fā)的矛盾[5]，嚴(yán)重影響人們的日常生活和山西的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

近年來，對該流域的水質(zhì)研究已成為山西省生態(tài)環(huán)境戰(zhàn)略的重點(diǎn)。為治理和改善汾河水質(zhì)，山西省生態(tài)環(huán)境部門統(tǒng)一協(xié)調(diào)監(jiān)督，對汾河流域進(jìn)行了全方位的系統(tǒng)治理[6]。

水質(zhì)分析是水污染治理工作的基礎(chǔ)內(nèi)容，合理有效分析水質(zhì)可以因地制宜進(jìn)行治理方案的制定，對汾河流域的污染防治具有重要意義。通過分析2017—2019年汾河流域的氨氮含量與化學(xué)需氧量，研究汾河流域水質(zhì)變化趨勢，以期為汾河水污染治理提供理論依據(jù)。

1 ?資料與方法

1.1 ?數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來自山西省生態(tài)環(huán)境廳地表水水質(zhì)月報(bào)與山西省人民政府網(wǎng)站關(guān)于汾河流域治理情況的相關(guān)數(shù)據(jù)。選擇2017—2019年汾河流域12個(gè)監(jiān)測斷面的氨氮含量與化學(xué)需氧量數(shù)據(jù)，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）對汾河水體水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。

1.2 ?研究方法

1.2.1 ?單因子評價(jià)法

確定水質(zhì)類別，需要在選擇的污染指標(biāo)中進(jìn)行計(jì)算，選擇最差的水質(zhì)指標(biāo)判斷水質(zhì)類別。水質(zhì)指數(shù)Ii的計(jì)算公式如下[7]。

Ii=Ci /Lij ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式（1）中：Ci為第i類污染物測定值;Lij為第i類污染物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。Ii=1時(shí)，表示水體未污染;Ii>1時(shí)，表示水體污染。

1.2.2 ?Spearman秩相關(guān)系數(shù)法

Spearman秩相關(guān)系數(shù)是一個(gè)非參數(shù)性質(zhì)的秩統(tǒng)計(jì)參數(shù)，用來度量兩個(gè)變量之間聯(lián)系的強(qiáng)弱[8]。采用SPSS軟件分析2017—2019年汾河流域12個(gè)斷面的化學(xué)需氧量和氨氮含量在時(shí)間上的差異顯著性。

2 ?汾河水質(zhì)變化趨勢分析

2.1 ?氨氮與化學(xué)需氧量濃度變化分析

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002），汾河發(fā)源地雷鳴市水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為I類，河西村到上蘭為Ⅲ類，小店橋到廟前村斷面為Ⅴ類[9-10]。通過單因子評價(jià)法計(jì)算兩種污染物的水質(zhì)指數(shù)來判別是否達(dá)標(biāo)。當(dāng)兩種污染物的水質(zhì)指數(shù)均≤1時(shí)為達(dá)標(biāo)，反之則不達(dá)標(biāo)。2017年有4個(gè)監(jiān)測斷面達(dá)標(biāo)，2018年有5個(gè)監(jiān)測斷面達(dá)標(biāo)，2019年有7個(gè)監(jiān)測斷面達(dá)標(biāo)。

從3年的達(dá)標(biāo)情況來看，汾河水質(zhì)逐漸變好，但達(dá)標(biāo)的監(jiān)測斷面主要集中在上中游區(qū)域，中下游區(qū)域的污染仍較為嚴(yán)重。從不達(dá)標(biāo)的監(jiān)測斷面分析可知，氨氮污染情況比化學(xué)需氧量嚴(yán)重，許多監(jiān)測斷面都由于氨氮超標(biāo)導(dǎo)致不達(dá)標(biāo)，例如臨汾市上平望監(jiān)測斷面。2017—2019年的劣Ⅴ類水質(zhì)比例分別為58%、58%和42%。劣Ⅴ類水質(zhì)數(shù)量的減少與污染物濃度值的大幅度下降說明近年來汾河流域治理的成效顯著，見表1。

2.2 ?總體水質(zhì)類別變化情況

由圖1、圖2數(shù)據(jù)可以看出，2017年汾河Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)比例不超過40%，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例大于50%，1月甚至超過了70%，污染非常嚴(yán)重。2018年汾河Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)比例整體上升至50%左右，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例最高沒超過60%。

2019年汾河Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)比例整體仍保持在50%左右，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例明顯下降，除1、2月外均在50%以下，4月比例降低到30%，說明汾河水質(zhì)量環(huán)境在逐漸改善。

2.3 ?上、中、下游水質(zhì)變化趨勢分析

汾河流域12個(gè)監(jiān)測斷面可分為上、中、下游3部分，其中雷鳴寺斷面、河西村橫斷面、汾河水庫出口斷面、寨上水文站斷面、上蘭斷面為河流上游;小店橋斷面、溫南社斷面、王莊橋南斷面為河流中游;臨汾斷面、上平望斷面、河津大橋斷面與廟前村斷面為河流下游。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，上游的污染物限定值劃為Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由圖3可知，汾河上游的化學(xué)需氧量濃度比較穩(wěn)定且逐年降低，達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);氨氮含量除2017年2月超過Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，其余月份均達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并呈逐年下降趨勢。氨氮濃度變化有較為明顯的季節(jié)變化特征，每年冬春之際濃度值會達(dá)到一個(gè)峰值，在峰值后迅速下降并小幅波動變化直到下一個(gè)峰值到來。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將中游的污染物限定值劃為Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由圖4可知，相較于上游地區(qū)來說，中游地區(qū)污染較嚴(yán)重。汾河中游化學(xué)需氧量濃度波動幅度比較大，2017年達(dá)到劣Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，最高含量可達(dá)100.1 mg/L;2018—2019年化學(xué)需氧量濃度大幅下降，僅有1個(gè)月超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余月份均在標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，2019年末降至18.0 mg/L。氨氮含量在2017年1月—2019年8月均超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，最高可達(dá)22.7 mg/L，2019年末氨氮含量下降到標(biāo)準(zhǔn)線之內(nèi)，水質(zhì)有了明顯改善。對比氨氮含量3年同期數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，冬春達(dá)到峰值，夏秋降到低點(diǎn)，具有較為明顯的季節(jié)變化特征。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，將下游的污染物限定值劃為Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從圖5可知，相對于汾河中上游而言，下游化學(xué)需氧量濃度波動幅度較大，但基本在Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)線上下波動。

2017—2019年的年均濃度值分別為43.29 mg/L、37.47 mg/L和33.10 mg/L，呈逐年降低趨勢。氨氮濃度變化具有明顯的季節(jié)性特征，每年冬春季持續(xù)增長，出現(xiàn)峰值，峰值后則會斷崖式下降并在夏秋季降到最低值，達(dá)到Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。冬春季節(jié)河流氨氮濃度呈現(xiàn)嚴(yán)重超標(biāo)的趨勢。

2.4 ?Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析

由表2可知，汾河流域化學(xué)需氧量、氨氮濃度變化與季節(jié)變化具有相關(guān)性，其中氨氮濃度與季節(jié)變化顯著相關(guān)[11]。10個(gè)斷面的化學(xué)需氧量隨時(shí)間變化均呈現(xiàn)下降趨勢，其中有5個(gè)斷面顯著下降，主要集中在汾河中游，但上蘭斷面和河津大橋斷面上升趨勢并不顯著。

對于氨氮而言，10個(gè)斷面隨時(shí)間變化呈現(xiàn)下降趨勢，其中8個(gè)斷面下降顯著，雖然雷鳴市斷面和河西村橫斷面出現(xiàn)上升趨勢，但由于汾河上游的濃度含量相對較低，影響不大。總體來看，汾河流域中的化學(xué)需氧量和氨氮含量呈明顯下降趨勢，水質(zhì)環(huán)境也在逐漸改善。

3 ?水環(huán)境質(zhì)量變化成因分析

從整體來看，2017—2019年汾河流域中的化學(xué)需氧量與氨氮含量隨時(shí)間變化呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，且Ⅰ-Ⅲ類水質(zhì)斷面的比例不斷上升，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例持續(xù)下降，證明汾河水質(zhì)發(fā)生了明顯改善。這主要是由于各地級市在工業(yè)和城鎮(zhèn)生活上狠抓防治污染，采取了有效措施，各工業(yè)企業(yè)廢水、城鄉(xiāng)生活污水都達(dá)到限定排放標(biāo)準(zhǔn)，降低了汾河水中污染物的濃度，有效提升了汾河水環(huán)境質(zhì)量。

雖然汾河水質(zhì)經(jīng)多年治理已有較大改善，但很多斷面劣Ⅴ類水質(zhì)依然存在，主要分布在中下游地區(qū)。山西省境內(nèi)基本為干旱與半干旱地區(qū)，降雨量相對較少。汾河的主要補(bǔ)給來源是自然降水，在冬春季節(jié)，降水較少，水流緩慢，導(dǎo)致大量污染物不能快速凈化。另外，汾河環(huán)境容量小，河道稀釋作用不明顯，自身凈化能力較差[12]。再加上河道天然徑流減少，大大降低了汾河對污廢水的稀釋自凈作用，污染大量集聚是導(dǎo)致汾河中下游劣Ⅴ類水質(zhì)分布較集中的自然因素。

社會經(jīng)濟(jì)因素方面，汾河中下游例如溫南社斷面與王莊橋南斷面處，不僅人口眾多，還分布著大量工廠，以煤炭、焦化等為主的重化工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)造成污染物排放量較大、污水管網(wǎng)不完善導(dǎo)致生活污水排放等因素造成了嚴(yán)重的水質(zhì)污染[13]。例如晉中市榆次區(qū)正陽污水廠，生活污水未經(jīng)處理直接排進(jìn)河道，對汾河干流溫南社斷面水質(zhì)造成較大影響;河津大橋斷面污染防控不到位，還有上升趨勢。

4 ?結(jié)論和建議

2017—2019年汾河流域中的化學(xué)需氧量與氨氮含量隨時(shí)間變化有明顯的下降趨勢，重度污染水質(zhì)從2017年的92%下降到2019年的41%，汾河水質(zhì)得到較大改善，水域治理效果顯著。但很多斷面劣Ⅴ類水質(zhì)依然存在，特別是中下游溫南社斷面、王莊橋南斷面與河津大橋斷面污染依然較嚴(yán)重。因此，還需加強(qiáng)汾河流域的治理力度，推進(jìn)治理進(jìn)程。不僅要加強(qiáng)汾河水資源管理監(jiān)控能力建設(shè)，還要采取污染防治工程措施，加強(qiáng)河流修復(fù)與保護(hù)，開展水土保持、植被恢復(fù)等生態(tài)修復(fù)工程。

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