河北省“十二五”規(guī)劃考核斷面水質(zhì)狀況分析

韓雪，孫麗，周冰

（河北省環(huán)境監(jiān)測中心站，河北石家莊050037）

河北省“十二五”規(guī)劃考核斷面水質(zhì)狀況分析

韓雪，孫麗，周冰

（河北省環(huán)境監(jiān)測中心站，河北石家莊050037）

對照《重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃（2011—2015年）》中海河流域考核目標(biāo)，分析了河北省“十二五”期間考核斷面的水質(zhì)狀況，結(jié)果顯示39.3%的斷面水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)到考核目標(biāo)要求。對于8個(gè)常年不達(dá)標(biāo)的重污染斷面，采用2011—2015年的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用因子分析法分析了主要污染物及來源，結(jié)果顯示河流污染正在從有機(jī)污染為主向多因子共同影響的混合型污染過渡。針對“十二五”期間的水質(zhì)狀況，分析了污染成因，提出持續(xù)改善水環(huán)境質(zhì)量的對策與建議。

海河流域；“十二五”規(guī)劃；考核目標(biāo)；因子分析法

海河流域地處京畿要地，流域總面積32.06萬km2，人口密集，工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，水污染嚴(yán)重，是我國水污染治理重點(diǎn)流域之一。海河流域水資源的主要特點(diǎn)是水資源總量少，降雨時(shí)空分布不均，經(jīng)常出現(xiàn)連續(xù)枯水年，近年來水資源量更是逐漸衰減，流域水資源開發(fā)率106%［1］，資源性缺水與污染性缺水并存。河北省91%的國土面積位于海河流域境內(nèi)，占流域總面積的52%，河北省河流水質(zhì)的改善程度直接決定海河流域整體水質(zhì)的改善程度。在《重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃（2011—2015年）》［2］確定的81個(gè)海河流域考核斷面中，33個(gè)斷面直接考核河北省，其中30個(gè)斷面屬于河北省常規(guī)監(jiān)測斷面、3個(gè)斷面由外省監(jiān)測。這里重點(diǎn)對河北省監(jiān)測的30個(gè)斷面的水質(zhì)進(jìn)行分析與評價(jià)。

因子分析法作為一種多元統(tǒng)計(jì)分析方法，與指數(shù)評價(jià)法等評價(jià)方法相比，能夠在最大限度地保留原始數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，對高維變量進(jìn)行綜合和簡化，并且能夠客觀地確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，避免了主觀隨意性，因此較其他方法有一定的優(yōu)越性。張?bào)K等將因子分析法應(yīng)用于天津市主要河流的水質(zhì)評價(jià)中，評價(jià)結(jié)果表明天津地區(qū)河流水質(zhì)受有機(jī)污染物和氮營養(yǎng)鹽的影響明顯，這與工業(yè)廢水和生活污水排放密切相關(guān)［3］。張德同運(yùn)用因子分析法對白城市及周邊地區(qū)的地表水水質(zhì)進(jìn)行了客觀評價(jià)，分析結(jié)果清晰明確，為水資源管理與保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)［4］。

1　分析方法

1.1斷面水質(zhì)評價(jià)方法［5］

（1）考核因子。《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項(xiàng)指標(biāo)［6］。

（2）考核斷面。依據(jù)《重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃（2011—2015年）》確定，考核時(shí)段為2011—2015年，水質(zhì)狀況評價(jià)采用每月1次的人工監(jiān)測值。

（3）斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。按照單因子評價(jià)法，對考核斷面進(jìn)行評價(jià)，達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的監(jiān)測次數(shù)占年度監(jiān)測總次數(shù)的百分比。2012、2013、2014、2015年單個(gè)斷面達(dá)標(biāo)率依次分別不低于50%、60%、70%和80%，即視為該斷面達(dá)標(biāo)。季節(jié)性河流的斷面以該斷面實(shí)際有水的月份計(jì)算斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，無水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的月份不計(jì)入考核月份。

水質(zhì)達(dá)標(biāo)率計(jì)算公式為：

式中：G斷面為考核斷面的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率（%）；N達(dá)標(biāo)為考核斷面的達(dá)標(biāo)次數(shù)（次）；N監(jiān)測為考核斷面總監(jiān)測次數(shù)（次）。

1.2因子分析法

因子分析法是主成分分析法的推廣和深化［7］，它是把一些具有錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系的變量歸納為少數(shù)幾個(gè)綜合因子的一種多變量統(tǒng)計(jì)分析方法。而主成分分析法是將水質(zhì)污染特征因素作為待求因子，建立水質(zhì)污染特征因素與測點(diǎn)間的數(shù)學(xué)模型，再由該數(shù)學(xué)模型計(jì)算出各點(diǎn)位相對污染程度的一種統(tǒng)計(jì)分析方法［8］。與主成分分析法相比，由于可以使用旋轉(zhuǎn)技術(shù)幫助解釋因子，因子分析法在解釋方面更加有優(yōu)勢。

其主要過程是［7-9］：

設(shè)有p個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)有n個(gè)變量，由此構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣：

將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，再由n個(gè)變量兩兩之間的相關(guān)系數(shù)構(gòu)成一個(gè)n階方陣：

稱為相關(guān)系數(shù)矩陣，顯然它是對稱矩陣，再用雅可比法求出R陣的特征值和特征向量，特征值為λi（i=1，2，…，n），特征向量為ai（i=1，2，…，n），由線性代數(shù)可知R的特征矩陣為：

其對角元就是相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值，將全部特征值λi（i=1，2，3，…，n）按大小排列為λ1＞λ2＞λ3…＞0。一般取大于1的特征值個(gè)數(shù)來確定m值。然后，求m個(gè)公共因子的荷載矩陣A：

在實(shí)際分析時(shí)，為了對公共因子變量的含義有比較清楚的認(rèn)識(shí)，往往對荷載矩陣進(jìn)行極大化旋轉(zhuǎn)，使得每個(gè)公共因子上的最高荷載變量的數(shù)目最少［9］。計(jì)算各公共因子的得分，其計(jì)算公式為：

式中：aij是主軸ai的第j個(gè)分量。所以主成分Fi是原變量X1，X2，…，Xp的線性組合，組合系數(shù)恰好為aij，從這個(gè)角度又可以說Fi是一個(gè)新的綜合變量。

2　結(jié)果與討論

2.1斷面水質(zhì)評價(jià)

在實(shí)際監(jiān)測的28個(gè)考核斷面中（來家莊和小范橋2個(gè)斷面常年斷流不計(jì)入），60.7%的斷面水質(zhì)可以穩(wěn)定達(dá)到“十二五”規(guī)劃的目標(biāo)要求，21.4%的斷面只有部分年份達(dá)到目標(biāo)要求，17.9%的斷面無一年份達(dá)到目標(biāo)要求。

（1）21.4%的斷面水質(zhì)部分年份達(dá)標(biāo)，存在污染隱患。這些斷面的水質(zhì)時(shí)好時(shí)壞，有的是受上游影響，有的是存在污染隱患，需要加強(qiáng)對工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)面源的管理，保證水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。引水干渠等河流干枯時(shí)期不定，也應(yīng)加強(qiáng)日常監(jiān)管，防止污水排入河道，保證水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（2）17.9%的斷面水質(zhì)常年不達(dá)標(biāo)，需要重點(diǎn)治理。這些斷面的水質(zhì)常年處于不達(dá)標(biāo)狀態(tài)，主要分布在河北省中南部和東部，有的是受上游影響，有的是無自然徑流，有的已經(jīng)成為城市納污河，需要重點(diǎn)治理，加大監(jiān)管力度。

2.2重污染斷面主要污染因子分析

對不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的8個(gè)Ⅴ—劣Ⅴ類斷面，選取氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、化學(xué)需氧量、總磷、陰離子表面活性劑、揮發(fā)酚、氟化物、石油類9個(gè)主要污染指標(biāo)，采用2011—2015年的月監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過河北省地表水水環(huán)境空間分析系統(tǒng)及統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS20［10］運(yùn)用因子分析法對其主要污染物進(jìn)行分析歸類。分析結(jié)果，見表1。

表1　2011—2015年度因子分析法結(jié)果

由表1可以看出，2011—2015年每年的主要污染因子都在發(fā)生變化，2011—2012年以有機(jī)污染為主，包括生化需氧量、化學(xué)需氧量等，公共因子分成3類；2013—2014年則呈現(xiàn)出多因子污染狀態(tài)，公共因子分成4類。由于生態(tài)補(bǔ)償監(jiān)測、總量減排等措施的實(shí)行，河流治理以化學(xué)需氧量的去除和削減為主，有機(jī)污染逐步減輕，其他污染因子逐漸顯現(xiàn)出來。

根據(jù)上述因子分析結(jié)果，結(jié)合環(huán)境統(tǒng)計(jì)和重點(diǎn)污染源統(tǒng)計(jì)中對行業(yè)污染物的分類，將污染因子與相關(guān)行業(yè)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，結(jié)果見表2。

表2　污染因子與相關(guān)行業(yè)

3　結(jié)論與建議

3.1污染原因分析

根據(jù)以上分析結(jié)果，結(jié)合河北省河流污染現(xiàn)狀，總結(jié)出河北省海河流域“十二五”規(guī)劃考核斷面不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的原因如下：

（1）河北省“十二五”規(guī)劃考核斷面中的Ⅴ類—劣Ⅴ類斷面污染因子復(fù)雜，尤其是位于下游的河段因受上游來水水質(zhì)的影響，污染嚴(yán)重，治理難度大。

（2）河北省水資源量少，除灤河有自然徑流外，其余河流多為人工調(diào)控河流，多數(shù)河流枯水期基本上無水或斷流，平水期徑流量小或形不成徑流，有些河道基本干涸［11］。

（3）由于河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，污染物排放量大，河流自凈能力極弱，環(huán)境容量幾乎為零，多數(shù)河流成為城市污水和工業(yè)廢水的納污河，河流幾乎失去生態(tài)功能，河流污染嚴(yán)重。

（4）河流人工調(diào)控功能強(qiáng)，生態(tài)功能脆弱。河北省海河流域內(nèi)，在各河流上建造的登記注冊的各類水庫就有上千座，控制著各河流來水的95%［11］；河流修建堤壩、行洪道100余條，將自然的河流人工切分成若干段，由自然的生態(tài)河流演變?yōu)榉侄慰刂频娜斯ふ{(diào)控河流。筑壩的河流，就像自來水管中的水流，受閘壩的控制改變自然的季節(jié)流量模式，河流因筑壩而經(jīng)歷化學(xué)、物理和生物變化，會(huì)極大地改變原有的水質(zhì)狀況，加劇河流的水質(zhì)污染。

（5）河道復(fù)雜，治理難度大。由于河道斷流形成多處首尾不相接的溝、坑，河道不暢，成為接納污水的容器；河道內(nèi)壩閘眾多，水流方向經(jīng)常變動(dòng)，造成管理難度大，治理效果與百姓直觀的反應(yīng)不一致。

（6）政府職能部門之間缺乏有效的溝通和協(xié)調(diào)，上下游城市缺少統(tǒng)一聯(lián)動(dòng)，部門利益、局部利益為重，影響了海河流域水質(zhì)的改善效果。

3.2“十三五”期間改善河流水質(zhì)的對策與建議

2015年4月，國務(wù)院印發(fā)了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》［12］。同年12月，河北省委省政府印發(fā)了《河北省水污染防治工作方案》，將考核斷面增加至118個(gè)，力爭到2030年末全省主要河流水質(zhì)優(yōu)良（達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類）的比例總體達(dá)到55%以上，喪失使用功能（劣于Ⅴ類）的水體斷面比例基本消除。要達(dá)到這些目標(biāo)，亟需盡快采取有效措施，大力改善海河流域水質(zhì)。根據(jù)流域特點(diǎn)，提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）盡快完善地表水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，全面反映海河流域水環(huán)境質(zhì)量狀況，為水質(zhì)改善及時(shí)提供科學(xué)、客觀、全面的技術(shù)依據(jù)。

（2）盡快建成地表水自動(dòng)監(jiān)測預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)，提高應(yīng)急反應(yīng)能力，有效遏制偷排偷放現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）加強(qiáng)能力建設(shè)，提升環(huán)境監(jiān)管能力［13］。完善監(jiān)測與監(jiān)管協(xié)調(diào)機(jī)制，充分利用監(jiān)測數(shù)據(jù)作為技術(shù)支撐，對排污單位采取針對性措施，確保目標(biāo)完成。

（4）加強(qiáng)部門合作，構(gòu)建符合自然規(guī)律的水生態(tài)系統(tǒng)。重新審視境內(nèi)水庫、堤壩和河渠，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，按照河流的自然形態(tài)，在保證防洪抗旱的基礎(chǔ)上，進(jìn)行河道的規(guī)整、修復(fù)，拆除已失去功能的壩、渠等，采取有效措施減輕大壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，恢復(fù)海河流域的生態(tài)功能［14］。

（5）強(qiáng)化污水處理廠的升級改造和管理。一要加快污水管網(wǎng)的建設(shè)速度，提高污水收集率；二要加速污水處理廠的升級改造，提高脫磷、脫氮效率，保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放［15］；三要精細(xì)化管理，保證污水處理效果。

（6）加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，嚴(yán)格產(chǎn)業(yè)環(huán)境準(zhǔn)入，加大落后產(chǎn)能淘汰力度，逐步減少工業(yè)污染源的排放，減輕河流的負(fù)擔(dān)。

（7）在農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)中，注重規(guī)劃，加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和配套工程的建設(shè)，切實(shí)做好農(nóng)業(yè)面源污染防治工作，積極推廣畜禽養(yǎng)殖場污染防治技術(shù)，降低農(nóng)業(yè)對生態(tài)環(huán)境的影響［16］。

（8）以海河流域?yàn)檎w，充分考慮上下游關(guān)系，保證水環(huán)境功能劃分合理、科學(xué)，水質(zhì)目標(biāo)嚴(yán)格、可達(dá)。建立會(huì)商機(jī)制，采取聯(lián)防聯(lián)控措施，防止類似山西省苯胺泄漏污染事件的再發(fā)生，保證海河流域規(guī)劃的落實(shí)，有效改善海河流域水質(zhì)。

［1］周濤，楊朝翰，史福全.南水北調(diào)東線通水后海河流域水資源配置分析［J］.海河水利，2010（3）：59-60.

［2］環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于印發(fā)《重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃（2011-2015年）》的通知（環(huán)發(fā)〔2012〕58號(hào)）［EB/OL］. http：//www.mep.gov.cn/gkm l/hbb/bwj/201206/t20120601_ 230802.htm，2012－10－08/2016－03－12.

［3］張?bào)K，高翔，周晶.因子分析法在天津市主要河流水質(zhì)污染程度綜合評價(jià)中的應(yīng)用［J］.安全與環(huán)境工程，2013，20（1）：65-68.［4］張德同.因子分析法在白城市水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用［J］.東北水利水電，2014（12）：39-40.

［5］環(huán)境保護(hù)部.關(guān)于印發(fā)《重點(diǎn)流域水污染防治專項(xiàng)規(guī)劃實(shí)施情況考核指標(biāo)解釋》的函（環(huán)辦函〔2012〕1202號(hào)）［EB/ OL］.http：//www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201210/t2012102 9_240621.htm，2012－10－08/2016－03－12.

［6］環(huán)境保護(hù)部辦公廳.地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)辦法（試行）［Z］.北京：環(huán)境保護(hù)部辦公廳，2011.

［7］伊燕平，盧文喜，辛欣，等.因子分析法在金泉工業(yè)園區(qū)地下水水質(zhì)評價(jià)中的應(yīng)用［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2012，28（1）：10-12.［8］倪云龍.水環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)位優(yōu)化數(shù)學(xué)模型探討［J］.江蘇環(huán)境科技，2007，20（2）：58-60.

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［11］姬振海.“十一五”河北環(huán)境質(zhì)量變化趨勢研究［M］.石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

［12］國務(wù)院.水污染防治行動(dòng)計(jì)劃［M］.北京：人民出版社，2015.

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1004-7328（2016）05-0014-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.05.005

2016—05—12

韓雪（1981—），女，工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測工作。