“十三五”時期重慶市地表水環境質量時空演變研究

秦成 葛淼 劉念 劉浩 蔡宇 李靈星

摘要：“十三五”時期，隨著生態文明改革持續深入，水環境治理已轉變為精準治污、科學治污，效果顯著。以重慶市“十三五”國家考核斷面地表水環境質量評價為實例，基于時空多尺度的概念，提出了“多尺度綜合評價”研究地表水環境質量時空演化的方法，以時間尺度上年度和年內地表水環境質量、主要污染物變化規律為出發點，進行空間尺度上由點（出入境斷面）到線（長江干流）再到面（全市地表水）的綜合分析。結果表明：“十三五”時期重慶市國家考核斷面地表水環境質量逐年呈階梯式改善，年內水質變化總體呈現下半年水質優于上半年的規律;主要污染物濃度夏季明顯增高，地表水環境污染主要為農業面源污染造成;全域范圍內水質優良情況與經濟發展水平呈負相關，東部區域水質明顯優于西部區域;氮、磷防控效果顯著，消減率為30.89%和10.45%。該成果對評價“十三五”以來的污染防治效果具有實際意義，也可為“十四五”開展相關污染治理提供理論依據。

關 鍵 詞：國考斷面; 地表水環境質量; 多尺度綜合評價; 重慶市

中圖法分類號： X84

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.04.012

0 引 言

“十三五”期間重慶市深入貫徹落實習近平生態文明思想，按照“兩點”定位、“兩地”“兩高”目標、發揮“三個作用”重要指示，把水污染防治工作擺在突出位置。2020年國考斷面水質優良比例首次達到100%，長江干流重慶段水質總體為優，城市集中式飲用水水源地水質達標比例100%。經過5 a的治理行動，重慶市地表水環境質量已得到顯著改善。如何全方位評價5 a來水環境質量時空變化狀況是急需解決的問題，而目前缺少系統的評價方法，相關的研究主要集中在水質現狀評價[1-4]、趨勢分析[5-8]，鮮有的時空演化研究相關成果則集中在空氣質量[9]、生態環境質量[10]等其他環境要素。同時，位于三峽庫區腹心的重慶市，自三峽大壩建成蓄水后水位抬升，流速相對減緩，水體自凈能力也隨之下降[11]，具有獨特的水質特征。大量的學者對其水環境質量問題開展了研究，但目前的研究對象集中于小流域、主城和渝西地區[12-14]，以及對三峽庫區氮磷問題的研究[15-20]，缺少從管理角度出發的全域范圍的評價。鑒于此，研究“十三五”期間重慶市全域范圍國考斷面地表水水質時空變化特征，科學地評價治污效果，對明晰未來全市水環境保護路徑方向及制定生態恢復策略具有重要意義。

文章基于2016～2020年重慶市42個國考斷面水質監測數據，采用單因子評價對水質進行評價，并結合污染物時空分析，研究重慶市全域范圍內地表水水質時空變化特征，以期為“十四五”期間地表水水環境保護和治理提供決策路徑參考。

1 研究區概況

重慶市地處長江流域腹心地帶——三峽庫區，長江重慶段全長約691 km，境內江河縱橫，水系發達，全市共有大小河流5 300余條，涉及長江干流、嘉陵江、烏江、沱江、漢江、洞庭湖六大水系，其中，除城口縣任河注入漢江流域、跨酉陽縣秀山縣的酉水河注入湘江洞庭湖流域、跨大足區榮昌區的瀨溪河和榮昌區的清流河注入沱江流域外，其余均在重慶市境內匯入長江。

“十三五”期間，長江干流、嘉陵江、烏江、沱江、漢江、沅江等六大水系共155條重點河流、160座湖庫和1 492個城市及鄉鎮飲用水源地納入監測范圍，其中在長江干流及29條重要支流布設國家考核斷面42個。42個地表水國考斷面由41個河流斷面和1個湖庫點位組成。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

多尺度綜合評價是以時間尺度上年度和年內各月地表水環境質量、主要污染物變化規律為出發點，進行空間尺度上由點（斷面）到線（干流）再到面（干支流河網）的綜合分析評價方法。

2.1.1 時間尺度分析

時間尺度上，首先利用系列年監測數據分析水質年際動態變化情況。根據污染因子出現頻次，識別研究時間段內的主要污染因子。其次，分析各年內月度水質變化情況，總結研究時段內的年內水質波動規律;同時，分析主要污染因子年內變化情況，識別污染規律。

2.1.2 空間尺度分析

空間尺度分析是指斷面到河流再到區域的由點到線再到面的分析方法。

以研究區域關鍵的出入境斷面為對象，分析其水質對比情況、主要污染因子消減情況，并結合研究時段的期初和期末主要污染因子濃度，綜合分析評價改善效果。

以區域內主要河流為對象，分析從上游到下游各斷面水質變化情況、主要污染因子濃度沿程分布情況，并結合研究時段的期初和期末污染物沿程分布情況，綜合分析河流各段問題所在。

以全域范圍內所有監測斷面為研究對象，評價水質空間分布情況，并結合研究時段的期初和期末水質空間分異性，識別問題區域。

2.2 數據來源

采用2016～2020年“十三五”期間國家考核重慶市的42個地表水監測斷面水質逐月、逐年數據，監測指標包括pH、溶解氧、高錳酸鹽指數（CODMn）、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、鉻（六價）、鉛、氰化物、揮發酚、石油類、陰離子表面活化劑、硫化物等共21項。以上指標測定均依照GB 3838-2002《地表水環境質量標準》中的監測標準執行。

數據來源于由重慶市生態環境監測中心編制、重慶市生態環境局發布的2016～2020年《重慶市環境質量報告書》以及各月《重慶市地表水水質狀況》。

3 結果與分析

3.1 水質動態變化特征

3.1.1 年度水質變化情況

“十三五”期間，重慶市42個國考斷面水質改善明顯，2016～2020年Ⅰ～Ⅲ類水質占比分別為88.1%，90.5%，90.5%，97.6%，100%，逐年改善效果明顯（見圖1）。

以各斷面年均值為基礎，2018年以來無Ⅴ類及以下水質斷面存在，2020年無Ⅳ類及以下水質斷面。各斷面總磷、化學需氧量及氨氮超標次數分別為12，7，1次，可知“十三五”期間重慶市地表水主要污染因子為總磷、化學需氧量及氨氮。但從時間尺度上分析，水污染防治成效明顯，2016～2020年總磷超標斷面個數由4，3，3，1逐年遞減，到2020年無超標斷面;全市42個國考斷面總磷平均濃度由2016年的0.111 mg/L下降為2020年的0.068 mg/L;化學需氧量從2018年后再無超標斷面出現，全市42個國考斷面化學需氧量平均濃度由2016年的11.300 mg/L到下降為2020年的9.300 mg/L;氨氮僅2016年出現一次超標，全市42個國考斷面氨氮平均濃度由2016年的0.300 mg/L下降為2020年的0.090 mg/L。

各斷面單月數據顯示：2016～2018年各年劣Ⅴ類斷面出現次數分別是5，4，5次，2019年以來重慶市地表水已無劣Ⅴ類斷面（見圖2）。

3.1.2 逐月水質變化情況

（1）總體水質年內變化情況。

2016～2020年年內水質變化總體呈現下半年（7～12月）水質優于上半年（1～6月）的規律。 2016～2017年年內劣Ⅴ類斷面幾乎出現在上半年（1～6月），7月為2016年和2017年內水質最優時間;2018～2020年3 a間，水質年內變化呈現明顯的下半年（7～12月）優于上半年（1～6月）的規律，分別如表1所列和圖2所示。

（2）主要污染物年內變化情況。

“十三五”期間重慶市地表水主要污染因子為總磷、化學需氧量及氨氮。以重慶市長江干流出境斷面巫峽口為研究對象，分析總磷、氨氮在“十三五”初期和末期年內變化情況。總磷的年內逐月變化情況在“十三五”初期和末期呈現基本一致的變化規律，即從1月開始平穩變化，到夏季6～7月總磷濃度達到最大值，隨后逐步回落，如圖3所示。氨氮的年內逐月變化情況在“十三五”初期和末期變化規律總體一致，即呈現出1～4月往返波動，5～7月逐步上升，8月以后逐步回落的規律，如圖4所示。

以每月42個國考斷面的均值為研究對象，分析化學需氧量在“十三五”初期和末期年內變化情況，化學需氧量的年內逐月變化情況在“十三五”初期和末期變化規律總體一致，即呈現出1～6月波動上升，7～12月波動下降，6月達到最高值的規律，如圖5所示。

主要污染因子的年內變化規律主要是由于夏季降雨多，在降水和徑流沖刷作用下，通過農田地表徑流、農田排水和地下滲漏，使大量污染物進入受納水體，造成總磷、化學需氧量、氨氮在夏季濃度升高，盡管到2020年各污染因子濃度下降明顯，但這一變化規律依然如此。這一規律表明，“十三五”期間重慶市地表水環境污染主要為農業面源污染造成。

3.2 水質的空間分布特征

3.2.1 總體水質的空間分布

從水質空間分布看，2017年水質超Ⅲ類斷面的區域主要集中在西部地區，其他地區水質保持在Ⅲ類及以上。2020年東北部、東部和東南部地區水質基本穩定在Ⅱ類水質，西部、西北部以Ⅲ類水質居多。水質的空間分布情況與“十三五”期間重慶市的經濟發展和人口分布密切相關，“十三五”期間重慶市西部、西北部人口密度大，工業企業多，經濟發展水平高，因此受人類活動影響更大的西部地區相比與東部、東北部、東南部地區水質較差（見圖6～7）。

3.2.2 主要污染物空間分布

（1） 出入境斷面主要污染物變化情況。

重慶市全境屬于長江流域，“十三五”期間，在長江干流布設入境斷面朱沱和出境斷面巫峽口，分析兩斷面水質及主要污染物情況，可明確“十三五”期間重慶市對長江重慶段水環境質量的負荷貢獻或消減情況。

入境朱沱斷面2016年總磷年均值0.105 mg/L，出境巫峽口斷面2016年總磷年均值0.103 mg/L，總磷消減1.90%;到2020年入境朱沱斷面總磷年均值0.067 mg/L，出境巫峽口斷面總磷年均值為0.060 mg/L，總磷消減10.45%。入境朱沱斷面2016年氨氮年均值0.236 mg/L，出境巫峽口斷面2016年氨氮年均值0.120 mg/L，氨氮消減49.15%;到2020年入境朱沱斷面氨氮年均值0.123 mg/L，出境巫峽口斷面氨氮年均值0.085 mg/L，氨氮消減30.89%。到2020年入境朱沱斷面化學需氧量年均值7.4 mg/L，出境巫峽口斷面化學需氧量年均值10.0 mg/L，化學需氧量增加35.14%。

上述數據表明：“十三五”期間隨著跨省際聯防聯控機制的形成，上下游省份水污染防治效果均取得了顯著的成績;出境斷面總磷、氨氮明顯低于入境斷面，重慶市在“十三五”期間氮、磷防控效果顯著。

（2） 長江干流主要污染物沿程變化情況。

“十三五”期間在重慶市長江干流設置10個國考斷面，從上游到下游依次是朱沱、江津大橋、豐收壩、和尚山、寸灘、清溪場、蘇家、曬網壩、白帝城、巫峽口（培石），其中朱沱斷面是入境斷面，巫峽口為出境斷面。以“十三五”初期的2017年和末期的2020年總磷和化學需氧量數據為依據，分析主要污染物沿程變化，如圖8～9所示。

“十三五”期間長江干流總磷年均值總體維持在0.100 mg/L以下，“十三五”初期（2017年）從上游到下游各斷面總磷濃度基本維持在固定值附近波動，趨勢線基本水平;到“十三五”末期（2020年）從上游到下游總磷濃度總體呈現下降趨勢，局部有上升現象。2017，2020年數據均表明，長江干流總磷在經過清溪場斷面時明顯增加，分析原因是由于清溪場斷面上游有烏江匯入長江，烏江總磷濃度較高，造成清溪場斷面總磷濃度陡增。

“十三五”期間長江干流化學需氧量年均值總體維持在12.000 mg/L以下，“十三五”初期（2017年）各斷面化學需氧量濃度從上游到下游總體呈現下降趨勢，但在主城區下游寸灘斷面和萬州城區下游曬網壩斷面化學需氧量濃度出現上升，達到局部峰值。分析原因為受重慶市區和萬州區兩個大城市的影響，在此區域化學需氧量濃度出現上升，隨著自然消解作用出現峰值后往下游逐步降低;到“十三五”末期（2020年）相比2017年化學需氧量總體濃度下降，從長江干流上游到下游化學需氧量濃度總體呈現上升趨勢，曬網壩斷面達到峰值隨后逐步下降。2017，2020年數據綜合表明，長江干流化學需氧量在流經大的城市過后會有一定的上升，城市水污染防治和污水治理還有待進一步加強。

4 結 論

“十三五”期間重慶市地表水水質優良比例由88.1%上升為100%，全市42個國考斷面主要污染物總磷、化學需氧量和氨氮平均濃度下降明顯，總磷由0.111 mg/L下降為0.068 mg/L，化學需氧量由11.300 mg/L下降為9.3 mg/L，氨氮由0.30 mg/L下降為0.09 mg/L。“十三五”期間各年年內水質變化總體呈現下半年（7～12月）水質優于上半年（1～6月）的規律，主要污染因子的年內變化規律表明“十三五”期間重慶市地表水環境污染主要為農業面源污染造成，夏季暴雨使污染物質隨徑流進入水體，造成總磷、化學需氧量、氨氮在夏季濃度升高。

“十三五”期間受人類活動影響較大的主城區及西部地區相比與東部、東北部、東南部地區水質明顯較差;出境斷面總磷、氨氮明顯低于入境斷面，重慶市在“十三五”期間氮、磷防控效果顯著;長江干流在“十三五”初期從上游到下游各斷面總磷濃度基本維持在固定值附近波動，到“十三五”末期（2020年）從上游到下游總磷濃度總體呈現下降趨勢，局部有上升現象。

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（編輯：劉 媛）

Study on spatio-temporal evolution of surface water environmental quality in Chongqing

City during “13th Five-Year Plan”

QIN Cheng，GE Miao，LIU Nian，LIU Hao，CAI Yu ，LI Lingxing

（Ecological and Environmental Monitoring Center of Chongqing，Chongqing 401147，China）

Abstract：

During the “Thirteenth Five-Year Plan” period，with the continuous deepening of ecological civilization reform，the water environment governance had been transformed into precise and scientific pollution control，and the water environmental quality had improved significantly.Based on the concept of multi-scale of time and space，a "multi-scale comprehensive evaluation" method was proposed to study the temporal and spatial evolution of surface water environmental quality.The surface water environmental quality in Chongqing City was the study object based on the data from national examination sections in the “13th Five-Year Plan”.Based on the environmental quality of the surface water and the variation law of the main pollutants in the time scale （annual and inner annual），we comprehensively analyzed the environmental quality from the point （entry and exit section） to the line （the main stream of the Yangtze River） to the surface （the surface water of the whole city） on the spatial scale.The results show that during the “13th Five-Year Plan” period，the environmental quality of surface water in Chongqing City national examination sections had improved step by year.The water quality in the second half of a year were generally better than those in the first half of a year.The concentration of major pollutants increased significantly in summer，and the surface water environmental pollution was mainly caused by agricultural non-point source pollution.The water quality in the whole region was negatively correlated with the level of economic development，as the water quality in eastern region was significantly better than that in the western region.The effects of nitrogen and phosphorus prevention and control were significant，with reduction rates of 30.89% and 10.45%.This result has practical significance for evaluating the effect of pollution prevention and control since the “13th Five-Year Plan”，and also provides a theoretical basis for the implementation of related pollution control during the “14th Five-Year Plan”.

Key words：

national examination section;surface water environmental quality;multi-scale comprehensive evaluation;Chongqing City