采測(cè)分離期間甘肅省涇河流域典型斷面水質(zhì)情況分析

摘 要：以甘肅省境內(nèi)涇河、蒲河與馬蓮河流域4個(gè)典型地表水監(jiān)測(cè)斷面“十三五”期間采測(cè)分離期間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，對(duì)斷面總體水質(zhì)狀況、不同監(jiān)測(cè)指標(biāo)濃度變化范圍、典型污染因子變化趨勢(shì)、典型污染因子超時(shí)段分布情況、各監(jiān)測(cè)因子之間的相關(guān)性及各監(jiān)測(cè)因子之間的聯(lián)系進(jìn)行分析，以及對(duì)污染物可能的來(lái)源和影響因素進(jìn)行分析，為“十四五”期間甘肅省改善黃河流域水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量提出了建議。結(jié)果表明，涇河流域主要污染來(lái)源受徑流量大小影響較為明顯，農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染和農(nóng)村污水收集處理設(shè)施可能是該流域污染物的主要貢獻(xiàn)，從根本上調(diào)查并嚴(yán)控涇河流域的污染物來(lái)源，才是改善該地區(qū)環(huán)境質(zhì)量的解決之道。

關(guān)鍵詞：黃河流域；采測(cè)分離；地表水；污染因子分析

中圖分類號(hào)：X832

1 研究背景

國(guó)家地表水采測(cè)分離制度的實(shí)施，有效地保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的客觀、公正和獨(dú)立。

涇河屬于黃河流域的重要河流，橫跨甘肅、陜西及寧夏三省，其中甘肅流域面積占比達(dá)到了其流域面積的67%。文章以“十三五”期間涇河流域地實(shí)施采測(cè)分離的地表水監(jiān)測(cè)斷面為研究對(duì)象，分析其地表水質(zhì)量狀況。

2 斷面基本情況

涇河是黃河支流渭河的第一大支流，研究對(duì)象地處于甘—陜—寧三省交會(huì)處的典型斷面，涉及到?jīng)芎又Я髌押优c馬蓮河流域。斷面名稱分別以A、B、C和D代表，兩個(gè)斷面為省界斷面，一個(gè)斷面為縣界斷面，另一個(gè)斷面為市界斷面，數(shù)據(jù)均有典型的代表性。其中A為市界斷面，B為縣界斷面，C和D均為省界斷面，涉及到蒲河、涇河及馬蓮河流域。馬蓮河屬于涇河支流，全長(zhǎng)374 km，其中甘肅省的流域面積占比達(dá)到了其流域面積的88.6%[1]，蒲河也屬于涇河支流。涇河干流發(fā)源于寧夏涇源縣老龍?zhí)叮?河流由西北流向東南， 在崆峒峽進(jìn)入平?jīng)鍪芯硟?nèi)， 在寧縣政平與馬蓮河匯合后進(jìn)入陜西省[2]。

3 典型斷面水質(zhì)情況分析

監(jiān)測(cè)指標(biāo)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中前24項(xiàng)基本項(xiàng)目，其中pH、溶解氧、電導(dǎo)率為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定項(xiàng)目，其余項(xiàng)目由參與采測(cè)分離的第三方定時(shí)送至分析測(cè)站進(jìn)行分析。

3.1 斷面水質(zhì)情況總體分析

相對(duì)全省其他斷面，上述斷面四類、五類和劣五類水質(zhì)明顯居多，水質(zhì)情況相對(duì)較為典型。以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）[3]為三類標(biāo)準(zhǔn)限值為基準(zhǔn)，判別超標(biāo)倍數(shù)，主要污染物及其超標(biāo)情況見(jiàn)表1。綜合分析2017年10月—2020年12月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中，水質(zhì)狀況超過(guò)地表水三類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的情況多集中在2個(gè)時(shí)段，11月—次年3月，6—8月，基本上處于枯水期和汛期的時(shí)間段。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法》[4]，斷面水質(zhì)超過(guò)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，先按照不同指標(biāo)對(duì)應(yīng)水質(zhì)類別的優(yōu)劣，選擇水質(zhì)類別最差的前三項(xiàng)指標(biāo)作為主要污染指標(biāo)。綜合來(lái)看，斷面C水質(zhì)情況相對(duì)較差，其中劣五類的比例占到了15.8%，同時(shí)斷面A和C具有地區(qū)性典型的特征污染物氟化物。

3.2 典型污染因子三年變化趨勢(shì)分析

以2018年1月—2020年12月的月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，選擇典型污染因子化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮為分析對(duì)象，對(duì)3個(gè)典型斷面相應(yīng)污染指標(biāo)的變化趨勢(shì)作出分析。（斷面B的水質(zhì)指標(biāo)相對(duì)達(dá)標(biāo)率較高，而且4個(gè)指標(biāo)并未體現(xiàn)出逐年下降的趨勢(shì)，無(wú)代表性，故不做變化趨勢(shì)分析。）

由圖1可見(jiàn)，斷面A 化學(xué)需氧量、總氮和氨氮都有逐年下降的趨勢(shì)，其中化學(xué)需氧量、總磷和氨氮超標(biāo)的月份均集中在1—4月、10—12月2個(gè)時(shí)段。

由圖2可見(jiàn)，斷面C 化學(xué)需氧量、總氮和氨氮都有逐年下降的趨勢(shì)，其中化學(xué)需氧量、總磷和氨氮超標(biāo)的月份均集中在1—6月、10—12月2個(gè)時(shí)段，超標(biāo)情況比較普遍。

由圖3可見(jiàn)，斷面D總氮和總磷都有逐年上升的趨勢(shì)，其中化學(xué)需氧量、總磷和氨氮超標(biāo)的月份均集中在2—5月、10—11月2個(gè)時(shí)段，超標(biāo)情況比較普遍。

3.3 斷面不同監(jiān)測(cè)指標(biāo)濃度變化范圍分析

統(tǒng)計(jì)4個(gè)斷面各典型指標(biāo)的濃度變化范圍，斷面A、B、C、D 氨氮濃度變化范圍分別為未檢出～3.54 mg/L，0.11～2.58 mg/L，未檢出～6.6 mg/L，未檢出～1.44 mg/L，總氮濃度變化范圍分別為1.48～7.02 mg/L，2.42～7.7 mg/L，0.48～15.4 mg/L，1.69～7.22 mg/L，總磷濃度變化范圍分別為未檢出～0.57 mg/L，0.03～0.41 mg/L，0.03～0.27 mg/L，0.02～0.26 mg/L，斷面A和C氟化物濃度變化范圍分別為0.606～2.04 mg/L，0.52～1.41 mg/L。

3.4 典型污染因子相關(guān)性分析

用SPASS 21.0分析上述4個(gè)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)性，4個(gè)斷面的氨氮和總氮在0.01水平上雙側(cè)顯著正相關(guān)，斷面A、B、C和D的Pearson相關(guān)性分別達(dá)到0.751，0.464，0.539，0.466；斷面A、C、D的化學(xué)需氧量和五日生化需氧量在0.01水平上雙側(cè)顯著正相關(guān)，Pearson相關(guān)性分別達(dá)到0.678、0.791、0.637，斷面B的化學(xué)需氧量和五日生化需氧量在0.01水平上雙側(cè)顯著正相關(guān)，Pearson相關(guān)性達(dá)到0.350。4個(gè)斷面的氟化物和六價(jià)鉻在0.01水平上雙側(cè)顯著負(fù)相關(guān)，斷面A、B、C和D的Pearson相關(guān)性分別達(dá)到-0.649、-0.507、-0.537。Plt;0.05說(shuō)明兩者顯著相關(guān)。

地表水?dāng)嗝娴碾妼?dǎo)率雖然不作為水質(zhì)類別的評(píng)價(jià)依據(jù)，但是仍然有一定的參考價(jià)值，并且和某些超標(biāo)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)呈現(xiàn)一定的相關(guān)性。斷面A、C電導(dǎo)率和氟化物在0.05水平上雙側(cè)顯著正相關(guān)，Pearson相關(guān)性分別達(dá)到0.411和0.385；斷面B、D電導(dǎo)率和氟化物在0.01水平上雙側(cè)顯著正相關(guān)，Pearson相關(guān)性均達(dá)到0.484，具體相關(guān)性見(jiàn)表 2。

3.5 典型污染因子超時(shí)段分布情況分析

以地表水典型污染因子氨氮、總磷、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量，加上此流域典型污染因子氟化物為研究對(duì)象，統(tǒng)計(jì)4個(gè)斷面各監(jiān)測(cè)因子的超標(biāo)率、超標(biāo)倍數(shù)的范圍以及超標(biāo)時(shí)段的分布特征。評(píng)價(jià)時(shí)以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中地表水三類環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，判斷是否超標(biāo)。以2017年10月—2020年12月期間數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，根據(jù)超標(biāo)個(gè)數(shù)占總數(shù)的比例計(jì)算超標(biāo)率。超標(biāo)倍數(shù)=（監(jiān)測(cè)值-標(biāo)準(zhǔn)限值）/標(biāo)準(zhǔn)限值。

由表3—表7可知，在上述時(shí)間段超標(biāo)因子隨著受徑流影響明顯，典型監(jiān)測(cè)指標(biāo)在枯水期和平水期超標(biāo)普遍，各典型監(jiān)測(cè)因子濃度峰值集中在枯水期。

涇河流域汛期基本上集中在7—10月，降雨量較大，導(dǎo)致水體含沙量增大，進(jìn)而影響水質(zhì)情況，化學(xué)需氧量、氟化物等監(jiān)測(cè)因子仍然會(huì)出現(xiàn)汛期超標(biāo)的情況，總氮也會(huì)在汛期出現(xiàn)一個(gè)小的峰值。豐水期河流的水位補(bǔ)給主要是來(lái)自大氣降水，同時(shí)對(duì)于河流有稀釋沖淡作用，導(dǎo)致一些主要污染物濃度可能會(huì)降低。但是對(duì)于一些監(jiān)測(cè)結(jié)果受泥沙影響較大的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，比如化學(xué)需氧量、總磷、總氮等，在河流水量大時(shí)出現(xiàn)超標(biāo)也是正常現(xiàn)象。

3.6 典型污染因子分析

3.6.1 總氮變化情況分析

總氮雖然不作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是均出現(xiàn)超標(biāo)情況，最大值出現(xiàn)在11月至次年3月期間。原因可能是和農(nóng)作物施用肥料有關(guān)，會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致地表水總氮出現(xiàn)峰值。豐水期降水量增大，會(huì)使總氮濃度有所下降。《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中總氮的最高濃度劣五類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)是2.0 mg/L，而《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）[5]中總氮一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)為20 mg/L（統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)甘肅省絕大多數(shù)城鎮(zhèn)污水處理廠處理標(biāo)準(zhǔn)以一級(jí)B為主），所以城鎮(zhèn)污水處理廠排出的污水肯定會(huì)對(duì)地表水總氮濃度有所貢獻(xiàn)。冬季污水處理設(shè)施的效率降低，會(huì)導(dǎo)致地表水總氮濃度出現(xiàn)一個(gè)峰值，其余時(shí)間段濃度值相對(duì)較為穩(wěn)定。

3.6.2 氟化物變化情況分析

其中斷面A和C處于蒲河與馬蓮河流域，氟化物均出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，異于其他斷面，分析為地質(zhì)原因。馬蓮河和蒲河均為涇河支流。其中馬蓮河屬于涇河一級(jí)支流，可溯源至洪德東、西川兩源，主要靠降雨補(bǔ)給[6]。蒲河也屬于涇河支流，上游源于環(huán)縣毛井鄉(xiāng)，匯入西來(lái)的茹河后，至寧縣長(zhǎng)慶橋匯入涇河。除局部工業(yè)污染排放和農(nóng)藥使用造成的人為衍生氟外，大部分的氟來(lái)源于自然，包括巖石礦物風(fēng)化而導(dǎo)致的氟釋放，以及火山活動(dòng)和海洋氣溶膠排放[7]。枯水期河流的水位補(bǔ)給主要是來(lái)自地下滲水，而地下水流經(jīng)含氟的巖石，導(dǎo)致其中的氟化物溶出釋放，進(jìn)而進(jìn)入地表水，導(dǎo)致氟化物濃度較高。

3.6.3 氨氮占據(jù)總氮的比例分析

計(jì)算水體氨氮在總氮中所占的比例能夠得出，斷面A、B、C、D氨氮占總氮比例變化范圍分別為0.7%～63.7%、1.2%～49.0%、0.4%～55.2%、0.5%～35.9%，其中最大值均出現(xiàn)在11月—次年3月，此時(shí)期為河段的枯水期，地表徑流量較小，水質(zhì)的凈化能力相對(duì)較弱。可見(jiàn)，一般斷面水質(zhì)狀態(tài)較差的時(shí)期，氨氮占總氮的比例較高。雖然總氮不作為評(píng)價(jià)依據(jù)，但是氨氮在總氮中的比例可以作為判斷水質(zhì)斷面的參考依據(jù)，來(lái)判斷水體水質(zhì)是否會(huì)變差。

3.6.4 溶解氧變化情況分析

溶解氧作為評(píng)價(jià)地表水水質(zhì)情況的指標(biāo)，有著一定的參考意義。水中溶解氧一定程度上可以反映出水中有機(jī)污染物的分解情況，有機(jī)物濃度較高，則會(huì)分解消耗水中的溶解氧，導(dǎo)致其濃度偏低。水質(zhì)化學(xué)需氧量在一定程度上能夠間接反映水中有機(jī)污染物的情況，但是作為條件性指標(biāo)，僅能夠代表被強(qiáng)氧化劑重鉻酸鉀氧化的還原性物質(zhì)，和有機(jī)物濃度的相關(guān)性不夠精確。通過(guò)分析，得出水中的化學(xué)需氧量和溶解氧也無(wú)明顯的相關(guān)性關(guān)系。綜合分析4個(gè)斷面溶解氧，均存在和水質(zhì)當(dāng)前類別不相符的情況。以溶解氧7.5 mg/L定義為80%的溶解氧，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，4個(gè)斷面中普遍存在溶解氧過(guò)飽和的情況，4個(gè)斷面溶解氧過(guò)飽和率分別為 81.6%、81.6%、80.6%和78.9%。分析溶解氧過(guò)飽和的原因，可能和多種情況有關(guān)，比如測(cè)定時(shí)水體過(guò)度震蕩過(guò)度，導(dǎo)致溶解氧過(guò)高。溶解氧隨著溫度降低而增加，溶解氧過(guò)飽和情況與多種因素有關(guān)，比如，或者水中藻類存在光合作用產(chǎn)生過(guò)量的氧氣，導(dǎo)致地表水溶解氧實(shí)測(cè)值要高于水中溶解氧的飽和值，不過(guò)這種情況常見(jiàn)于湖庫(kù)中藻類較多的情況。

3.6.5 五日生化需氧量和化學(xué)需氧量的關(guān)系分析

計(jì)算4個(gè)斷面五日生化需氧量占化學(xué)需氧量的比例，該比例范圍基本比較穩(wěn)定，平均值分別為19.3%、18.5%、20.5%和20.9%。一定程度上可以反映上述斷面的水質(zhì)已經(jīng)生物降解到了最高的程度，不再繼續(xù)消耗水中的溶解氧。分析五日生化需氧量和溶解氧的相關(guān)性，兩者在0.01和0.05水平上均不具備顯著相關(guān)。可見(jiàn)，溶解氧高低無(wú)法直接作為判斷水體是否被污染的指標(biāo)，需要結(jié)合其他指標(biāo)綜合判斷。比例偏小時(shí)發(fā)現(xiàn)水體中溶解氧也出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。五日生化需氧量占化學(xué)需氧量比例低于10.0%的情況基本處于11月—次年3月，也屬于河流的枯水期，同時(shí)該季節(jié)水溫較低，溶解氧相對(duì)較高，故水中可生化部分減小，符合常理。

3.6.6 高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量的關(guān)系分析

計(jì)算4個(gè)斷面高錳酸鹽指數(shù)占化學(xué)需氧量的比例，該比例范圍基本比較穩(wěn)定，平均值分別為15.1%、21.0%、15.4%和20.6%。相比之下，水質(zhì)斷面類別較好，則該比例較低。比值較大的情況均出現(xiàn)在枯水期和豐水期。枯水期出現(xiàn)水質(zhì)惡化，可能和地表徑流量較小，污染物濃度無(wú)法充分稀釋有關(guān)。而豐水期出現(xiàn)惡化，一般集中降水比較集中的時(shí)期，降雨將河岸周邊污染物沖刷進(jìn)入水體，或者水體底層沉積的可能的污染物浮于水體表層所致。

4 問(wèn)題及建議

綜合甘肅省采測(cè)分離以來(lái)涇河流域監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，涇河流域主要污染來(lái)源受徑流量大小影響較為明顯。同時(shí)，該流域水質(zhì)含沙量較大，對(duì)一些易受顆粒物影響的監(jiān)測(cè)指標(biāo)影響較大，對(duì)采樣的要求較高，如何采集到具有代表性的樣品，能夠代表該流域真實(shí)的水質(zhì)質(zhì)量是今后應(yīng)該注意的問(wèn)題。

同時(shí)，總氮雖然不作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，但是城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)如何和地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行很好的銜接和過(guò)渡，應(yīng)該是今后標(biāo)準(zhǔn)修訂過(guò)程中應(yīng)該考慮的問(wèn)題。持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量依然是“十四五”期間和深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要任務(wù)。涇河流域作為黃河的二級(jí)支流，其水質(zhì)的改善在黃河流域環(huán)境質(zhì)量保護(hù)方面也發(fā)揮著重要的作用，未來(lái)隨著流域沿岸典型的排污企業(yè)污水處理設(shè)施提標(biāo)改造的完成，農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染和農(nóng)村污水收集處理設(shè)施可能是該流域污染物的主要貢獻(xiàn)。

雖然各監(jiān)測(cè)指標(biāo)年均濃度能夠達(dá)標(biāo)，但是綜合來(lái)看，該流域水質(zhì)依然有一定的改善空間，比如當(dāng)前的監(jiān)測(cè)結(jié)果中，氨氮占總氮的比例依然偏高，五日生化需氧量占到化學(xué)需氧量的比例、高錳酸鹽指數(shù)占到化學(xué)需氧量的比例也都較高，說(shuō)明水質(zhì)仍然有惡化的趨勢(shì)。有些情況下，水質(zhì)達(dá)標(biāo)依然要依靠足夠的徑流量來(lái)維持，從根本上調(diào)查并嚴(yán)控涇河流域的污染物來(lái)源，才是改善該地區(qū)環(huán)境質(zhì)量的解決之道。

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