賈魯河鄭州段水環境承載能力評估及污染溯源研究

任偉 楊李富 蘇振堯 劉衛星 李敏 吳夢瑤

摘 要：本文對賈魯河鄭州段水質情況展開研究，共設置調查斷面7個，起點位于中原區化工路橋，終點位于中牟縣李店村，研究共持續約30 d，期間每7 d采樣分析一次。結果表明，賈魯河鄭州段的水環境承載力指數為92.86%，評價結果為未超載;賈魯河鄭州段水質呈現出從上游至下游逐步惡化的趨勢，與起點處相比，電導率、總磷、高錳酸鹽指數和總氮的濃度最高分別上升了1.61倍、1.17倍、0.83倍和3.30倍;利用綜合水質指數法對監測結果進行分析，污染程度加重了66.58%。經過對污染物進行溯源分析發現，pH和溶解氧的污染主要來自水處理藥劑的不合理使用，電導率、總磷、總氮的污染主要來自污水處理廠排放的中水，氨氮的污染主要來自未經處理的生活污水。

關鍵詞：賈魯河;承載力;污染溯源;可視化

中圖分類號：X52 ? ? 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2021）36-0132-05

Water Environment Carrying Capacity Evaluation of Jialu River（Zhengzhou Section）and Research on Pollution Source Traceability

REN Wei1 ? ?YANG Lifu2 ? ?SU Zhenyao1 ? ?LIU Weixing1 ? ?LI Min1 ? ?WU Mengyao1

（1.Henan Institute of Science and Technology Development Strategy，Zhengzhou Henan 450000;

2.China Building Materials Test & Certification Group Beijing Tianyu Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450100）

Abstract：This paper mainly studies the water quality of the Zhengzhou section of the Jialu River.A total of 7 survey sections are set up.The starting point is located at Huagong road in Zhongyuan District，and the ending point is located at Lidian Village，Zhongmou County.The results show that the water environmental carrying capacity index of the Zhengzhou section of the Jialu River is 92.86%，and the evaluation result is not overloaded;the water quality of the Zhengzhou section of the Jialu River shows a trend of gradual deterioration from upstream to downstream.Compared with the starting point，the conductivity，total phosphorus，and high the highest concentration of manganate index and total nitrogen increased by 1.61 times，1.17 times，0.83 times，and 3.30 times respectively;the comprehensive water quality index method was used to analyze the survey results，and the pollution degree increased by 66.58%，and the pH value and dissolved oxygen pollution Mainly comes from the unreasonable use of chemicals.The pollution of conductivity，total phosphorus and total nitrogen mainly comes from the reclaimed water discharged from the sewage treatment plant，and the pollution of ammonia nitrogen mainly comes from untreated domestic sewage.

Keywords：Jialu River;carrying capacity;pollution traceability;visualization

1 研究區概況

賈魯河是河南省境內除黃河以外最長、流域面積最廣的河流。河道起點為新密市尖山管委會神仙洞村，終點為中牟縣韓寺鎮胡辛莊村，鄭州段干流全長120.83 km，流域面積2 750 km2。賈魯河包含支流12條，分別為賈峪河、九娘娘廟河、索河、須水河、索須河、魏河、徐北溝、石溝、七里河、小清河、堤里小清河和丈八溝[1]。據不完全統計，賈魯河鄭州段共有大小污水處理廠11座，流域面積僅占淮河流域面積的1/46，但賈魯河的污染負荷卻占淮河流域總負荷的1/9，是淮河流域污染最嚴重的支流之一[2]。

陳停對賈魯河底泥中氮磷的釋放規律進行了研究，研究表明：溶解氧、溫度和pH影響氮磷的釋放。氨氮是底泥釋放氮元素的主要形式，正磷酸鹽是底泥釋放磷的主要形式[3];周曉靜對賈魯河河水中氨氮的去除以及沉積物中重金屬污染進行了研究，結果發現氨氮的去除率受pH影響較大，部分河段受重金屬元素Mn、Co、Cu和Cd的污染較為嚴重，Cr和Ni則對所有河段均未造成污染[4];孫捷的研究結果表明，賈魯河水體呈現明顯的污染特征，且有一定的環境雌激素毒性效應和遺傳毒性[5];劉修英等人則發現賈魯河鄭州段上游水質為Ⅱ類或Ⅲ類，中游湖泊為Ⅳ類，下游為Ⅳ類～劣Ⅴ類;污染溯源結果發現，氨氮、總磷、總氮污染物與污水處理廠有關，CODCr和高錳酸鹽指數與未處理的生活污水有關[6]。

2 研究方法

2.1 點位布設

依據《水環境監測技術規范》（SL 395—2013）及各支流匯入關系，在賈魯河鄭州段共設置采樣斷面7個，其中起點位于中原區化工路西流湖附近（JC1），終點位于生態環境部中牟陳橋斷面處（JC7）;其余各斷面分別為：歡河橋斷面（JC2）、京廣高鐵西北方向約300 m處的景觀橋斷面（JC3）、連霍高速東南約200 m的橋斷面（JC4）、七里河入賈魯河下游約3 000 m的橋斷面（JC5）、石溝入賈魯河下游約400 m的橋斷面（JC6）。點位分布圖如圖1所示。

2.2 水樣采集與分析方法

水樣采集時間為2021年5月26日、6月3日、6月8日和6月21日，其中6月3日采樣前3 d，鄭州市經歷了一場范圍較大的降雨，6月21日采樣前7 d，鄭州市亦經歷了一場范圍較大的降雨。

本研究選取pH、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮、溶解氧和電導率作為評價指標。其中，pH、溶解氧和電導率采用電極法現場測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測定，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測定，高錳酸鹽指數采用酸性法測定。

2.3 綜合水質與時間變化評價方法

水質評價和水質空間變化采用綜合水質指數法，該法以《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）[7]和單因子指數為基礎，計算綜合水質指數和水質時間變化程度。水環境承載力以生態環境部發布的《水環境承載力評價方法（試行）》中相關規定進行評價[8]。

2.3.1 綜合水質指數計算方法。

①單項水質指數。用各單項指標的實際監測濃度除以該指標對應的GB 3838—2002中Ⅳ類水質標準限值[7]（電導率和總氮取本次研究所有斷面的平均值作為評價依據）計算單項指標的水質指數P（i），具體參照《城市地表水環境質量排名技術規定（試行）》（環辦監測〔2017〕51號）[9]中相關規定。

②綜合水質指數。根據各單項指標的P（i），取其和即為綜合水質指數（[SWQI）]，計算如式（1）所示。

[SWQI=i=1nP（i）] ? ? ? （1）

式中，SWQI為綜合水質指數;P（i）為第i個水質指標的水質指數;n為水質指標個數。

2.3.2 水質時間變化評價方法。水質隨時間變化程度根據時間變化率T判斷，計算公式如式（2）所示。

[T=SWQIj+1-SWQIjSWQIj×100%] ? （2）

式中，SWQIj+1為第j+1次調查時某斷面的綜合水質指數;SWQIj為第j次調查時某斷面的綜合水質指數;T為時間變化率。

T為負值時表明水質好轉，為正值時表面水質變差。∣T∣≤10，水質基本無變化;10<∣T∣≤20，水質輕微變化;∣T∣>20，水質顯著變化[6]。

3 結果分析

3.1 水環境承載力評價情況

根據《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中分類標準，2021年度賈魯河考核標準為地表水Ⅳ類。以本次監測數據為依據，計算得到的Rc值為92.86%，評價結果為未超載。在監測過程中，JC2斷面與JC7斷面于6月3日采樣中均超標一次，JC2斷面超標因子為氨氮和總磷，JC7斷面超標因子為總磷;JC5斷面在5月26日和6月3日采樣中各超標一次，超標因子分別為pH和總磷。

3.2 污染分布和變化情況

以本次監測獲得的28組pH、溶解氧、電導率、總磷、高錳酸鹽指數、氨氮和總氮的監測數據為基礎（如表1所示），依據前文所述的計算公式（1），分別計算單項水質指數和綜合水質指數。最后，以4次監測結果的平均值作為計算基礎，得出平均污染指數，具體如圖2所示。所有斷面和頻次的平均污染指數為4.739。水質隨時間變化程度按公式（2）計算，結果如表2所示。

由圖2可知，賈魯河鄭州段的污染程度呈現上升、下降、稍上升的趨勢。本次調查期間，平均污染程度最大點出現在JC4斷面，與起點的JC1斷面相比，污染程度加重了66.58%。污染程度單次最大點出現在5月26號的JC5斷面，與JC1斷面相比，污染程度加重了93.31%。

由表2可知，6月水質較5月相比，均有不同程度好轉，其中明顯好轉的斷面有6月8日的JC1斷面和JC2斷面;持續好轉的斷面有JC3斷面、JC6斷面和JC7斷面。水質穩定性方面，JC1斷面與JC2斷面穩定性較差，JC3斷面與JC4斷面穩定性較好。

3.3 污染原因

通過對賈魯河鄭州段進行采樣分析，發現污染的主要原因有以下幾方面。

3.3.1 水源水質不穩定。JC1斷面的水質波動性較大，主要原因在于外部生態補水水質穩定性欠佳。

3.3.2 外部環境的影響。污水入河、大氣降水、農業生產以及岸邊人類活動等都可能引起局部水質變化，JC2斷面附近河道易受外部環境影響，水質穩定性差。JC5斷面則受上游匯入的金水河、十七里河、潮河、花馬溝等支流的影響。

3.3.3 流入河流中水的影響。賈魯河共收納了鄭州市11座污水處理廠排放的再生水，占鄭州市污水總量的85%以上。與天然水水質相比，再生水水質整體較差。因此，從JC2斷面開始，賈魯河水質呈現逐步變差的趨勢。

3.4 污染溯源分析

3.4.1 pH與溶解氧溯源。本次調查期間，pH與溶解氧異常點均出現在JC5斷面處。原因在于上游匯入的七里河、潮河等支流上存在不合理使用水處理藥劑的情況，導致JC5斷面處的pH與溶解氧異常上升。

3.4.2 電導率與總磷溯源。通過對電導率和總磷的變化趨勢以及沿河分布情況進行分析，可以發現，電導率和總磷的污染主要來自污水處理廠。與起點相比，在再生水排放入河后，電導率監測數值顯著上升，且有隨著覆蓋的污水處理廠數量增多，監測數值逐步增大的趨勢。此外，JC7斷面的電導率監測數值與馬頭崗污水處理廠排放中水相近也是有利的證據。

鄭州市多數污水處理廠使用氧化溝工藝，這種工藝對水中總磷處理效果較差。在以往監測中發現，賈魯河二級支流潮河等河流總磷超標情況明顯。因此，總磷污染主要來自于污水處理廠。此外，降雨將地面含磷物質沖刷入河也是導致總磷超標的原因之一，6月3日多數斷面總磷監測數據明顯大于其他時間，也證實了此說法。

3.4.3 總氮與高錳酸鹽指數溯源。總氮與高錳酸鹽指數的變化規律與電導率高度一致。因此，筆者認為這兩種污染物也主要來自于污水處理廠。生活污水中的氨氮等含氮污染物經過污水處理廠處理后，會轉變為氮氣或硝態氮，從而出現總氮升高、氨氮下降的現象。河流中的水生植物還可以進一步對含氮化合物進行利用，從而完成河流的自凈。這就出現了總氮濃度先上升后下降的現象。

3.4.4 氨氮溯源與其他幾種污染物相比，氨氮的沿河變化呈現出的趨勢更為復雜。總體來說，JC5斷面的氨氮污染較重。氨氮是未經處理的生活污水的特征污染物，污水直接入河可導致河水中氨氮污染程度顯著上升。因此，可認為氨氮主要來自于直接入河的未經處理的生活污水。JC5斷面上游附近匯入的七里河水系中的金水河、潮河、熊兒河、花馬溝等長期受污水直排入河的影響，水質時常為劣Ⅴ類。此外，降雨導致的雨污混排在一定程度上加重了氨氮的污染。

4 結論與建議

4.1 結論

本次調查采樣共持續約30 d，期間每7 d采樣1次，最終完成了7個斷面樣品的采集，共采集樣品28組。樣品經第三方實驗室分析，通過對數據運用統計學等方法進行綜合分析，得出以下結論。

①賈魯河鄭州段水環境承載力評價為未超載。以本次調查的監測數據為依據，計算得到的承載力指數為92.86%，評價結果為未超載。

②賈魯河鄭州段水質從上游至下游逐步惡化。運用綜合水質指數法進行評價，賈魯河水質從上游至下游逐步惡化，以JC1～JC4斷面河段惡化速度最快。與起點處相比，電導率、總磷、高錳酸鹽指數和總氮的濃度最高分別上升了1.61倍、1.17倍、0.83倍和3.30倍，污染程度加重了66.58%。

③賈魯河鄭州段6月水質較5月有所好轉。進入6月后，除個別斷面水質出現偶發惡化情況外，多數斷面水質持續好轉。這是因為雨季到來，大氣降水量增大，雨水對入河的中水進行了稀釋，導致污染程度減輕。

④電導率、總磷等污染來源于污水處理廠尾水。通過對污染物濃度分布情況、變化規律以及對污染程度的貢獻率大小等綜合分析后發現，電導率、總磷、高錳酸鹽指數和總氮的主要污染來源為污水處理廠的尾水。

⑤氨氮污染主要來源于未經處理的生活污水。從氨氮的沿河分布情況與變化規律分析，氨氮污染主要來源于未經處理的生活污水。此問題在七里河支流較為突出，可能與金水河、十七里河、潮河、花馬溝等二級支流沿岸排污有關。此外，高新區的JC2斷面附近排污情況也較為突出。

⑥部分治理措施有負面作用。七里河入賈魯河附近水質溶解氧監測數據異常上升，pH超過國家標準限值。推測可能與不合理使用處理藥劑有關。

4.2 建議

針對本次調查發現的問題，提出以下建議。

4.2.1 加大截污治污力度，杜絕污水入河。本次調查過程中，雖未在賈魯河干流發現明顯排污口，但針對其他調查發現的索河、十七里河、花馬溝、石溝等沿岸污水入河問題，結合實際，加強入河排污問題全面排查，發現一處，整治、封堵一處。同時，加強污水管網日常巡查排障養護，確保污水全收集、無外溢，杜絕污水直排入河。

4.2.2 提升污水處理廠污水處理能力。全力推進農村生活污水集中處理設施建設、規范運行及配套管網建設，加強尾水達標處理排放監督力度，鼓勵污水處理廠引入先進技術，提質增效，提高尾水排放標準和污水處理能力。

4.2.3 加大河湖日常巡查管護力度。督促各河湖管養單位提高警惕，加大河湖巡查頻次、充分發揮河湖巡查員前哨作用。讓河湖小問題早發現、早處理，重難點問題早匯報、早應對，保持河流潔凈面貌，促進河流水質穩步提升。

4.2.4 完善河流水質超標預警和緊急應對機制。建議進一步完善河流日常監管監測、水質超標預警、緊急應對等機制。從現在的監測、考核逐步過渡到監測、預警，從事后補救做到事前、事中提醒。

參考文獻：

[1]穆小玲，席獻軍，朱洪生，等.鄭州市賈魯河水環境容量及污染調控研究[J].人民黃河，2018（9）：78-82.

[2]周巖，李慧芳，李道榮.鄭州市賈魯河水污染現狀分析及治理對策研究[J].河南科學.2015（10）：1823-1827.

[3]陳停.賈魯河底泥中氮磷釋放影響因素的研究[D].鄭州：鄭州大學，2012.

[4]周曉靜.賈魯河河水氨氮去除以及沉積物中重金屬污染研究[D].南京：南京大學，2015.

[5]孫捷.賈魯河流域再生水大尺度生態補給的風險評價與控制技術研究[D].南京：南京大學，2017.

[6]劉修英，黃功學，鄭志宏，等.賈魯河鄭州段水質評價和污染源解析[J].水資源保護，2020（4）：40-46.

[7]國家環境保護總局，國家質量監督檢驗檢疫總局.地表水環境質量標準：GB 3838—2002[S].北京：中國標準出版社，2002.

[8]中華人民共和國生態環境部.關于開展水環境承載力評價工作的通知[EB/OL].（2020-10-22）[2021-11-04].https：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk06/202010/t20201022_804390.html.

[9]中華人民共和國生態環境部.關于印發《城市地表水環境質量排名技術規定（試行）》的通知[EB/OL].（2017-06-13）[2021-11-04].https：//www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201706/t20-170615_416115.htm.