1985——2010年珠江廣州城區(qū)段水環(huán)境質(zhì)量演化研究

陳昆侖，張祚，謝啟姣，王帷師

（1.湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062；2.湖北大學(xué)商學(xué)院，湖北 武漢 430062）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市水環(huán)境污染、水資源短缺等問(wèn)題愈加凸顯.水環(huán)境質(zhì)量的定量化客觀評(píng)價(jià)是水資源可持續(xù)利用的前提，也是城市水環(huán)境管理與決策的重要依據(jù).自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始全國(guó)范圍內(nèi)的河流水質(zhì)評(píng)價(jià)工作，綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)合理性一直是探討的熱點(diǎn)，而評(píng)價(jià)結(jié)果的客觀與否同評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性有很大關(guān)系.目前，關(guān)于水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的研究較多.從研究手段來(lái)看，普遍注重多介質(zhì)、多參數(shù)的水質(zhì)數(shù)據(jù)分析［1-2]，并采用GIS技術(shù)手段研究水質(zhì)變化［3].從具體評(píng)價(jià)方法來(lái)看，主要有單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法、灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)法、模糊層次分析法［4-6]及其他多元統(tǒng)計(jì)分析法［7]等.單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法是目前最為常用且計(jì)算便捷的評(píng)價(jià)方法，其評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)客觀準(zhǔn)確；模糊理論法能很好地反映水環(huán)境質(zhì)量級(jí)別的模糊性與連續(xù)性，層次分析法能夠?qū)⒃u(píng)價(jià)者對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的定性分析進(jìn)行定量化處理［8]，兩者的結(jié)合很好地解決了隸屬度與權(quán)重的問(wèn)題，并且在此基礎(chǔ)上發(fā)展了基于中間限值的改進(jìn)型模糊層次法和模糊標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)法［9].顯而易見(jiàn)，不同的評(píng)價(jià)方法有其自身存在的優(yōu)缺點(diǎn)，也會(huì)帶來(lái)不盡相同的評(píng)價(jià)結(jié)果，在結(jié)合具體水質(zhì)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)時(shí)，綜合考量和比較多種評(píng)價(jià)方法的結(jié)果對(duì)全面認(rèn)識(shí)和把握水質(zhì)的狀況和演化特征具有重要意義.此外，探究水質(zhì)變化背后的原因，關(guān)注經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響［10-12]，將為科學(xué)制定城市水環(huán)境整治規(guī)劃，采取有效防范措施提供有意義的參考.

地處珠江三角洲的廣州，水網(wǎng)密布、河道縱橫，河流是城市內(nèi)部最重要的自然元素.同時(shí)，它還最早經(jīng)歷了改革開(kāi)放以來(lái)的快速工業(yè)化和城市化過(guò)程，產(chǎn)業(yè)的集聚和人口的增長(zhǎng)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的環(huán)境影響.珠江廣州河段作為城市最重要的水體，深受工業(yè)廢水和生活污水排放的污染，城市河道污染又反過(guò)來(lái)深深影響著城市形象和居民健康，因此30多年來(lái)一直都是城市環(huán)境整治的重要對(duì)象.珠江廣州河段的水環(huán)境監(jiān)測(cè)、污染分析和工程治理技術(shù)也一直都是相關(guān)研究的重點(diǎn)，比如廣州城市水體的重金屬污染［13]、河流污染特征［14-15]、河流底棲生物［16]、水污染修復(fù)技術(shù)［17]、污染管理和環(huán)境整治［18]等方面.已有珠江廣州段的水環(huán)境質(zhì)量研究多集中在單一要素或較小時(shí)空范圍，較長(zhǎng)時(shí)間序列的整體討論較少.因此，本文中擬在整理環(huán)境質(zhì)量公告和統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，討論19852010年珠江廣州城區(qū)河段的水環(huán)境質(zhì)量變化情況，以期對(duì)水質(zhì)變化形成時(shí)間上和空間上的整體認(rèn)識(shí)，為未來(lái)廣州城市水環(huán)境保護(hù)和治理提供借鑒.

1 研究區(qū)概況

1.1 廣州社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀廣州是海上絲綢之路的起點(diǎn)之一，中國(guó)的“南大門(mén)”，是廣佛都市圈、粵港澳都市圈、珠三角都市圈的核心城市.改革開(kāi)放以來(lái)，廣州的社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)取得了顯著成績(jī)，GDP以年均13.9%的速度持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易快速壯大［11].2013年，廣州市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值15 420.14億元，按可比價(jià)格計(jì)算，比上年增長(zhǎng)11.6%.其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值228.87億元，增長(zhǎng)2.7%；第二產(chǎn)業(yè)增加值5227.38億元，增長(zhǎng)9.2%；第三產(chǎn)業(yè)增加值9963.89億元，增長(zhǎng)13.3%.第一、二、三次產(chǎn)業(yè)增加值的比例為1.48∶33.90∶64.62.三次產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率分別為0.4%、29.0%和70.6%.已發(fā)展成為工業(yè)基礎(chǔ)較雄厚，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)綜合協(xié)調(diào)發(fā)展的特大中心城市.

1.2 廣州水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置本研究中選取珠江河道廣州城區(qū)段為研究對(duì)象.珠江廣州河段包括西航道、前航道、后航道和黃埔水道，河段總長(zhǎng)82.55 km，是廣州市的主要水體，其中西航道、前航道、后航道是廣州市的重要水源地［19].研究涉及8個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，包括鴉崗、硬頸海、平洲、黃沙、廣紙、獵德、長(zhǎng)洲、墩頭基，具體位置如圖1.

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1）監(jiān)測(cè)報(bào)告.包括廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站編寫(xiě)的《廣州市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(shū)（19851990）》、廣州市環(huán)境保護(hù)局發(fā)布的19912010年廣州各年份環(huán)境質(zhì)量公報(bào)等.

3）相關(guān)文獻(xiàn)和專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)網(wǎng)站數(shù)據(jù).如廣東省環(huán)境保護(hù)廳、廣州市環(huán)境保護(hù)局，廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站網(wǎng)站上的相關(guān)數(shù)據(jù)等.

圖1 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置圖

表1 污染因子等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 研究方法目前，關(guān)于水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究方法較多，選擇合理的評(píng)價(jià)方法可以為準(zhǔn)確判斷水質(zhì)的演化狀況提供基礎(chǔ).本文中選取的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法主要為單因子指數(shù)法和水質(zhì)污染綜合指數(shù)法.

2.2.1 單因子指數(shù)法 單因子評(píng)價(jià)法（最差因子判別法）首先要確定該水體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將各參數(shù)濃度與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相比，根據(jù)比值是否大于1來(lái)評(píng)價(jià)該水體是否達(dá)到了相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并判定評(píng)價(jià)指標(biāo)的水質(zhì)類(lèi)別，以最差的水質(zhì)類(lèi)別作為水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果.該方法操作簡(jiǎn)單便捷，但反映的水質(zhì)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，水質(zhì)信息未充分利用，往往會(huì)夸大最差指標(biāo)的影響，結(jié)果可能存在誤差.

2.2.2 水質(zhì)污染綜合指數(shù)法 綜合指數(shù)法是各指標(biāo)對(duì)水體綜合污染程度的一種數(shù)量指標(biāo).一般情況下是假設(shè)各參與評(píng)價(jià)因子的貢獻(xiàn)基本相同，采用各評(píng)價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)加和的算術(shù)平均值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中，Ci為第i項(xiàng)污染物的濃度值，C0為第i項(xiàng)污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Pi為第i項(xiàng)污染物的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，具體分級(jí)結(jié)果見(jiàn)表2.該方法是單因子指數(shù)的改進(jìn)型，綜合考慮了多個(gè)指標(biāo)的貢獻(xiàn)，相對(duì)更加客觀.本文中綜合兩種方法進(jìn)行比較分析.

表2 水質(zhì)污染綜合指數(shù)Pi分級(jí)（據(jù)參考文獻(xiàn)［9]整理）

3 結(jié)果與討論

3.1 水質(zhì)年際總體變化分析

表3 19851990年珠江廣州城區(qū)段水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果超標(biāo)率對(duì)比 %

表3 19851990年珠江廣州城區(qū)段水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果超標(biāo)率對(duì)比 %

1990年平均值30.1 27.9 20.4 26.2年份1986images/BZ_136_1754_1162_1794_1202.png按水期統(tǒng)計(jì)枯水期平水期豐水期全年合計(jì)1985 22.9 18.7 19.8 20.4 1986 31.8 28.9 19.9 26.9 1987 36.2 27.0 23.1 28.7 1988 29.1 23.9 23.5 25.5 1989 23.4 30.9 17.7 24.0 1990 30.1 28.9 18.0 25.7

從8個(gè)監(jiān)測(cè)斷面比較來(lái)看，廣紙斷面超標(biāo)率最高（32.6%），其次是獵德（32.1%）、黃沙（30.6%）、墩頭基（27.8%）和硬頸海（26.6%），超標(biāo)最小的是位于上游位置的鴉崗斷面（15.7%）.這一時(shí)期各監(jiān)測(cè)斷面超標(biāo)率在空間上大體呈現(xiàn)由中心城區(qū)向外圍減緩的趨勢(shì)，且上游超標(biāo)率要遠(yuǎn)小于下游及中心城區(qū)（表4）.

表4 19851990年珠江廣州城區(qū)段監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果超標(biāo)率對(duì)比 %

表4 19851990年珠江廣州城區(qū)段監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果超標(biāo)率對(duì)比 %

墩頭基21.6 24.8 34.5 32.3 23.3 24.0 27.8斷面1985 1986 1987 1988 1989 1990 1985長(zhǎng)洲----1990年平均值images/BZ_136_490_2166_530_2206.png鴉崗11.1 18.3 17.4 15.0 13.8 14.0 15.7平洲17.9 20.2 23.2 17.4 10.7 9.2 16.1硬頸海14.4 32.9 27.0 26.7 21.6 24.7 26.6黃沙24.1 33.7 30.8 27.0 29.3 32.0 30.6廣紙27.0 33.3 33.5 28.3 33.5 34.2 32.6獵德28.9 31.5 37.1 31.0 30.8 29.9 32.1 21.3 22.9 22.1

受限于部分年份的資料缺失，水質(zhì)數(shù)據(jù)缺乏連續(xù)性，這里重點(diǎn)對(duì)幾個(gè)時(shí)間斷面進(jìn)行詳細(xì)分析.

1995年珠江廣州河段以有機(jī)污染為主，枯水期水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭，石油類(lèi)、氨氮、總汞和生化需氧量、溶解氧等指數(shù)均超標(biāo).全河段溶解氧、氨氮、石油類(lèi)年均濃度分別為2.80mg/L、1.92mg/L和0.11mg/L，超標(biāo)率分別高達(dá)93.05%、93.51%和89.35%.1996年各類(lèi)有機(jī)污染和石油類(lèi)污染指標(biāo)仍嚴(yán)重超標(biāo)，其中石油類(lèi)、溶解氧超標(biāo)率分別為97.9%和86.1%.

2000年珠江廣州河段石油類(lèi)和有機(jī)污染依然嚴(yán)重，有機(jī)污染指標(biāo)繼續(xù)保持在較高水平，特別是西航道和前航道溶解氧指標(biāo)劣于Ⅴ類(lèi)地面水標(biāo)準(zhǔn).全年溶解氧僅為Ⅲ類(lèi)地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的48%，石油類(lèi)超標(biāo)1.4倍，總磷超標(biāo)0.9倍，溶解氧、石油類(lèi)、總磷超標(biāo)率在80%以上.

2001年珠江廣州城區(qū)段氨氮年均值為1.83mg/L，溶解氧年均值為3.6mg/L，高錳酸鹽指數(shù)年均值為4.48mg/L，生化需氧量年均值為3.28mg/L，亞硝酸鹽氮年均值為0.156mg/L，石油類(lèi)年均值為0.023mg/L，總磷年均值為0.19mg/L，7項(xiàng)水質(zhì)主要指標(biāo)與往年項(xiàng)目比均有改善，全河段屬中度污染級(jí).

表5 19912001年珠江廣州城區(qū)段水質(zhì)監(jiān)測(cè)部分指標(biāo)情況 mg/L

表5 19912001年珠江廣州城區(qū)段水質(zhì)監(jiān)測(cè)部分指標(biāo)情況 mg/L

2001 3.60 1.83 4.48 3.28 0.02評(píng)價(jià)因子DO NH4+-N高錳酸鹽指數(shù)BOD5石油類(lèi)1991 3.60 1.44 5.05 2.72 0.12 1995 2.80 1.92--0.11 1996 2.70 2.48 4.86 3.50 0.15 1997 2.70 2.24 4.41 2.78 0.16 1998 2.40 2.15 4.32 2.92 0.12 1999 2.40 2.19 4.78 3.62 0.12 2000 2.80 2.60 4.67 3.83 0.12

表6 20022010年珠江廣州河段水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比表

表6 20022010年珠江廣州河段水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比表

年份2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010評(píng)價(jià)因子(mg/L)DO 4.20 3.80 3.70 4.10 4.42 4.52 4.46 4.47 4.56 NH4+-N 1.89 2.80 3.25 2.30 1.45 1.42 1.44 1.39 1.41 BOD5 3.26 6.03 7.50 4.88 3.70 3.75 3.73 3.39 3.34 COD 19.44 18.30 20.40 20.70 15.80 14.25 14.50 13.90 13.60高錳酸鹽4.46 4.58 4.25 4.15 4.00 3.70 3.80 3.70 3.50石油類(lèi)0.030 0.052 0.050 0.050 0.062 0.082 0.096 0.104 0.104 TP 0.190 0.200 0.170 0.150 0.151 0.159 0.177 0.133 0.145評(píng)價(jià)結(jié)果單因子指數(shù)法Ⅴ劣Ⅴ劣Ⅴ劣ⅤⅣⅣⅣⅣⅣ綜合指數(shù)法0.97(中度)1.25(重度)1.35(重度)1.12(重度)0.96(中度)1.00(中度)1.06(重度)1.02(重度)1.03(重度)

從表中可知：①對(duì)水質(zhì)的年平均值進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，單因子指數(shù)由大到小順序?yàn)椋篘H4+-N＞石油類(lèi)＞DO＞BOD5＞TP＞COD＞高錳酸鹽指數(shù)；②廣州水質(zhì)呈現(xiàn)Ⅴ→劣Ⅴ→Ⅳ的波動(dòng)變化趨勢(shì)，2006年以后總體水質(zhì)滿足Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的要求.根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB38382002）》，Ⅳ類(lèi)水環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)，主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂(lè)用水區(qū)，這說(shuō)明2006年后，廣州的水質(zhì)總體上達(dá)到了Ⅳ類(lèi)水環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)的要求，水質(zhì)有一定程度改善.模糊層次分析法得到的評(píng)價(jià)結(jié)果與單因子指數(shù)法的結(jié)果表述一致，僅能獲得水質(zhì)的類(lèi)別，水環(huán)境質(zhì)量總體上有由劣Ⅴ類(lèi)向Ⅳ類(lèi)水體變好的趨勢(shì)，其中2006年達(dá)到了最好的Ⅲ類(lèi)水質(zhì).③綜合指數(shù)法是相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算的結(jié)果，能綜合反映河流水污染狀態(tài)（6年重度污染，3年中度污染），可以比較各河流污染程度，但不能具體說(shuō)明水質(zhì)類(lèi)別.它進(jìn)一步說(shuō)明了廣州水質(zhì)在2006年后總體好轉(zhuǎn)趨勢(shì)背景下，2008年后有局部變差的波動(dòng).

3.2 水質(zhì)變化的影響因素分析水質(zhì)變化的誘發(fā)因素是多方面的，但在快速城市化背景下，社會(huì)經(jīng)濟(jì)層面的人文因素一定程度上屬于影響城市河流水質(zhì)演化的主要因素，尤其是經(jīng)濟(jì)發(fā)展、污水排放、人口規(guī)模、環(huán)保政策等方面.為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，本部分選擇19962010年的水質(zhì)數(shù)據(jù)（水質(zhì)污染綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果）和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)分析.

從水質(zhì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平比較可以看出（圖1），廣州的水環(huán)境質(zhì)量跟經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明19962010年來(lái)隨著廣州社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，水質(zhì)污染指數(shù)有降低趨勢(shì)，水環(huán)境質(zhì)量取得一定有效的改善.

從水質(zhì)與污水排放比較可以看出（圖2），生活污水是廣州水質(zhì)變化的主要污染來(lái)源.隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的全面提高，餐飲、住宿等服務(wù)行業(yè)迅猛發(fā)展，居民的生活污水排放量也逐漸增大，這給城市水環(huán)境帶來(lái)極大壓力，氨氮連年超標(biāo)就是有力佐證.氨氮是影響綜合水質(zhì)的主要指標(biāo)，氨氮的主要來(lái)源是人和動(dòng)物的排泄物，以及生活污水中含氮有機(jī)物受微生物作用的分解產(chǎn)物、農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中及氮肥的使用、工業(yè)廢水中的焦化廢水和合成氮化肥廠等的廢水.因此，控制生活污水排放和加強(qiáng)生活污水處理是廣州未來(lái)水質(zhì)改善的重要環(huán)節(jié).同時(shí)，應(yīng)該看到石油化工一直是廣州經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)（石油類(lèi)指標(biāo)超標(biāo)的主要原因），石油化工業(yè)廢水的排放給珠江水質(zhì)帶來(lái)較惡劣的影響.因此，未來(lái)廣州市應(yīng)加大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的力度，加強(qiáng)對(duì)石油化工企業(yè)的污染治理，走上科技含量高、經(jīng)濟(jì)效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少的新型工業(yè)化道路.

圖1 廣州水質(zhì)污染指數(shù)與經(jīng)濟(jì)水平關(guān)系

圖2 廣州水質(zhì)污染指數(shù)與污水排放量關(guān)系

此外，當(dāng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平后，隨著政府財(cái)政收入的增長(zhǎng)和管理能力的提高，對(duì)環(huán)境污染給予更多的重視，一系列國(guó)家和地方環(huán)境法規(guī)的出臺(tái)與執(zhí)行，城市水環(huán)境污染的程度會(huì)逐漸降低.比如2014年，廣州市政府出臺(tái)《廣州市流溪河流域保護(hù)條例》，劃定了四類(lèi)岸線功能區(qū)，保護(hù)區(qū)內(nèi)禁止開(kāi)發(fā)利用，這對(duì)全面加強(qiáng)廣州水環(huán)境保護(hù)和水資源管理具有重要意義.

綜合來(lái)看，近年來(lái)廣州城市生活污水排放量逐年劇增，而污水處理設(shè)施建設(shè)卻未能滿足要求，大量生活污水直接排入珠江，其排放量、污染程度超過(guò)工業(yè)污水.同時(shí)，流溪河兩岸的禽畜場(chǎng)給水環(huán)境也帶來(lái)了大量的有機(jī)污染物.解決生活污水的治理可以通過(guò)增建污水處理廠，提升污水處理能力來(lái)解決；而在處理工業(yè)污水方面就需要環(huán)保部門(mén)加強(qiáng)對(duì)工業(yè)企業(yè)的監(jiān)管，并及時(shí)查處造成污染的廠家，如能將生活污水和工業(yè)污水都控制好，廣州的水質(zhì)就能有效、持續(xù)地改善.

4 結(jié)論

3）從污染源看，工業(yè)源污染的影響不斷得到控制，生活源污染是廣州水質(zhì)變化的主要因素.氨氮的超標(biāo)主要源自生活污水的排放，這跟區(qū)域內(nèi)的人口增加、居民生活方式（住宿餐飲）及畜禽水產(chǎn)養(yǎng)殖等氨氮排放有關(guān)，未來(lái)廣州需重點(diǎn)加強(qiáng)生活污水治理.

致謝：感謝編輯和審稿人的寶貴意見(jiàn)以及中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）丁鐳博士的幫助.

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