“水十條”實施后小清河上游水質(zhì)時空變化分析

楊青，王兆軍，唐厚全，馬海麗，姜騰龍

（山東省濟南生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東濟南250101）

小清河是山東省典型的獨流入海河，起源于濟南市睦里莊，匯入渤海，是影響萊州灣近岸海域水質(zhì)的重要河流。上游整體位于濟南市，長70.5km，約占河流全長的1/3，中下游主要流經(jīng)工業(yè)城淄博市和石油城東營市[1?3]。小清河上游是濟南市城區(qū)唯一的排水河道，除少量天然泉水補給，生態(tài)流量主要依靠沿岸污水處理廠出水維持。根據(jù)2014年監(jiān)測結(jié)果，小清河濟南出境斷面辛豐莊氨氮、總磷均超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）Ⅴ類標準，為劣Ⅴ類水體，屬于重度污染。2015年4月，國務院印發(fā)《水污染防治行動計劃》（簡稱“水十條”）［4?6］，以此為契機，山東省加快推進水環(huán)境綜合治理。本文以小清河上游為研究樣本，根據(jù)2015?2019年監(jiān)測數(shù)據(jù)，對“水十條”發(fā)布后小清河上游水質(zhì)時空變化特征進行研究。通過分析5年數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)問題，從而為鞏固當前治理成果，促進小清河上游水質(zhì)進一步提升提供科學依據(jù)。

1 研究范圍與方法

1.1 研究范圍

選取小清河上游4個干流斷面，11個支流斷面為研究對象，2015?2019年連續(xù)5年每月組織采樣監(jiān)測。干流斷面測定pH、溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（氨氮）、石油類、揮發(fā)酚、汞（Hg）、鉛（Pb）、化學需氧量（COD）、總磷（總磷）、銅（Cu）、鋅（Zn）、氟化物（F?）、硒（Se）、砷（As）、鎘（Cd）、六價鉻（Cr6+）、氰化物（CN?）、陰離子表面活性劑和硫化物共21項指標濃度。支流斷面測定COD、氨氮、總磷、F?4項指標濃度。以質(zhì)量體積比C表示指標濃度，除pH無量綱，其余單位均為mg·L?1。各監(jiān)測斷面基本情況見表1。

1.2 評價與計算方法

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）[7?8]，采用單因子法進行評價，水質(zhì)評價結(jié)果分為Ⅰ～劣Ⅴ共6個類別。

達標率計算公式：

式中：k為斷面達標率，%；n為達到執(zhí)行標準的斷面?zhèn)€數(shù)，個；N為斷面總數(shù)，個。

超標倍數(shù)計算公式：

式中：Mi為i指標的超標倍數(shù)；Ci為i指標濃度，mg·L?1；Cio為i指標地表水Ⅲ類標準限值，mg·L?1。流域整體超標倍數(shù)采用地表水Ⅲ類標準限值進行超標倍數(shù)計算。

2 結(jié)果與討論

2.1 小清河上游水質(zhì)類別變化情況

從水質(zhì)類別來看，“水十條”實施后，小清河上游水質(zhì)明顯改善，表現(xiàn)為達到Ⅲ類或優(yōu)于Ⅲ類的斷面數(shù)量增加，劣Ⅴ類斷面減少。2015年小清河上游無Ⅲ類或優(yōu)于Ⅲ類斷面，劣Ⅴ類斷面11個，占73.3%。2019年，有4個斷面達到Ⅲ類或優(yōu)于Ⅲ類標準，占26.7%，較2015年上升26.7個百分比；劣Ⅴ類斷面2個，占13.3%，較2015年下降60.0個百分比。從達標情況來看，水質(zhì)達標率由20.0%增長到86.7%，上升66.7個百分比。從超標項目和超標倍數(shù)來看，5年內(nèi)，超標項目逐年減少，超標倍數(shù)總體降低，早期超標的化學需氧量、石油類已實現(xiàn)穩(wěn)定達標。2015?2019年小清河上游段水質(zhì)類別變化情況詳見圖1，超標指標和超標倍數(shù)見表2。

圖1 2015?2019年小清河上游水質(zhì)別變化情況

表2 2015?2019年小清河上游超標指標及倍數(shù)

2.2 時間變化分析

2.2.1 年際變化

選取氨氮、總磷兩項指標研究水質(zhì)時空變化特征。從年際變化來看，小清河上游氨氮各年間呈波動下降趨勢：2016年較2015年小幅度上升，2017年下降至3.45mg·L?1，2018年反彈 回4.37mg·L?1，2019年C(NH3?N)1.49mg·L?1，較2015年下降66.3%。總磷整體呈下降趨勢，2015年C(TP)0.58mg·L?1，2019年降低至0.16mg·L?1，較2015年下降72.2%。氨氮、總磷降幅最大年份均出現(xiàn)在2019年，年際變化趨勢見圖2。

圖2 2015?2019年小清河上游氨氮、總磷年均值變化趨勢

2.2.2 月際變化

2015?2018年，氨氮全年持續(xù)高濃度；2019年1月起，氨氮濃度大幅度下降，全年除3月、4月、8月略高于地表水Ⅴ類標準2.0mg·L?1，其他月份均在0.78?1.84mg·L?1之間波動，呈基本穩(wěn)定狀態(tài)。總磷在2015?2018年3?8月均出現(xiàn)明顯高值；2019年高值時段消失，濃度全年在0.11?0.24 mg·L?1范圍內(nèi)波動，始終低于Ⅴ類標準0.40mg·L?1，呈穩(wěn)定達標狀態(tài)。總體來看，2019年各月小清河上游氨氮、總磷濃度較2015?2018年普遍降低且全年各月趨于平穩(wěn)。詳見圖3。

圖3 2015?2019年氨氮、總磷月均值變化

小清河上游段氨氮、總磷主要來源于城區(qū)污水處理廠出水。年際、月際變化均顯示，上游段水質(zhì)在2019年有大幅度改善。“水十條”實施以來，濟南市先后啟動多處污水處理項目的改擴建工程，2019年完工投運后，新增污水處理能力57.3萬噸/日，有效緩解了污水廠溢流問題造成的氨氮、總磷月均濃度超標問題。通過推進污水處理廠提標改造，升級處理工藝，氨氮、總磷排放強度顯著降低，水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示氨氮、總磷濃度大幅度下降。同時，完善管網(wǎng)系統(tǒng)，實施城區(qū)雨污分流工程，由于雨污混流導致的3?8月春季回暖期和夏季汛期降水后氨氮、總磷濃度突升問題得到有效解決，月均值高值區(qū)消失，全年各月呈平穩(wěn)狀態(tài)，促使年均值進一步下降。

2.3 空間變化分析

2019年，小清河劣Ⅴ類水體分布情況如圖4所示。4個干流斷面中還鄉(xiāng)店為劣Ⅴ類，11條支流中工商河為劣Ⅴ類，其余均滿足執(zhí)行標準。

圖4 2019年小清河劣Ⅴ類水體分布圖

2.3.1 干流沿程變化

如圖5所示，氨氮、總磷沿程變化趨勢一致：自睦里莊至還鄉(xiāng)店迅速上升至最高，經(jīng)大碼頭至出境斷面辛豐莊略有小幅度下降。2019年，睦里莊、還鄉(xiāng)店、大碼頭、辛豐莊4處干流斷面氨氮濃度較2015年分別下降

圖5 小清河干流氨氮、總磷空間變化趨勢

0.94mg·L?1、4.42mg·L?1、3.60mg·L?1、2.77mg·L?1，總 磷 分 別 下 降0.17mg·L?1、0.53mg·L?1、0.49mg·L?1、0.47mg·L?1，均以還鄉(xiāng)店斷面降低最多，表明還鄉(xiāng)店以上河段氨氮、總磷排放消減程度最大，治理效果顯著。以睦里莊為對照斷面，2019年還鄉(xiāng)店、大碼頭、辛豐莊斷面氨氮較睦里莊分別上升2.17mg·L?1、1.50mg·L?1、1.18mg·L?1，總 磷 分 別 上 升0.18mg·L?1、0.15mg·L?1、0.15mg·L?1，氨氮、總磷上升幅度最大的斷面均為還鄉(xiāng)店，還鄉(xiāng)店以上河段仍為當前影響小清河上游水質(zhì)的關(guān)鍵區(qū)域。

2.3.2 支流沿程變化

2019年主要支流氨氮、總磷情況見圖6。總體來看中段支流氨氮、總磷濃度明顯高于上下段，11條支流中氨氮、總磷濃度最高的3條為：工商河、興濟河、全福河，均位于中段。其中以工商河濃度最高，氨氮、總磷分別達到2.40mg·L?1、0.52mg·L?1，超過Ⅴ類標準，是支流中唯一的劣Ⅴ類水體。

圖6 小清河支流氨氮、總磷空間變化趨勢

氨氮、總磷濃度空間分布顯示，目前河道的主要污染區(qū)域仍集中于還鄉(xiāng)店以上的中段位置。該河段主要流經(jīng)濟南市主城區(qū)，流域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)達，人口密集。作為城區(qū)唯一的納污河流，中游河段接納3個大型污水處理廠和8個中水站的外排水，排放相對集中。加之城區(qū)河道狹窄，上游源頭水量小，十分不利于污染物的稀釋擴散。因此，氨氮、總磷在該段迅速上升并在還鄉(xiāng)店斷面達到峰值。下游河道逐漸開闊，流量增加，近年通過遷移重污染企業(yè)、工業(yè)污水集中收集凈化、農(nóng)業(yè)面源污染整治等措施，支流水質(zhì)改善，起到了一定的稀釋凈化作用，因而氨氮、總磷在下段有所下降。

3 結(jié)論與建議

3.1 主要結(jié)論

“水十條”實施后，小清河上游水質(zhì)明顯改善。流域內(nèi)Ⅲ類及Ⅲ類以上斷面占比上升26.7個百分比，劣Ⅴ類下降60.0個百分比。氨氮、總磷年均值濃度較2015年分別下降66.3%、72.2%。總磷各月穩(wěn)定達標，全年高濃度時段消失，氨氮各月基本穩(wěn)定達標，但3月、4月、8月有小幅度波動反彈。

從沿程水質(zhì)變化來看，以中段還鄉(xiāng)店以上河段水質(zhì)改善最大，但目前污染仍主要集中于此區(qū)域。11條支流中，工商河、興濟河、全福河氨氮、總磷濃度較高，也位于中段河區(qū)。

3.2 對策建議

時間上，3?4月和8月水質(zhì)容易出現(xiàn)波動。建議在做好全年污染防控的同時，重點關(guān)注春季回暖期和夏季降水期。冬末春初提前組織清淤疏浚，維護好河道衛(wèi)生，特別是冬季斷流干涸、枯水期死水區(qū)河段，適當時機可以采用生態(tài)補水方式，保障流域生態(tài)流量，降低污染物濃度，提升水質(zhì)。汛期應繼續(xù)做好入河排污口日常巡查巡視，及時排查溢流點及偷排偷放行為；加強城市面源污染治理，減少地表徑流對河道的污染。空間上，中游還鄉(xiāng)店斷面以上仍應予以重點關(guān)注，特別是工商河等氨氮、總磷偏高的支流。針對生活污水處理設(shè)施排放河段建議不定期開展監(jiān)督性監(jiān)測，確保出水達標［9?10］。指標方面，氨氮是當前影響上游水質(zhì)提升的限制指標，年際、月際濃度變化趨勢均顯示該指標容易發(fā)生波動反彈。建議及時總結(jié)治理經(jīng)驗，全年做好常態(tài)化防控，對容易超標的月份和支流加強管理，鞏固治理成果，實現(xiàn)全流域全年穩(wěn)定達標。