羅 毅，李秋芳，路 娜，李治國，宋利娜，徐 娜

(1.石家莊市環境監控中心，河北石家莊 050022；2.河北省生態環境監測中心，河北石家莊 050000)

洨河發源于鹿泉區五峰山腳下，在石家莊市境內全長62.3 km，流經鹿泉、欒城和趙縣后進入邢臺市[1-3]。自上世紀六十年代開始，隨著社會經濟快速發展和人口大量聚集，城鎮地區生活污水和工業廢水大量排放，農村地區農藥化肥過度施用，給地表水環境帶來污染負擔[4-6]，橫跨石家莊多個縣區的洨河多年來一直承擔著省會的排污功能，水污染問題不僅嚴重影響了沿岸群眾的生產生活，也嚴重影響了省會的城市形象和發展質量，洨河水環境質量急需改善。2012年6月，石家莊市通過實施洨河兩岸面源環境綜合整治、城區民心河二期管網建設和雨污管網改造、沿線污水處理廠穩定達標工程、沿線城鎮村莊污水收集管網工程、入河排水預處理工程、生態濕地建設、環保監管能力提升等綜合整治工程，使污染了幾十年的洨河得到了有效治理。

近年來，國內學者先后對中國一些河流、水庫的水體環境進行了研究，研究對象主要以氨氮、總磷(TP)、生化需氧量(BOD)為對象，其中，氨氮、總磷(TP)已成為中國地表水體的主要污染物[7-9]，氨氮濃度是反映水體受無機可氧化物污染的常用指標，也是與主要污染物總量減排約束性指標相關聯的環境質量指標，數值越高，說明水體污染越嚴重。TP是水體中較常見的一種形態磷，是藻類生長重要的因素，也是導致水體富營養化最常見的原因[10-11]。

基于環境系統的復雜性，目前應用較多的水質綜合評價方法有灰色評價法[12]，模糊綜合評價法[13]，人工神經網絡評價法[14-15]等。針對不同的水質采用適宜的評價標準能夠更精準地描述目標水體的污染狀況。綜合水質指數(WQI)法能綜合考量各類污染指標，避免個別水質指標較差而否定綜合水體質量[16]。王珺博[17]采用WQI法評價了永定河石景山段水質狀況，魯照等[18]采用WQI法評價了鄱陽湖水質狀況。

本文以洨河為研究對象，采用水質指數法(WQI法)評價水質污染特征，確定主要污染指標，對氨氮、總磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)等主要污染物的空間分布特征及污染現狀進行評價。

1 研究方法

1.1 監測點位

在洨河上、中、下游3個不同流域設置監測斷面，分別為總退水口、石板橋、大石橋，其中2021年因監測計劃調整，監測斷面有所變動，總退水口、石板橋斷面取消監測，因龍門橋斷面(E 114.653 0°,N 37.796 7°)與石板橋斷面(E 114.632 5°,N 37.824 3°)位置較為接近，水質狀況較為一致，故2021年采用大石橋和龍門橋斷面監測數據對洨河水質進行評價。洨河監測斷面分布情況如圖1所示。

圖1 石家莊市洨河監測斷面分布

1.2 監測指標及方法

監測指標為《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)[19]表1中除水溫、糞大腸菌群和總氮以外的21項指標，包括：pH值、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮、石油類、揮發酚、汞、鉛、總磷(TP)、化學需氧量(CODCr)、銅、鋅、氟化物、硒、砷、鎘、六價鉻、氰化物、陰離子表面活性劑和硫化物。監測方法均按照《地表水和污水監測技術規范》(HJ/T 91—2002)[20-21]執行。

1.3 數據來源

水質污染特征評價采用的監測數據來源于2016—2021年國家和省級地表水監測網組織開展的例行監測，監測時間為每月上旬。

1.4 水質特征評價方法

采用綜合水質指數法(WQI河流法)[22]評價洨河水質狀況，WQI值越小說明地表水環境質量越好。水質指標標準限值執行《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ類標準。先計算單項指標的水質指數，再取其加和值計算河流的水質指數(WQI河流)。低于檢出限的項目，按照1/2檢出限值參加計算各單項指標濃度的算術平均值。

1.4.1 單項指標的水質指數

用各單項指標的濃度值除以該指標對應的地表水Ⅲ類標準限值，計算單項指標的水質指數，如式(1)所示，DO的水質指數計算公式見式(2)，pH值的水質指數計算公式見式(3)—式(4)。

(1)

式中：C(i)為第i個水質指標的濃度值，mg/L；Cs(i)為第i個水質指標地表水Ⅲ類標準限值，mg/L；WQI(i)為第i個水質指標的水質指數。

(2)

式中：C(DO)為溶解氧的濃度值，mg/L；Cs(DO)為溶解氧的地表水Ⅲ類標準限值,mg/L；WQI(DO)為溶解氧的水質指數。

如果pH≤7.0時，計算公式為式(3)；如果pH>7.0時，計算公式為式(4)。

(3)

(4)

式中：pHsd為GB 3838—2002中的pH下限值；pHsu為GB 3838—2002中的pH上限值；WQI(pH)為pH值的水質指數。

1.4.2 河流水質指數

根據各單項指標的WQI，取其加和值即為河流的WQI值，計算如式(5)所示：

(5)

式中：WQI河流為綜合水質指數；WQI(i)為第i個水質指標的水質指數；n為水質指標個數。

2 結果與分析

2.1 水質現狀

基于2016—2021年例行監測數據，洨河水質狀況總體為重度污染，但呈現出逐年好轉趨勢，自2019年起部分斷面達到Ⅳ類水質標準。2016—2021年河流及斷面水質類別統計見表1。

表1 洨河監測斷面水質類別

2016—2018年洨河總退水口、石板橋、大石橋3個斷面水質長期均為劣Ⅴ類，2019年水質類別有所好轉，石板橋為Ⅳ類水質，2020年各斷面水質進一步變好，總退水口為Ⅴ類水質，為中度污染；石板橋為Ⅴ類水質，為中度污染；大石橋為Ⅳ類水質，為輕度污染。2021年各斷面水質保持較好，石板橋為Ⅴ類水質，為中度污染；大石橋為Ⅳ類水質，為輕度污染。總體上來看，2016—2021年期間，洨河各個監測斷面及河流水質較差，污染較嚴重。

2.1.1 水質指標

根據2016—2021年洨河水質監測數據，結合WQI指數測算方法，計算出21項水質指標年均值，各單項指標的水質指數及大小排序見圖2。由圖2可見，氨氮，TP，BOD5，CODCr和CODMn的水質指數均超過1.0，明顯高出其他16項水質指標。其中，氨氮水質指數為2.388，TP水質指數為2.345，BOD5水質指數是1.615，是影響2016—2021年洨河水質的主要污染指標。根據2016—2021年洨河水質污染特點，確定氨氮，TP，BOD5為主要分析評價指標。

圖2 2016—2021年洨河21項水質指標的水質指數

結合2016—2021年洨河流經區域的實際情況，初步推測氨氮和TP 2項污染指標主要受生活污水和農田施肥的影響[23]。

2.1.2 逐年水質變化趨勢

2016—2021年洨河逐年水質指數計算結果分別為24.412 1，17.625 2，12.225 7，11.364 4，8.697 5，8.098 2，見圖3。由圖3可見，2016—2021年洨河水質指數WQI值總體呈逐年下降趨勢，年際降幅較大，水質明顯好轉。2016—2021年水質指數降幅ΔWQI值為16.313 9，特別是2016—2018年ΔWQI值為12.186 4，下降明顯；2018—2021年ΔWQI值為4.127 5，降幅收窄。6年間洨河環境質量的顯著改善，充分說明近年來洨河綜合整治水質提升工作成效明顯，特別是通過城鎮污水管網建設工程、兩岸面源環境綜合整治工程，洨河下游的欒城、趙縣段的村莊污水入網收集處理率不低于6成，農村生活垃圾和畜禽養殖污廢清運率達到100%，整體水環境質量大幅提升，洨河河流生態功能得到了充分恢復。同時值得注意的是，2018年后洨河水質改善進度趨緩，顯示前一階段水質提升工作已進入瓶頸期，需進行針對性的調整和改良。

圖3 2016—2021年洨河水質指數變化

2.1.3 逐月水質變化趨勢

2016—2021年洨河逐月水質指數變化存在一定的波動性。但由圖4可見，總體上每年6—7月份水質指數都會顯著升高，6月份水質指數平均值為32.059 5，7月份水質指數平均值為27.274 4，8月和9月水質指數持續好轉并回歸至年度平均值，其余月份水質指數及波動變化相對較小。綜合分析，每年6—7月洨河流經區域進入汛期，地表徑流大于其他時期，降水將農田退水和養殖排水連同大量平時淤積在河道底部和沿岸地表污染物沖刷進入河流，是導致洨河汛期水質顯著下降的重要因素，也符合洨河6—7月水質指數居高不下的分析結果。

圖4 2016—2021年洨河逐月水質指數變化

2.2 污染狀況分析

根據2016—2021年洨河監測數據的水質指數評價分析結果，選取影響最大的3項指標(氨氮、總磷和生化需氧量)從時間和空間上進行污染成因分析。

2.2.1 時間變化分析

從年度變化看，2016—2021年洨河氨氮、總磷和五日生化需氧量年均濃度總體呈下降趨勢，見圖5。

圖5 2016—2021年洨河主要水質指標濃度變化

氨氮濃度(質量濃度，下同)年均值最高出現在2016年，濃度最低值出現在2020年，在2016—2017年均大于Ⅴ類標準限值，2020年低于Ⅲ類標準限值；2021年洨河氨氮濃度年均值為0.906 mg/L，與2016年相比，濃度下降86.1%。

總磷濃度(質量濃度，下同)年均值最高值出現在2016年，最低出現在2020年，在2016—2018年均大于Ⅴ類標準限值，2021年接近于但高于Ⅲ類標準限值；2021年總磷濃度年均值為0.287 mg/L，與2016年相比，濃度下降69.5%。

五日生化需氧量濃度(質量濃度，下同)年均值最高出現在2016年，且大于Ⅴ類標準限值，最低出現在2018年，且2018—2021年處于Ⅲ類～Ⅳ類標準限值。2021年五日生化需氧量濃度年均值為3.1 mg/L，與2016年相比，濃度下降76.0%。

2.2.2 各監測點位氨氮、總磷、五日生化需氧量變化趨勢

各斷面氨氮、總磷和五日生化需氧量濃度年均值變化趨勢見圖6。從2016—2021年例行監測數據來看：

圖6 不同監測點位2016—2021年水質指標的濃度變化

1)氨氮濃度在總退水口和石板橋2個斷面整體上波動下降，在大石橋斷面呈逐年下降趨勢；

2)TP濃度在總退水口斷面呈波動下降，在石板橋和大石橋斷面呈逐年下降趨勢；

3)BOD5濃度在總退水口和石板橋斷面呈現先下降后回升趨勢，在大石橋斷面總體呈逐年下降趨勢。

總體上看，上述3個監測斷面氨氮、TP和BOD5濃度年均最高值均出現在2016年。監測期間，氨氮濃度年均值：大石橋(3.50 mg/L)>石板橋(2.00 mg/L)>總退水口(1.81 mg/L)；TP濃度年均值：總退水口(0.51 mg/L)>大石橋(0.48 mg/L)>石板橋(0.45 mg/L)；BOD5濃度年均值：大石橋(7.25 mg/L)>總退水口(6.33 mg/L)>石板橋(6.30 mg/L)，這可能是由于大石橋位于洨河下游，接納生活污水和農田地表徑流較多，而持續開展的洨河整治提升工程，又使得3個監測斷面的水質差距逐年縮小，甚至有時下游斷面水質會優于上游斷面水質，2016—2021年總退水口斷面由劣Ⅴ類水質變為Ⅴ類水質，石板橋斷面則經歷了劣Ⅴ類—Ⅳ類—Ⅴ類的水質變化過程，大石橋斷面由劣Ⅴ類水質變為Ⅳ類水質。

3 結 語

本文通過水質指數法對2016—2021年期間石家莊市洨河水質變化趨勢進行了分析，并針對“十四五”期間的洨河水質提升提出了一些意見和建議。

1)采用水質指數法評價2016—2021年洨河水質污染特征，結果顯示2016—2021年洨河氨氮、TP和BOD5年均濃度下降趨勢明顯，下降幅度分別為86.1%，69.5%，76.0%。水質指數法的優勢在于河流水質時間變化或河流水質管理效果的評價上，對監測河流水質長期變化以及核驗河流管理成效有重要作用。洨河水質雖有較大改善，但仍處于污染狀態，需進一步加強治理。

2)從時間上來看，2016—2021年期間洨河水質總體呈逐年改良趨勢；每年汛期前期(主要是6月和7月)污染物指標最高，水質相對較差。跟生活污水和農田地表徑流密切相關的氨氮、TP和BOD5仍是影響洨河水質的主要污染指標。

3)從空間上來看，氨氮、TP和BOD5等主要污染物指標自上游至下游呈遞增趨勢。近年來3個監測斷面的水質差距逐年縮小(特別是下游大石橋斷面水質)，均呈逐漸改善的趨勢。

4)2016—2021年期間洨河流域的污染狀況總體上有所改善但仍有較大提升空間。水利、環保部門加大了水環境監督治理力度并取得了明顯成效，以生活污水和農田地表徑流為主的污染源，以及每年6—7月份的水污染高峰期帶來的管控壓力仍然存在，地表水環境質量不容樂觀。

5)即使收集了大量數據，總體上洨河水質監測數據仍顯不足。對水質變化趨勢進行分析，若能同時擁有流量數據和水質監測數據，結果會更加精確。洨河流量相關數據的缺乏，在一定程度上影響了汛期水質變化趨勢的準確性。

6)“十四五”期間，更為準確地分析水質變化趨勢，需要更多的水質監測數據，水利、環保部門應在水質監測及數據收集上加大投入力度，在污染源精準管控、農業生產模式調整、生活污水綜合治理等方面加大統籌協調力度，綜合施策，實現總量減排、科學減排。