漢丹江(陜西段)水質(zhì)變化特征分析

王 蕾，關(guān)建玲，姚志鵬，丁 強(qiáng)，羅儀寧，程俊俠

1．陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西 西安 710054

2．中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

南水北調(diào)中線工程是優(yōu)化配置中國水資源，解決中國北方水資源嚴(yán)重短缺的特大型調(diào)水工程之一［1］，陜西省漢丹江流域位于其供水水源地丹江口水庫的上游，承擔(dān)著70%以上的供應(yīng)水量，是南水北調(diào)中線的主要水源涵養(yǎng)區(qū)［2］。作為丹江口水庫的主要來水水源，陜西省漢江、丹江水體環(huán)境質(zhì)量是南水北調(diào)中線工程順利實(shí)施的前提和保障。近年來漢丹江(陜西段)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷加快［3］，流域水環(huán)境狀況受到廣泛關(guān)注，而已有文獻(xiàn)針對漢丹江(陜西段)的水質(zhì)評價(jià)研究僅限于南水北調(diào)工程論證時(shí)期［4］及建設(shè)初期的水質(zhì)狀況［5］，目前針對漢丹江(陜西段)水質(zhì)變化特征的研究鮮見報(bào)道［6］。基于漢丹江(陜西段)水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測資料、區(qū)域環(huán)境統(tǒng)計(jì)及污染源普查數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)地調(diào)研結(jié)果，全面分析該河段水質(zhì)變化特征及水污染源特征，以期為南水北調(diào)中線水源水環(huán)境質(zhì)量保障和水資源利用提供參考。

1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來源

漢丹江(陜西段)位于陜西省南部的秦巴山地，流域總面積約6.5萬平方千米，由西向東主要流經(jīng)漢中、安康、商洛3市27個(gè)縣(區(qū))。漢江干流(陜西段)為631 km，流域面積為25 691 km2;丹江是漢江最長的支流，發(fā)源于陜西省商洛鳳冠山南麓，出陜西后在湖北省丹江口市與漢江交匯進(jìn)入丹江口水庫，丹江干流(陜西段)為248 km，流域面積為6 995 km2。

采用2008—2012年漢丹江(陜西段)干流14個(gè)監(jiān)測斷面的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項(xiàng)指標(biāo)為評價(jià)指標(biāo)，對該河段水質(zhì)狀況進(jìn)行考察。監(jiān)測頻次為1次/月，監(jiān)測項(xiàng)目分析方法依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)［7］。各監(jiān)測斷面名稱和位置見圖1。

圖1 漢丹江(陜西段)水體監(jiān)測斷面位置示意圖

2 研究方法

2.1 水質(zhì)評價(jià)方法

單因子評價(jià)法:用河流斷面各監(jiān)測項(xiàng)目的監(jiān)測結(jié)果對照該項(xiàng)目分類標(biāo)準(zhǔn)，確定水質(zhì)類別，即低于或等于某類標(biāo)準(zhǔn)限值時(shí)評價(jià)為達(dá)到某類標(biāo)準(zhǔn);在所有項(xiàng)目的水質(zhì)類別中選取水質(zhì)最差類別作為斷面水體的水質(zhì)類別。河流水質(zhì)評價(jià)采用斷面水質(zhì)類別比例法，即按照環(huán)保部《關(guān)于印發(fā)“地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)辦法(試行)”的通知》(環(huán)辦［2011］22號)中河流水質(zhì)類別比例與水質(zhì)定性評價(jià)分級的對應(yīng)關(guān)系描述河流水質(zhì)狀況。

平均綜合污染指數(shù)法［8］:對斷面或河流水體污染物產(chǎn)生的水質(zhì)影響進(jìn)行綜合評價(jià)，定量描述總體污染狀況。其計(jì)算公式為

式中:Ci為監(jiān)測值;Si為標(biāo)準(zhǔn)值，取《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值;n為評價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù);Pi為第i項(xiàng)指標(biāo)的污染分指數(shù);P為平均綜合污染指數(shù)。文中未檢出監(jiān)測項(xiàng)目以檢出限值參與計(jì)算。

2.2 變化趨勢研究方法

Spearman秩相關(guān)系數(shù)法。具體計(jì)算按照環(huán)保部“地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)辦法(試行)”進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 漢丹江(陜西段)水質(zhì)時(shí)間變化特征

2008—2012年漢丹江(陜西段)水體綜合污染狀況逐月變化趨勢見圖2。

圖2 漢丹江(陜西段)平均綜合污染狀況逐月變化

由圖2可見，漢江(陜西段)水質(zhì)綜合污染狀況時(shí)間序列曲線呈現(xiàn)不規(guī)則振動(dòng)波型變化，且振動(dòng)幅度逐年減小，年內(nèi)變化特征各異，沒有一致的規(guī)律性。丹江(陜西段)2008—2009年綜合污染指數(shù)較高，且2008年有上升趨勢，2009年趨于下降;2010—2012年綜合污染指數(shù)變化幅度不大，水質(zhì)狀況基本保持穩(wěn)定;結(jié)合丹江降水監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，丹江(陜西段)2008—2009年非汛期綜合污染指數(shù)高于汛期，這是由于丹江水量較小，污染較嚴(yán)重時(shí)降雨對污染物的稀釋作用較為顯著。

2008—2012年漢丹江(陜西段)水體綜合污染狀況年際變化見表1。

表1 漢丹江(陜西段)平均綜合污染狀況年際變化

由表1可見，漢江、丹江水質(zhì)綜合污染狀況均呈下降趨勢，其中漢江下降趨勢顯著。漢江、丹江2008年水質(zhì)綜合污染狀況相當(dāng)，2012年丹江水體平均綜合污染指數(shù)大于漢江，顯示漢江水質(zhì)整體優(yōu)于丹江。

3.2 漢丹江(陜西段)水質(zhì)空間分布特征

以2012年漢丹江流域(陜西段)水體綜合污染狀況為例分析漢丹江(陜西段)干流綜合污染狀況(圖3)。

圖3 2012年漢丹江(陜西段)干流綜合污染狀況沿程變化

由圖3可見，漢丹江(陜西段)各斷面水質(zhì)具有明顯的空間差異性和區(qū)域分布特征，漢江漢中段呈現(xiàn)明顯的拋物線型變化，漢江源頭代表斷面烈金壩平均綜合污染指數(shù)最低，沿程經(jīng)梁西渡、南柳渡斷面明顯增加，到漢中市城鎮(zhèn)集中區(qū)蒙家渡斷面達(dá)到最大值，隨后經(jīng)黃金峽至安康段石泉Ⅰ、安康Ⅰ斷面降至最低點(diǎn)，其后經(jīng)安康市城鎮(zhèn)集中區(qū)到白河Ⅱ陜西出境斷面又有所上升;從丹江沿程分布看，丹江上游斷面峽口平均綜合污染指數(shù)最低，其后平均綜合污染指數(shù)持續(xù)增加，在商洛市商州城區(qū)張村達(dá)到最大，最后至下游丹鳳下斷面略有降低。

以2012年Landsat TM影像為數(shù)據(jù)源，使用ArcGIS和ENVI軟件對陜西省漢丹江流域進(jìn)行土地利用分類，如圖4所示。

圖4 2012年漢丹江流域(陜西段)土地利用情況

由圖4可見，漢中污染嚴(yán)重的河段土地利用類型多為耕地和居民點(diǎn)及工礦地，黃金峽、石泉Ⅰ、安康Ⅰ斷面所處河段周邊多為林地和草地，污染來源明顯減少，河流自凈能力彰顯。漢丹江(陜西段)水質(zhì)空間分布總體呈現(xiàn)城區(qū)污染大于郊區(qū)，在各行政區(qū)段河流下游水質(zhì)污染均大于上游的特點(diǎn)。

根據(jù)單因子評價(jià)結(jié)果，2012年陜西省境內(nèi)漢江干流9個(gè)斷面中列金壩水質(zhì)狀況為Ⅰ類，南柳渡為Ⅲ類，其他7個(gè)斷面為Ⅱ類;丹江5個(gè)斷面中峽口和構(gòu)峪口水質(zhì)狀況為Ⅱ類，其余3個(gè)斷面為Ⅲ類，均符合相應(yīng)水質(zhì)功能區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)環(huán)保部“地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)辦法(試行)”中河流水質(zhì)類別比例與水質(zhì)定性評價(jià)分級的對應(yīng)關(guān)系，漢丹江(陜西段)水質(zhì)均為優(yōu)。根據(jù)2012年漢江、丹江各斷面21項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果可知，漢江、丹江水質(zhì)均為中性偏堿;五日生化需氧量、石油類、汞、鉛、砷、鎘、六價(jià)鉻、硒、銅、鋅、氟化物、揮發(fā)酚、氰化物、陰離子表面活性劑和硫化物在各斷面年均值及月測定值均為Ⅰ類，說明漢丹江水質(zhì)不受或受這些指標(biāo)所代表的污染物影響較小;溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷在部分?jǐn)嗝婺昃禐棰蝾惢颌箢悾瑐€(gè)別斷面的氨氮月測定值為Ⅵ類，存在偶然超標(biāo)現(xiàn)象，說明影響漢丹江水質(zhì)的主要因子為有機(jī)污染因子和營養(yǎng)鹽因子。

值得注意的是，漢江南柳渡斷面用單因子評價(jià)法評價(jià)結(jié)果為Ⅲ類(氨氮為Ⅲ類)，是漢江干流水質(zhì)類別最差斷面，而根據(jù)平均綜合污染指數(shù)法評價(jià)時(shí)，位于南柳渡下游的蒙家渡斷面水體綜合污染狀況最差，對比各水質(zhì)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，蒙家渡斷面氨氮為Ⅱ類，但其他指標(biāo)(如高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、總磷、揮發(fā)酚、氰化物、砷、汞等)年均值均較南柳渡斷面高。

3.3 漢丹江(陜西段)水污染源特征及水質(zhì)變化原因

據(jù)研究，河流污染一般來自工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水排放［9］、城市地表徑流［10］、水土流失［11］、農(nóng)田排水［12］及干濕沉降［13］等。根據(jù) 2012年陜西省環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，陜西省境內(nèi)漢丹江流域接納的污廢水主要為城鎮(zhèn)生活污水(79.03%)和工業(yè)廢水(20.77%);流域接納的化學(xué)需氧量有86.11%來自城鎮(zhèn)生活源(47.84%)和農(nóng)業(yè)源(38.27%)，氨氮有 84.46%來自城鎮(zhèn)生活源(46.89%)和農(nóng)業(yè)源(37.57%)，總磷有73.40%來自農(nóng)業(yè)源，這說明城鎮(zhèn)生活源和農(nóng)業(yè)面源是影響漢丹江(陜西段)水質(zhì)的主要污染源，是目前該流域水質(zhì)安全保障防控的重點(diǎn)。漢丹江流域(陜西段)工業(yè)污染源化學(xué)需氧量和氨氮排放量分別占流域總排放量的11.50%和13.97%，流域內(nèi)金屬礦采選和冶煉、氮肥制造、黃姜皂素加工、繅絲加工以及農(nóng)副食品加工行業(yè)的廢水排放量占流域工業(yè)總排放量的77.22%，化學(xué)需氧量和氨氮排放量分別占流域工業(yè)總排放量的78.14%和80.81%。由此可見，漢丹江流域(陜西段)工業(yè)污染物排放量占比相對較小且排放行業(yè)較為集中。

近年來，隨著陜西省《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持“十二五”規(guī)劃》及《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》的實(shí)施，漢丹江流域(陜西段)污染源得到控制:①流域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)加快，2008年僅有3家市級污水處理廠投運(yùn)，2012年則增至16家，污水處理能力由2008年的1.9×105m3/d增加至2012年的3.6×105m3/d，使得城鎮(zhèn)生活源污染物入河排放量減少;②流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境綜合整治力度不斷加大，生態(tài)濕地、綠化造林等水土保持項(xiàng)目有序開展，截至2011年底治理水土流失面積1.24萬平方千米，退耕還林逾千萬畝［14］;③流域內(nèi)關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)、遷了300多家不符合國家產(chǎn)業(yè)政策、污染嚴(yán)重的企業(yè)和礦產(chǎn)資源開發(fā)項(xiàng)目，全面實(shí)施污染物總量控制和排污許可證制度，同時(shí)完善建制鎮(zhèn)及工業(yè)園區(qū)、移民集中居住區(qū)環(huán)保設(shè)施，有效控制了流域內(nèi)點(diǎn)源污染物的排放量;④農(nóng)業(yè)畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；皬U物資源化利用的生態(tài)環(huán)保養(yǎng)殖模式、農(nóng)田有機(jī)肥代替化肥使用使得漢江、丹江入河農(nóng)業(yè)污染物減少。另外，近年來漢丹江流域(陜西段)用水量基本不變，但漢江、丹江的年徑流量總體呈增加趨勢(表2)，水量有所保障，這些因素共同促進(jìn)了漢丹江(陜西段)綜合污染水平的下降。

表2 漢丹江流域(陜西段)水資源利用情況年際變化108m3

4 結(jié)論

1)2008—2012年漢丹江(陜西段)水質(zhì)綜合污染狀況總體呈下降趨勢。漢江(陜西段)水質(zhì)綜合污染狀況逐年減輕，下降趨勢顯著，年內(nèi)變化無規(guī)律;丹江(陜西段)2008年水質(zhì)綜合污染狀況有上升趨勢，2009年趨于下降，2010年以后水質(zhì)狀況基本保持穩(wěn)定。

2)2012年漢丹江(陜西段)水質(zhì)綜合污染狀況空間差異和區(qū)域分布特征明顯，漢江漢中段污染大于安康段，漢丹江水質(zhì)空間分布總體呈現(xiàn)城區(qū)段污染大于郊區(qū)，各行政區(qū)段河流下游污染大于上游的特點(diǎn)。漢丹江(陜西段)流域斷面水質(zhì)以Ⅱ類、Ⅲ類為主，水質(zhì)總體為優(yōu)，影響漢江、丹江水質(zhì)的主要因子為有機(jī)污染因子和營養(yǎng)鹽污染因子。

3)漢丹江(陜西段)水污染源主要來自城鎮(zhèn)生活源和農(nóng)業(yè)面源，工業(yè)污染源占比不大，但行業(yè)特點(diǎn)明顯，主要集中在金屬礦采選和冶煉、氮肥制造、黃姜皂素加工、繅絲加工和農(nóng)副食品加工行業(yè)。

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