柳河流域阜新市彰武段水質時空變化研究

夏志博

(阜新市彰武縣前福興地鎮水利站，遼寧 彰武 123224)

柳河屬于遼河中下游右側的多泥沙支流，主要流經庫倫旗、阜新、彰武、新民等地區，于新民東城街道匯入遼河。從1980年柳河流域水質就不斷惡化，流域內不同區域間的天然水化學特征差異明顯，近期受水污染和人類活動干擾發生明顯的改變，干流水質斷面污染物年通量值差異顯著[1-4]。自2000年，大范圍實施了一系列水污染防治工程，在一定程度上改善了流域水環境。文章結合柳河彰武段2011-2020年各典型斷面的水質監測數據，從時間與空間的角度科學探討了近期水環境變化趨勢，以期為客觀評價柳河流域多年來的水污染治理成效，以及未來水生態保護與決策提供一定參考。

1 研究區概況

以柳河流域彰武段為研究區間，從上游到下游選擇的典型監測斷面依次為六股道、木頭營子、小河西屯、西二老、腰窩堡、丁家苗圃、前四家子7個站點，2011-2020年原始水質監測數據來源于柳河流域水資源保護局，以《地表水環境質量標準》中的限值作為水質評價依據。文章從沿程、年際和年內變化等多個角度系統探討了柳河流域彰武段水質變化趨勢，重點討論了氨氮(NH4+-N)、高錳酸鹽指數(CODMn)等典型污染物變化特征。

2 水質的時空序列變化

2.1 水質的年內變化趨勢

根據已獲取資料的時間分布以及柳河流域彰武段各站點的沿程分布，選擇3個監測斷面(小河西屯、腰窩堡、前四家子)2013年和2019年的水質監測數據分析年內NH4+-N、CODMn等主要污染物質變化趨勢，NH4+-N的質量濃度年內變化趨勢，見圖1；CODMn的質量濃度年內變化趨勢，見圖2。

由圖1可知，雖然2019年各監測斷面的ρ(NH4+-N)與2013年存在一定差異，但兩者的年內逐月變化規律表現出非常相似的特征，并且年內ρ(NH4+-N)的變化趨勢也比較相似。ρ(NH4+-N)在1、2、3月份(枯水期)整體較高，ρ(NH4+-N)自3月份以后明顯下降，6-10月份(豐水期)達到年內最低值，ρ(NH4+-N)從11月份后又逐漸上升。這是由于每年的4-10月柳河流域彰武段水溫超過了10℃，為水中微生物代謝與繁殖提供了有利環境，加速了生物降解水中NH4+-N的速度。

(a)2013年 (b)2019年

由圖2可知，2019年各監測斷面的ρ(CODMn)較2013年有明顯下降，在不同年度和監測斷面之間ρ(CODMn)的年內逐月變化趨勢非常相似，每年的2月份有最大值，ρ(CODMn)在其他月份的變化差異不明顯，冬季的ρ(CODMn)要高于夏季。

2.2 水質的年際變化趨勢

2011-2020年3個監測斷面(小河西屯、腰窩堡、前四家子)的NH4+-N、CODMn質量濃度年際時間序列，污染物質量濃度年際變化趨勢，見圖3。

(a)CODMn (b)NH4+-N

由圖3可知，2011-2012年柳河流域彰武段ρ(CODMn)質量濃度呈上升趨勢，從2013-2016年又呈現出波動下降趨勢，隨后又呈現出上升、下降的變化趨勢；年際上NH4+-N與CODMn的質量濃度變化趨勢基本相似，但2017年NH4+-N的上升幅度明顯>CODMn。總體而言，從時間序列上柳河流域彰武段的NH4+-N、CODMn質量濃度呈波動下降的變化趨勢，即2011-2020年水質有一定的改善。

2.3 水質的空間序列變化

采用2013年、2016年和2016年柳河流域彰武段水質監測數據，分析沿程NH4+-N、CODMn兩種主要污染物的變化趨勢，柳河流域彰武段沿程水質變化趨勢，見圖4。

(a)CODMn (b)NH4+-N

從圖4可以看出，各分析年度內沿程CODMn的質量濃度變化規律基本相似。木頭營子監測斷面的污染物濃度明顯高于上游六股道斷面，表明柳河流域彰武段水質受上游六股河的影響較大。經六股道斷面后，該河段水質有所改善，但由于接納了沿途生活廢水及工業污水，西二老、丁家苗圃斷面的CODMn質量濃度又明顯上升。CODMn質量濃度沿程變化與NH4+-N存在一定差異，該河段氨氮濃度受上游六股河的影響程度相對較弱，但氨氮濃度經過西二老、丁家苗圃斷面后均有一定幅度的上升，這是由于該監測斷面接納了沿河城鎮生活污水，從而導致河流水質的下降。由于腰窩堡水閘蓄水使得水域面積擴大，河流凈化水體功能得以增強，在一定程度上改善了該河段水質，而經過丁家苗圃斷面后，因接納了沿河城鎮生活污水再次使得水質變差。

另外，2013年除木頭營子斷面外各監測斷面的CODMn質量濃度均達到Ⅳ類水標準，除小河西屯斷面外各監測斷面的NH4+-N質量濃度均達到Ⅳ類水標準，木頭營子、腰窩堡斷面的NH4+-N質量濃度甚至超過劣Ⅴ類水質。2016年后，除木頭營子外其他監測斷面的CODMn質量濃度均符合Ⅲ類水要求，除西二老外其他監測斷面的NH4+-N質量濃度均符合Ⅳ類水要求，由此表明柳河流域彰武段水體逐漸轉變成氨氮型污染。

3 柳河彰武段水質演變趨勢評價

3.1 評價方法

柳河流域彰武段水質演變趨勢利用綜合污染指數評價法——A值法進行分析[5-6]，采用以下公式計算有機污染綜合指數，即：

(1)

式中：L為水質指標的監測值，mg/L；C為評價標準值，mg/L。考慮到柳河流域治理目標及地表水質狀況，A值計算可參照《地表水環境質量標準》中的Ⅲ類水標準確定。將A值法評價標準劃分為水質嚴重污染、中等污染、開始污染、水質一般、水質良好5個等級，所對應的A值為>4、3-4、2-3、1-2、0-1。

3.2 綜合指數的空間序列變化

根據2011-2020年柳河流域彰武段典型斷面監測數據，利用A值法計算確定柳河流域彰武段沿程水質變化趨勢，沿程A值變化趨勢，見圖5。

圖5 沿程A值變化趨勢

由圖5可知，隨時間變化沿程不同監測斷面水質呈逐漸好轉的變化趨勢，即水污染狀況不斷減小。結合2013年的A值計算結果，除前四家子、小河西屯斷水質處于中度和輕度污染外，柳河流域彰武段其他河段水質達到嚴重污染程度，并以西二老河段的水污染最嚴重。2016年水污染程度較2013年明顯減輕，特別是西二老上游段水質改善較明顯，水污染程度以輕微為主，西二老、丁家苗圃段水質仍為中度污染。2019年后，柳河流域彰武段的水質進一步改善，僅有西二老、丁家苗圃段水質為輕度污染。總體而言，柳河流域彰武段各年度水質呈好轉趨勢，并且下游段水質要明顯劣于上游段。

3.3 綜合指數的時間序列變化

2011-2020年柳河流域彰武段A值年際變化趨勢，年際A值變化趨勢，見圖6，發現研究期間柳河流域彰武段水質明顯改善。各監測斷面A值自2011年之后逐漸減小，這表明在改善柳河流域水質方面2016年的“柳河變清”行動和2010年底的“零點行動”發揮了顯著成效，大大降低了入河污染物量。2017年，因再次發生大范圍的污染事件導致各監測斷面A值有所升高，而后又快速下降，及時實施的水污染治理工程使得流域水質又逐漸改善。

圖6 年際A值變化趨勢

根據年際變化趨勢可知，近年來柳河流域彰武段水質不斷改善，但流域內降水徑流具有顯著的季節性變化特征，所以水質的季節性變化也比較明顯，這點可從2018-2020年柳河流域彰武段水質逐月總平均A值變化趨勢看出。2018-2020年有機污染綜合指數，見圖7。

圖7 2018-2020年有機污染綜合指數

從圖7可以看出，柳河流域彰武段水質豐水期較好，各年度以“一般”污染為主；每年的12月-次年3月水質以嚴重或中等污染為主，較其他月份此期間水質較差；每年2-5月徑流量無明顯差異，即水體稀釋污染物的作用相差不大，但計算得到的A值明顯減小。這是由于每年2-5月氣溫回暖使得水溫逐漸升高，水生生物量和植物種群密度快速增大，水生植被的光合作用促使植物體不斷吸收生命活動所需的大量營養鹽，沉積物及水體中有機物逐漸減少，水生植物精華水質和改善水環境的生態功能明顯增強；同樣，12月之后水溫逐漸下降，水生植物生長停滯進入越冬休眠期，而無法越冬的植株種群則死亡、腐敗分解，加大營養鹽類、有機碎屑向水體的轉移強度，并使得水質不斷變差[7-8]。在建設堤防、大壩等防洪工程時，應創造適于水生動植物生長的環境與空間，充分利用其水質凈化功能，有效改善水體環境[9]。

3.4 綜合指數的組成結構分析

污染物指標對A值的貢獻率，見表1。由表1可知，氨氮是柳河流域彰武段水質超標最嚴重的污染物。

表1 污染物指標對A值的貢獻率

總體上柳河流域上游的經濟欠發達，在沿河各城鎮產業結構中第一產業的比重較大，農業用水占總用水量之比>60%。水體環境質量受農業非點源污染影響較大，如遼河流域化肥施用量從1990s中期的600kg/hm2快速增長到2010s末的900kg/hm2，氮肥的有效利用率僅有30-40%，隨降雨徑流、滲漏當季過量施用的氮肥排入河流溝渠，從而使得河流氨氮污染問題更加突出。可見，隨著城鎮和工業點源污染治理的持續推進，對于柳河流域水體而言農業非點源污染對水污染的貢獻率逐漸增加[10-14]。

4 結 論

1)年際變化上，柳河流域彰武段NH4+-N與CODMn的質量濃度呈不斷下降的變化趨勢，即該河段水質有所改善，表明自2005年開始實施的全流域水污染治理工程逐漸發揮成效。此外，枯水期(11-4月)與豐水期(6-9月)水質具有明顯差異，枯水期河段水質以嚴重或中等污染為主。

2)有機污染綜合指數評價以及柳河流域彰武段沿程水質變化分析表明，該河段水質整體有所改善，下游水質劣于上游段，主要污染物輸入和重點污染區域為西二老段、丁家苗圃段，柳河流域彰武段水體逐漸轉變成氨氮型污染。