2001—2015年松花江流域水污染變化特征研究

林蘭鈺，史 宇，羅海江，張殷俊，于 洋，陳遠(yuǎn)航

中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

2001—2015年松花江流域水污染變化特征研究

林蘭鈺，史 宇，羅海江，張殷俊，于 洋，陳遠(yuǎn)航

中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

利用2001—2015年松花江流域國(guó)家監(jiān)測(cè)網(wǎng)30個(gè)可比斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從流域和斷面水質(zhì)變化、各項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)情況和濃度變化、污染負(fù)荷等方面分析了松花江流域水質(zhì)變化情況。結(jié)果表明，松花江流域水質(zhì)總體呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，特別是2007年以來有比較明顯的改善。該流域長(zhǎng)期以來主要污染指標(biāo)為高錳酸鹽指數(shù)、石油類、五日生化需氧量和氨氮。高錳酸鹽指數(shù)、石油類和五日生化需氧量污染均有明顯改善，但氨氮污染改善不明顯。在繼續(xù)加強(qiáng)COD排放總量控制的基礎(chǔ)上，有效削減氨氮排放是促進(jìn)松花江水質(zhì)改善的重點(diǎn)。

松花江；水質(zhì)；污染指標(biāo)；污染負(fù)荷比

河流作為一個(gè)開放的水環(huán)境系統(tǒng)，其水質(zhì)狀況由于受到多種因素的影響而成為一個(gè)復(fù)雜的多因子體系[1]。松花江是中國(guó)七大水系之一，位于東北地區(qū)，流域面積約58.4萬(wàn)km2。該流域內(nèi)有重要的工業(yè)和商品糧基地，其工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略上處于重要地位。隨著城市擴(kuò)張和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，其水環(huán)境污染問題也越來越突出[2-3]?？茖W(xué)評(píng)價(jià)和判斷松花江流域水質(zhì)變化趨勢(shì)和污染特征對(duì)于松花江流域水質(zhì)改善具有重要意義。

2001—2015年，國(guó)家地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行了2次調(diào)整，松花江流域地表水國(guó)控?cái)嗝鏀?shù)量發(fā)生了很大改變。流域水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)也進(jìn)行了調(diào)整，由原來的9項(xiàng)指標(biāo)變?yōu)?1項(xiàng)，這些變化增加了松花江流域水質(zhì)變化趨勢(shì)分析的難度。國(guó)內(nèi)外對(duì)松花江流域進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列、全流域尺度的研究還非常少，相關(guān)研究多為采用不同分析法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)[4-6]，短時(shí)間的水質(zhì)分析[7]，某個(gè)河段/區(qū)域、某項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)評(píng)價(jià)[8-11]等，許多研究中未剔除斷面調(diào)整和評(píng)價(jià)方法改變帶來的影響。本文以2001—2015年松花江流域30個(gè)可比國(guó)控?cái)嗝?項(xiàng)指標(biāo)監(jiān)測(cè)結(jié)果為樣本，剔除斷面調(diào)整和評(píng)價(jià)指標(biāo)調(diào)整帶來的影響，分析全流域水質(zhì)變化趨勢(shì)、斷面水質(zhì)變化情況、各項(xiàng)指標(biāo)污染水平變化和污染負(fù)荷情況，總結(jié)松花江流域15年間地表水水質(zhì)變化特征，提出目前存在的主要環(huán)境問題和對(duì)策建議，以期為判斷松花江流域污染治理成效和制定未來的污染治理措施等提供可借鑒的依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源和評(píng)價(jià)方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究時(shí)段為2001—2015年，應(yīng)用的水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為具有完整連續(xù)數(shù)據(jù)的pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、石油類、揮發(fā)酚、汞、鉛共9項(xiàng)，按照、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)和《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》的要求進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)。由于國(guó)家地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)在2012年進(jìn)行了調(diào)整，松花江流域由原有的42個(gè)國(guó)控河流監(jiān)測(cè)斷面調(diào)整為88個(gè)，為保證數(shù)據(jù)可比性，篩選30個(gè)2001—2015年期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完整的可比斷面作為評(píng)價(jià)樣本。數(shù)據(jù)來源于全國(guó)環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書[12]、中國(guó)環(huán)境質(zhì)量報(bào)告[13-14]、中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)[15]、中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)[16]。

1.2 污染負(fù)荷比

綜合污染指數(shù)能夠?qū)⒏黜?xiàng)污染指標(biāo)的濃度值無量綱化并加和，實(shí)現(xiàn)不同空間、不同時(shí)間的河流水質(zhì)進(jìn)行比較。污染負(fù)荷比可比較不同污染物對(duì)水質(zhì)影響程度差異。研究按照公式(1)計(jì)算綜合污染指數(shù)和各項(xiàng)污染指標(biāo)的污染負(fù)荷比。

P總m=∑Pim=∑Cim/C0i(溶解氧采用公式Pim=C0i/Cim)；Rim=Pim/P總m×100%

(1)

式中，P總m為m年的綜合污染指數(shù)，Pim為i項(xiàng)指標(biāo)m年的污染分指數(shù)，Cim為i項(xiàng)指標(biāo)m年的30個(gè)可比斷面平均濃度，C0i為i項(xiàng)指標(biāo)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)濃度值，Rim為i項(xiàng)指標(biāo)m年的單項(xiàng)污染負(fù)荷比，m為年份。

2 松花江流域水質(zhì)變化特征

2.1 水質(zhì)變化分析

2001—2015年，松花江流域30個(gè)可比斷面水質(zhì)類別比例情況，如圖1所示。Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例范圍為16.7%～66.7%。2001—2007年，Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例小幅上升后回落，2007年之后基本呈逐年上升趨勢(shì)，2015年比2001年增加50.0個(gè)百分點(diǎn)。劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例范圍為10.0%～26.7%。劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例在20.0%～26.7%范圍波動(dòng)變化，2008—2012年間在10.0%～16.7%范圍波動(dòng)變化，2015年比2001年減少16.7個(gè)百分點(diǎn)。

圖1 松花江流域水質(zhì)類別年際變化

總體來看，松花江流域2001—2007年水質(zhì)比較穩(wěn)定，一直為中度污染，Ⅰ～Ⅲ類和劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例變化均不大；2008—2015年水質(zhì)逐年好轉(zhuǎn)，由此前的中度污染轉(zhuǎn)為輕度污染，Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例大幅上升，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例有所下降。

對(duì)比2001年，2015年松花江流域各斷面水質(zhì)變化情況如表1所示?？梢钥闯?，松花江流域30個(gè)可比斷面中，有2個(gè)斷面水質(zhì)變差，分別由Ⅱ類、Ⅲ類水質(zhì)變?yōu)棰?、Ⅵ類水質(zhì)；7個(gè)斷面水質(zhì)持平，其中1個(gè)斷面保持Ⅱ類，2個(gè)斷面保持Ⅲ類，1個(gè)斷面保持Ⅳ類，3個(gè)斷面保持劣Ⅴ類；21個(gè)斷面水質(zhì)變好，各有1個(gè)斷面分別從Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類變?yōu)棰蝾愃|(zhì)，各有11、1、1個(gè)斷面分別從Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類變?yōu)棰箢愃|(zhì)，各有2、3個(gè)斷面分別從Ⅴ類、劣Ⅴ類變?yōu)棰纛愃|(zhì)?？傮w來看，松花江流域研究期水質(zhì)變好的斷面遠(yuǎn)多于變差的斷面。

表1 2015年與2001年相比松花江流域斷面水質(zhì)變化矩陣

注：表格中數(shù)字為豎列水質(zhì)類別轉(zhuǎn)化為橫列水質(zhì)類別的斷面?zhèn)€數(shù)。

2.2 各項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)情況分析

2001—2015年，9項(xiàng)參與水質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)中，pH和鉛年均濃度均無斷面超標(biāo)。汞在2001—2002、2006年各有1個(gè)斷面超標(biāo)，其他年份均無斷面超標(biāo)。其他6項(xiàng)指標(biāo)各年均有斷面超標(biāo)，但斷面超標(biāo)率均總體呈下降趨勢(shì)(圖2)。其中，高錳酸鹽指數(shù)斷面超標(biāo)率顯著高于其他5項(xiàng)指標(biāo)，斷面超標(biāo)率范圍為33.3%～76.7%；2001—2004年，五日生化需氧量、氨氮、石油類初始超標(biāo)率普遍在30%以上，之后呈下降趨勢(shì)，2015年均下降至15%以下；揮發(fā)酚斷面超標(biāo)率先升后降，斷面超標(biāo)率范圍為3.3%～26.7%；溶解氧斷面超標(biāo)率較低，一直在10%左右波動(dòng)。

2001—2015年，松花江流域斷面超標(biāo)率排在前四位的指標(biāo)比較集中，為高錳酸鹽指數(shù)、石油類、五日生化需氧量、氨氮。高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量斷面超標(biāo)率基本每年均為前兩位，石油類斷面超標(biāo)率主要在2001—2009年，列在第三位，氨氮斷面超標(biāo)率從2010年開始超過石油類，持續(xù)列在第三位。

圖2 各指標(biāo)斷面超標(biāo)率年際變化

2.3 各項(xiàng)指標(biāo)濃度變化趨勢(shì)分析

根據(jù)各指標(biāo)斷面超標(biāo)情況，選取高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、石油類4項(xiàng)主要超標(biāo)指標(biāo)進(jìn)行濃度變化趨勢(shì)分析，詳見圖3。

圖3 主要超標(biāo)指標(biāo)濃度年際變化

高錳酸鹽指數(shù)平均濃度呈波動(dòng)下降，總體下降37.4%，2001—2009年和2009—2015年共出現(xiàn)兩次先升后降過程，前一時(shí)段升降幅度較大，后一時(shí)段升降幅度較小。高錳酸鹽指數(shù)濃度最大值范圍為10.9～62.7 mg/L，年際間差別較大；最小值范圍為1.3～4.4 mg/L，年際間變化不大；2003—2007年，高錳酸鹽指數(shù)濃度極差超過40 mg/L，其后極差波動(dòng)變小。

五日生化需氧量平均濃度先升后降，總體下降43.1%，2001—2007年總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，2007—2015年呈下降趨勢(shì)。五日生化需氧量濃度最大值范圍為15.9～65.4 mg/L，年際間差別較大；最小值范圍為0.1～1.0 mg/L，年際間變化不大；2003—2007年，五日生化需氧量濃度極差超過40 mg/L，其后極差波動(dòng)變小。

氨氮平均濃度先升后降再波動(dòng)變化，總體下降3.4%，2001—2007年先升后降，2007—2015年在1.12～1.44 mg/L范圍波動(dòng)變化。氨氮濃度最大值范圍為8.67～21.36 mg/L，除2003—2005年、2015年較高外，其他年份均在10 mg/L左右，年際間差別不大；最小值范圍為0.01～0.16 mg/L，年際間變化不大；2003—2005年和2015年氨氮濃度極差超過15 mg/L，其他年份圍繞在10 mg/L上下波動(dòng)。

石油類平均濃度先升后降，總體下降74.8%，2001—2007年期間波動(dòng)上升，2007—2015年間波動(dòng)下降。石油類濃度最大值范圍為0.088～6.152 mg/L，年際間差別較大；最小值范圍為0.001～0.01 mg/L，年際間變化不大；2002—2007年，石油類濃度極差超過1 mg/L，其后極差波動(dòng)變小。

總體來看，松花江流域高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、石油類污染程度均有所改善，且斷面間差異變小。氨氮污染改善程度較小，平均濃度仍未達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)引起重視。

2.4 污染負(fù)荷分析

因pH無Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，故對(duì)溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、石油類、揮發(fā)酚、汞、鉛8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行污染負(fù)荷分析。從8項(xiàng)污染物綜合污染指數(shù)來看，松花江流域可比斷面總體水質(zhì)為先惡化后變好(圖4)。2001—2007年，總體污染程度加重，維持在較高水平。2007年之后呈下降趨勢(shì)，2013—2015年趨于平穩(wěn)，污染明顯減輕。

從各項(xiàng)污染指標(biāo)的污染負(fù)荷比來看，2001—2015年，石油類和揮發(fā)酚污染負(fù)荷比均總體呈下降趨勢(shì)。其中，石油類污染負(fù)荷比變化趨勢(shì)基本與綜合污染指數(shù)變化趨勢(shì)相同，呈先上升后下降，下降幅度為12.5個(gè)百分點(diǎn)；揮發(fā)酚污染負(fù)荷比總體呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，下降幅度為8.1個(gè)百分點(diǎn)。氨氮、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量污染負(fù)荷比均總體呈上升趨勢(shì)，其變化趨勢(shì)與石油類剛好相反，均為先下降后上升。與2001年相比，2015年污染負(fù)荷比上升幅度最大的是氨氮，上升12.0個(gè)百分點(diǎn)；其次是溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量，分別上升5.1個(gè)百分點(diǎn)、2.3個(gè)百分點(diǎn)、0.7個(gè)百分點(diǎn)。汞、鉛污染負(fù)荷比較穩(wěn)定，變化幅度較小，均分別上升0.2個(gè)百分點(diǎn)(圖5)。

圖4 流域水質(zhì)綜合污染指數(shù)年際變化

圖5 污染負(fù)荷比年際變化

總體來看，氨氮、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)和五日生化需氧量污染貢獻(xiàn)率逐漸加大，尤其是氨氮的貢獻(xiàn)要引起重視。

3 結(jié)論和建議

1)松花江流域水質(zhì)總體好轉(zhuǎn)，由中度污染變?yōu)檩p度污染。各項(xiàng)指標(biāo)污染程度均有所減輕，平均濃度和斷面超標(biāo)率均呈下降趨勢(shì)。其中2001—2007年污染較為嚴(yán)重，水質(zhì)無明顯改善。2008—2015年水質(zhì)逐年好轉(zhuǎn)。

2)2001—2015年，松花江流域污染主要以高錳酸鹽指數(shù)、石油類、五日生化需氧量、氨氮為主，平均污染負(fù)荷比和歷年斷面超標(biāo)率均排在前四位。高錳酸鹽指數(shù)斷面超標(biāo)率一直為9項(xiàng)指標(biāo)之首，是影響水質(zhì)的主要指標(biāo)。2010年以后，氨氮濃度和污染負(fù)荷比都有較明顯的上升趨勢(shì)，是唯一平均濃度尚未達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。

3)下一步應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)氨氮污染防治，有效削減氨氮排放總量。加強(qiáng)流域內(nèi)污水治理設(shè)施建設(shè)，提高處理效率，減少生活源排放。大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，加強(qiáng)面源污染管理，減少面源污染排放。

4)應(yīng)采取進(jìn)一步措施降低COD排放總量。重點(diǎn)治理農(nóng)副食品加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、造紙和紙制品業(yè)等高污染排放企業(yè)，提高企業(yè)污水治理設(shè)施運(yùn)行效率，減少污染排放。優(yōu)化流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少三高企業(yè)。

5)應(yīng)重點(diǎn)治理阿什河、伊通河等常年污染嚴(yán)重河段，加強(qiáng)沿河市政設(shè)施建設(shè)力度，嚴(yán)控工業(yè)企業(yè)排污，保證廢水達(dá)標(biāo)排放，提高污水集中處理效率。

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Study on the Characteristics of Water Pollution Change of Songhua River Basin in 2001—2015

LIN Lanyu, SHI Yu, LUO Haijiang, ZHANG Yinjun, YU Yang, CHEN Yuanhang

State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China

Using the national monitoring network’s monitoring data from 30 comparable sections of Songhua River basin in 2001—2015, local water quality change situation was analyzed from the aspects of the basin and section, water quality change, the exceeding standard and concentration change of indicators, pollution load. The results showed that: Songhua River showed an improving trend of its overall water quality, especially an obvious improvement since 2007. The main pollution indicators in Songhua River basin were CODMn, petroleum, BOD5and NH3-N for a long time. The pollution of CODMn, petroleum and BOD5showed a significant improvement trend. NH3-N pollution improvement was not obvious. Basing on strengthening the total COD emission control, effectively cutting the NH3-N emissions should become the focus for improving the water quality of Songhua River.

Songhua River basin; water quality; pollution indicators; pollution load ratio

2016-09-21;

2016-10-27

林蘭鈺(1974-)，女，吉林省吉林市人，碩士，高級(jí)工程師。

陳遠(yuǎn)航

X824

A

1002-6002(2016)06- 0058- 05

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.09