松花江哈爾濱城區(qū)段匯入支流水質(zhì)污染評(píng)價(jià)及影響因素分析

高青峰，郭 勝，闕志夏，宋梓菡，崔 嵩*，付 強(qiáng)，劉 東，李天霄

（1.哈爾濱市水務(wù)科學(xué)研究院，哈爾濱 150090；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

松花江是中國(guó)七大江河之一，水質(zhì)狀況影響流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、飲用水安全。哈爾濱市轄區(qū)5.3萬(wàn)km2屬于松花江流域，匯入松花江城市內(nèi)河水質(zhì)影響松花江水體環(huán)境。哈爾濱市城區(qū)匯入松花江一級(jí)支流包括發(fā)生渠、阿什河、馬家溝、何家溝、運(yùn)糧河，由于主城區(qū)人口密集、環(huán)境復(fù)雜、污染源多，支流水質(zhì)污染狀況與松花江哈爾濱段及其下游水環(huán)境質(zhì)量密切相關(guān)。學(xué)界對(duì)河流城區(qū)段污染非常關(guān)注，高學(xué)民系統(tǒng)研究并評(píng)價(jià)長(zhǎng)江沿程10個(gè)城市和20條內(nèi)湖內(nèi)河水質(zhì)污染狀況[1]；周文瑞研究汾河太原城區(qū)段河流黑臭問(wèn)題，應(yīng)用大氣擴(kuò)散模型，定量揭示臭氣對(duì)周邊環(huán)境影響[2]；慶旭瑤研究并評(píng)價(jià)重慶市主城區(qū)次級(jí)河流水環(huán)境污染特征[3]；王洪濤等研究開(kāi)封城市河流表層沉積物重金屬分布、污染來(lái)源并作出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[4]。對(duì)于松花江哈爾濱城區(qū)段，目前研究關(guān)注阿什河流域及何家溝污染狀況，其他支流污染狀況調(diào)查及水質(zhì)評(píng)價(jià)不足。馬文廣等對(duì)阿什河流域氮磷污染研究結(jié)果表明，阿什河TN和TP進(jìn)入松花江排放量分別為5 436.6 t和554.8 t，峰值分別由夏汛或春汛造成，且TN、TP濃度均超標(biāo)，污染源以非點(diǎn)源污染為主[5-7]；馬放等運(yùn)用SWAT模型模擬退耕還林、等高種植、化肥減量與植被過(guò)濾帶等非點(diǎn)源污染控制措施及其綜合效果[8]；王力對(duì)何家溝污染狀況及其污染源作系統(tǒng)調(diào)查[9]。

通常選擇適當(dāng)水質(zhì)參數(shù)、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)水質(zhì)污染，劃分水環(huán)境污染程度等級(jí)和判定污染類型，也是合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)水資源基礎(chǔ)工作。目前，水質(zhì)污染評(píng)價(jià)方法常用單因子評(píng)價(jià)法[10]、污染指數(shù)法[11]、模糊評(píng)價(jià)法[12]、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法[13]、層次分析法[14]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[15-16]和水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法[17]等。單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)論對(duì)水質(zhì)過(guò)分保護(hù)；污染指數(shù)法無(wú)法判斷綜合水質(zhì)類別；模糊數(shù)學(xué)法、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法、層次分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)綜合水質(zhì)為劣Ⅴ類水評(píng)價(jià)結(jié)論偏保守；水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)Ⅰ～Ⅴ類水評(píng)價(jià)結(jié)論具有科學(xué)合理性，并且解決劣Ⅴ類水質(zhì)連續(xù)性描述問(wèn)題[17]。因此，本文在4條匯入支流布設(shè)采樣斷面105個(gè)，監(jiān)測(cè)主要水質(zhì)指標(biāo)污染水平，以水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法和綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法[17]綜合評(píng)價(jià)研究區(qū)域河流，探究影響松花江哈爾濱城區(qū)段水質(zhì)狀況主要因素，以期為流域水環(huán)境管理、河流污染治理以及河長(zhǎng)制實(shí)施提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況與監(jiān)測(cè)斷面布設(shè)

研究區(qū)域?yàn)樗苫ń枮I城區(qū)段入江一級(jí)支流，包括發(fā)生渠、馬家溝、何家溝、運(yùn)糧河4個(gè)研究對(duì)象，其中發(fā)生渠、馬家溝、運(yùn)糧河從入江口至源頭均勻布設(shè)采樣點(diǎn)，分別標(biāo)記為FS1～FS2、MJ1～MJ50、YL1～YL24，何家溝由干流、西溝、東溝組成，采樣點(diǎn)由干流入江口至東西兩源均勻布設(shè)分別標(biāo)記為干流（HJ1～HJ6）、東溝（HJ-ET1～HJET8）、西溝（HJ-WT1～HJ-WT11），河流基本概況和監(jiān)測(cè)斷面詳見(jiàn)表1和圖1。

1.2 樣品采集

在發(fā)生渠、馬家溝、何家溝、運(yùn)糧河沿程均勻布設(shè)105個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，分別于枯水期、豐水期水體采集樣品，基于五點(diǎn)采樣法取每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面河流距水面以下0.2 m處表層水。取250 mL水樣沿溶解氧瓶壁注入瓶中，避免樣品曝氣或產(chǎn)生氣泡，加入固定劑（1 mL硫酸錳和2 mL堿性KI疊氮化鈉溶液），避光保存，以備檢測(cè)DO濃度；取250 mL樣品注入玻璃瓶中，加入固定劑（硫酸），4℃下保存，檢測(cè)CODcr濃度；取250 mL樣品注入溶解氧瓶，0～4℃避光保存，檢測(cè)BOD5濃度；取250 mL樣品注入玻璃瓶中，加入固定劑（0.5 mL硫酸），檢測(cè)TP濃度；取250 mL樣品注入聚乙烯瓶中，加入固定劑（硫酸），-20℃貯存，檢測(cè)TN濃度。

1.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)檢測(cè)方法

DO指標(biāo)采用GB 7489-1987《碘量法》測(cè)定濃度（mg·L-1）；CODcr指標(biāo)采用HJ 828-2017《重鉻酸鹽法》測(cè)定濃度（mg·L-1）；BOD5指標(biāo)采用HJ 505-2009《稀釋與接種法》測(cè)定濃度（mg·L-1）；TP指標(biāo)采用GB 11893-1989《鉬酸銨分光光度法》測(cè)定濃度（mg·L-1）；TN指標(biāo)采用HJ 636-2012《堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》測(cè)定濃度（mg·L-1）。

1.4 水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法

1.4.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法

單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)照分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析，可完整標(biāo)識(shí)水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)類別、水質(zhì)數(shù)據(jù)、功能區(qū)目標(biāo)值等重要信息，定性判斷水質(zhì)類別，可定量分析水質(zhì)數(shù)據(jù)[17]，非溶解氧指數(shù)和溶解氧指數(shù)單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)定義如下：

式中，Pi/PDO為第i項(xiàng)/DO單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)；ci/cDO為第i項(xiàng)/DO水質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度；Ki/KDO為第i項(xiàng)/DO水質(zhì)指標(biāo)所處水質(zhì)類別（由實(shí)測(cè)ci/cDO參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）確定各項(xiàng)指標(biāo)水質(zhì)類別），可取值為1，2，…，6；sik上和sik下分別為第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)在第Ki類水質(zhì)區(qū)間上限值和下限值，sDO,k上和sDO,k下分別為DO水質(zhì)指標(biāo)在第KDO類水質(zhì)區(qū)間上限值和下限值。

表1 河流基本水文特征Table 1 River basic hydrological characteristics

當(dāng)水質(zhì)指標(biāo)為劣Ⅴ類時(shí)，非溶解氧指數(shù)和溶解氧指數(shù)分別用公式（3）和（4）計(jì)算。

1.4.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法在單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法基礎(chǔ)上，削弱超標(biāo)指標(biāo)影響，完整表達(dá)河流總體綜合水質(zhì)信息[17]，其定義為：

式中，I為綜合水質(zhì)指標(biāo)指數(shù)；m為參加綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)水質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)數(shù)目；P1，P2，Pm分別為第1，2，m個(gè)水質(zhì)因子單因子水質(zhì)指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 污染狀況分析

2.1.1 總體分析

在所設(shè)105個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中，由于水文特征和氣候等原因，枯水期部分監(jiān)測(cè)斷面出現(xiàn)斷流情況，未采集到有效樣品。因此，本研究通過(guò)188組有效樣品分析其主要水質(zhì)指標(biāo)時(shí)空分布特征分析，作水質(zhì)評(píng)價(jià)。

圖1 松花江哈爾濱城區(qū)段水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面分布Fig.1 Location of water quality monitoring section of Harbin urban of Songhua River

河流枯水期、豐水期水質(zhì)指標(biāo)濃度平均值如表2所示。依據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，DO濃度平均值范圍是3.01～7.48 mg·L-1，屬Ⅱ類～Ⅳ類水質(zhì)，其中馬家溝DO濃度最大，自凈能力最強(qiáng)，枯水期、豐水期DO濃度最低的分別為何家溝和發(fā)生渠，表明自凈能力相對(duì)較弱；CODcr濃度平均值范圍52.42～135.12 mg·L-1，是Ⅴ類水質(zhì)3.49～9.01倍，BOD5濃度平均值范圍13.40～54.80 mg·L-1，是Ⅴ類水質(zhì)1.34～5.48倍，表明有機(jī)污染嚴(yán)重，其中馬家溝豐水期污染最為突出，何家溝全年污染均較嚴(yán)重；TP濃度平均值范圍0.13～0.97 mg·L-1，最低濃度達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)，最高濃度超出Ⅴ類水質(zhì)2.4倍，枯水期運(yùn)糧河、何家溝濃度較高，豐水期馬家溝濃度最高；TN濃度平均值范圍1.39～22.85 mg·L-1，最低濃度達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)，最高濃度超出Ⅴ類水質(zhì)11.42倍，枯水期發(fā)生渠濃度最高，豐水期何家溝濃度最高。

由此可見(jiàn)，松花江哈爾濱城區(qū)段河流污染較為嚴(yán)重，全年污染狀況為馬家溝＞何家溝＞發(fā)生渠＞運(yùn)糧河，季節(jié)性污染程度為枯水期＞豐水期。馬家溝、何家溝有機(jī)污染嚴(yán)重超標(biāo)，發(fā)生渠、運(yùn)糧河氮、磷超標(biāo)，污染情況均存在明顯時(shí)空分布差異性特征。

2.1.2 時(shí)間變化分析

枯水期和豐水期發(fā)生渠、馬家溝、何家溝和運(yùn)糧河水質(zhì)指標(biāo)變化情況如圖2～5所示，其中空白表示無(wú)有效數(shù)據(jù)。從圖2～5可知，枯水期和豐水期各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)總體變化趨勢(shì)相似。

由DO監(jiān)測(cè)濃度可知，發(fā)生渠為枯水期＞豐水期，但枯水期FS5斷面濃度為最低值，表明發(fā)生渠在該斷面水體自凈能力驟減；馬家溝在MJ34～MJ50和MJ1～MJ5段濃度呈現(xiàn)高低值交替，濃度枯水期＞豐水期，枯水期MJ45斷面出現(xiàn)濃度最低值；何家溝則表現(xiàn)為豐水期＞枯水期，枯水期HJ-WT11斷面濃度達(dá)最低值；運(yùn)糧河DO濃度則呈不同變化特征，YL15～YL24、YL1～YL4段濃度呈現(xiàn)枯水期＞豐水期，YL5～YL14段濃度呈現(xiàn)豐水期＞枯水期，枯水期YL5斷面濃度達(dá)最低值。

表2 松花江哈爾濱城區(qū)段水質(zhì)指標(biāo)濃度平均值Table 2 Mean concentration of water quality index in Harbin urban of Songhua River (mg·L-1)

圖2 發(fā)生渠水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)濃度季節(jié)性對(duì)比Fig.2 Comparison of monitoring concentrations of water quality index of Fasheng Channel in different seasons

圖3 馬家溝水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)濃度季節(jié)性對(duì)比Fig.3 Comparison of monitoring concentrations of water quality index of Majia River in different seasons

水質(zhì)指標(biāo)CODcr和BOD5同為有機(jī)污染衡量指標(biāo)，在枯水期和豐水期沿程變化相似。發(fā)生渠、馬家溝、何家溝CODcr和BOD5濃度整體呈豐水期＞枯水期，僅個(gè)別斷面枯水期濃度驟增而高于豐水期（FS5、MJ31、MJ42、HJ-WT5～HJ-WT11）。另外，豐水期馬家溝MJ42斷面CODcr濃度達(dá)1 390 mg·L-1，是Ⅴ類水約92倍，屬有機(jī)污染物重度污染，因該監(jiān)測(cè)斷面建材企業(yè)分布密集，豐水期工業(yè)廢水對(duì)馬家溝造成污染；運(yùn)糧河隨季節(jié)變化呈高低值交替現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為枯水期＞豐水期，枯水期YL5斷面濃度達(dá)最大值，豐水期YL6斷面濃度達(dá)最大值。

TP濃度在枯水期和豐水期變化趨勢(shì)相似，個(gè)別斷面監(jiān)測(cè)濃度驟增，可作為重點(diǎn)防治斷面。發(fā)生渠TP監(jiān)測(cè)濃度為枯水期＞豐水期，F(xiàn)S5斷面濃度驟增，達(dá)1.29 mg·L-1，超出地表水質(zhì)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)約3倍，其余斷面TP濃度皆優(yōu)于Ⅴ類水；馬家溝、何家溝TP監(jiān)測(cè)濃度呈現(xiàn)豐水期＞枯水期，豐水期MJ8、MJ32、MJ36、MJ42～MJ43、HJ6、HJ-WT1、HJ-WT2、HJ-WT9和HJ-WT10斷面監(jiān)測(cè)濃度和枯水期HJ-WT9、HJ-WT10斷面監(jiān)測(cè)濃度，是Ⅴ類水濃度3～11倍，表明這些斷面污染較嚴(yán)重；運(yùn)糧河TP監(jiān)測(cè)濃度枯水期＞豐水期，枯水期YL11、YL13、YL21斷面監(jiān)測(cè)濃度，豐水期YL6、YL24斷面監(jiān)測(cè)濃度均超過(guò)Ⅴ類水。

4條匯入支流TN濃度在枯水期和豐水期沿程變化相似，TN監(jiān)測(cè)濃度呈現(xiàn)枯水期＞豐水期，少數(shù)斷面濃度驟增，可視為重點(diǎn)治理斷面。發(fā)生渠枯水期TN監(jiān)測(cè)濃度遠(yuǎn)大于豐水期，是豐水期濃度近20倍，是Ⅴ類水10倍，因發(fā)生渠枯水期有大量含氮污染物進(jìn)入河流，造成嚴(yán)重氮污染；馬家溝、何家溝在枯水期和豐水期氮污染相對(duì)嚴(yán)重，是Ⅴ類水0.5～14.1倍，HJ-WT11斷面監(jiān)測(cè)濃度達(dá)122 mg·L-1，為TN監(jiān)測(cè)濃度最大值。

圖4 何家溝水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)濃度季節(jié)性對(duì)比Fig.4 Comparison of monitoring concentrations of water quality index of Hejia River in different seasons

2.1.3 空間變化分析

變差系數(shù)（Coefficient of variance）是反映水質(zhì)指標(biāo)離散程度統(tǒng)計(jì)量，Cv值越大，水質(zhì)指標(biāo)離散程度越大，差異性越明顯；Cv＞1.0為強(qiáng)變異，說(shuō)明水質(zhì)指標(biāo)空間差異性大。松花江哈爾濱城區(qū)段4條匯入河流枯水期和豐水期各水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差及變差系數(shù)見(jiàn)表3。參照變差系數(shù)，發(fā)現(xiàn)同一時(shí)期水質(zhì)指標(biāo)在河流各個(gè)斷面分布不均，空間差異性明顯。馬家溝是變差系數(shù)最大河流，CODcr、BOD5、TP變差系數(shù)均在馬家溝豐水期最高，DO、TN變差系數(shù)最高值在何家溝枯水期，運(yùn)糧河相對(duì)其他河流變異系數(shù)最小，與河流水文特征、流域面積以及流域內(nèi)污染源分布情況有較大相關(guān)性。結(jié)合圖2～5，對(duì)各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)指標(biāo)分析，發(fā)生渠枯水期水質(zhì)指標(biāo)變差系數(shù)為TP＞CODcr＞BOD5＞DO＞TN，主要原因是在FS5監(jiān)測(cè)斷面TP、CODcr、BOD5濃度相對(duì)其他監(jiān)測(cè)斷面驟增，DO濃度驟減，表明該斷面有機(jī)污染、磷污染加劇，且水體自凈能力降低，TN變異系數(shù)雖小，但河流整體氮污染異常嚴(yán)重，由于監(jiān)測(cè)斷面南岸工業(yè)區(qū)廢水、北岸大面積農(nóng)田對(duì)河流造成污染；豐水期水質(zhì)指標(biāo)變差系數(shù)為 TN＞TP＞BOD5＞CODcr＞DO，主要原因是FS1監(jiān)測(cè)斷面TN、TP、BOD5、CODcr監(jiān)測(cè)濃度驟增高于其他斷面，DO濃度低于其他斷面，表明該斷面氮、磷污染加劇，水體自凈能力降低，由于監(jiān)測(cè)斷面兩岸大面積農(nóng)田存在氮、磷殘留物，在豐水期隨農(nóng)田徑流對(duì)河流造成污染。

圖5 運(yùn)糧河水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)濃度季節(jié)性對(duì)比Fig.5 Comparison of monitoring concentrations of water quality index of Yunliang River in different seasons

馬家溝枯水期、豐水期水質(zhì)指標(biāo)變差系數(shù)為BOD5＞CODcr＞TP＞TN＞DO，主要原因是枯水期BOD5和CODcr濃度在MJ29～MJ32監(jiān)測(cè)段和MJ45監(jiān)測(cè)斷面驟增，豐水期BOD5和CODcr濃度在MJ41～MJ44監(jiān)測(cè)段濃度驟增，表明以上斷面有機(jī)污染嚴(yán)重，其中MJ29～MJ32監(jiān)測(cè)段左岸為農(nóng)田，右岸人口密集居民區(qū)是造成該段有機(jī)污染增加原因，MJ41～MJ45監(jiān)測(cè)段兩岸建材企業(yè)工業(yè)廢水是造成該段有機(jī)污染主要因素；TP濃度在MJ1～MJ10、MJ30～50監(jiān)測(cè)段濃度波動(dòng)明顯且超標(biāo)，MJ1～MJ10監(jiān)測(cè)段污染源主要是生活污染，且河道彎曲，河水自凈能力差，MJ30～50監(jiān)測(cè)段為農(nóng)業(yè)和工業(yè)復(fù)合污染造成；TN監(jiān)測(cè)濃度超標(biāo)，監(jiān)測(cè)斷面全部污染，枯水期MJ21～MJ50監(jiān)測(cè)段濃度變化明顯，重度污染，豐水期 MJ1～MJ10、MJ22～MJ44 監(jiān)測(cè)段濃度變化明顯，污染源主要來(lái)自生活區(qū)和農(nóng)業(yè)面源氮污染，污染十分嚴(yán)重；DO濃度均較大，水體自凈能力較強(qiáng)。

何家溝枯水期水質(zhì)指標(biāo)變差系數(shù)為TN＞BOD5＞TP＞CODcr＞DO，主要原因是何家溝西溝污染嚴(yán)重，各項(xiàng)指標(biāo)濃度變化范圍大，何家溝變異系數(shù)增大，氮污染尤其嚴(yán)重；豐水期水質(zhì)指標(biāo)變差系數(shù)為TP＞BOD5＞TN＞CODcr＞DO，主要原因是何家溝干流、西溝污染嚴(yán)重，各項(xiàng)指標(biāo)濃度變化范圍大，何家溝變異系數(shù)增大，有機(jī)污染、氮污染更嚴(yán)重。何家溝污染嚴(yán)重是沿程存在大量集中式排污口匯入污水所致。

運(yùn)糧河枯水期水質(zhì)指標(biāo)變差系數(shù)為BOD5＞TN＞TP＞CODcr＞DO，豐水期水質(zhì)指標(biāo)變差系數(shù)為TP＞BOD5＞TN＞CODcr＞DO，CODcr、BOD5、TP、TN 水質(zhì)指標(biāo)普遍于YL5～YL14監(jiān)測(cè)段沿程高低值交替出現(xiàn)，變化幅度較大，導(dǎo)致變異系數(shù)增大，DO水質(zhì)指標(biāo)于該段濃度降低，表明水體自凈能力降低，污染原因是中游農(nóng)業(yè)面源污染和下游八一水庫(kù)水產(chǎn)養(yǎng)殖。YL5～YL14監(jiān)測(cè)段為運(yùn)糧河水質(zhì)治理重點(diǎn)河段。

表3 松花江哈爾濱城區(qū)段水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)差與變差系數(shù)Table 3 Std Dev and coefficient of variation of water quality index in Harbin urban of Songhua River

2.2 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)發(fā)生渠、馬家溝、何家溝、運(yùn)糧河主要水質(zhì)指標(biāo)（DO、CODcr、BOD5、TP和TN）枯水期、豐水期各監(jiān)測(cè)斷面單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖6?？傮w來(lái)說(shuō)，研究區(qū)域河流污染較嚴(yán)重，約76.0%監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)類別達(dá)Ⅴ類及以上，約47.9%監(jiān)測(cè)短斷面水質(zhì)類別達(dá)劣Ⅴ類及以上，各監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)指標(biāo)綜合污染指數(shù)最小值為2.4，水質(zhì)類別最優(yōu)為Ⅱ類，綜合污染指數(shù)最大值為27.7，水質(zhì)類別為劣Ⅴ類且黑臭。

分析松花江哈爾濱城區(qū)城區(qū)段綜合污染指數(shù)時(shí)空變化特征，研究區(qū)域表現(xiàn)為枯水期水質(zhì)狀況劣于豐水期，發(fā)生渠枯水期水質(zhì)皆為劣Ⅴ類水體，F(xiàn)S5監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)最差，豐水期FS1監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)最差；馬家溝枯水期MJ22～MJ50監(jiān)測(cè)段水質(zhì)為劣Ⅴ類水體，豐水期MJ1～MJ9、MJ32～MJ50監(jiān)測(cè)段水質(zhì)為劣Ⅴ類水體；何家溝枯水期干流（HJ1～HJ2）、西溝（HJ-WT1～HJ-WT10）大部分處于劣Ⅴ類水體，東溝基本呈斷流狀態(tài)，豐水期干流（HJ1～HJ2）、西溝（HJ-WT1～HJ-WT11）基本處于劣Ⅴ類水體，東溝（HJ-ET1～HJ-ET8）處于Ⅳ類水體；運(yùn)糧河枯水期和豐水期在YL5～YL14監(jiān)測(cè)段污染相對(duì)嚴(yán)重，枯水期水質(zhì)為劣Ⅴ類水體，豐水期水質(zhì)為Ⅴ類水質(zhì)。松花江哈爾濱城區(qū)段水質(zhì)污染評(píng)價(jià)結(jié)果呈現(xiàn)枯水期與豐水期差異性特征，與大氣降水有關(guān)，豐水期降雨量大，河水流動(dòng)性大，污凈比相對(duì)較小，水質(zhì)污染狀況改善；空間差異性是河流流經(jīng)區(qū)域存在工業(yè)點(diǎn)源、農(nóng)業(yè)面源和生活污水排放使大量污染物匯入所致。

2.3 水體污染影響因素分析

影響松花江哈爾濱城區(qū)段水質(zhì)因素較多，城市河流徑流量影響河流自凈能力；農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)廢水直接或間接排入河流，對(duì)水質(zhì)造成污染。水體污染影響因素主要可分為自然條件、污染源、環(huán)保政策3個(gè)方面。

2.3.1 自然條件

松花江哈爾濱城區(qū)段4條河流中何家溝屬季節(jié)性河流[9]，枯、豐水期水量變化較大，豐水期由于降水等氣象原因，河水徑流量大，水體交換速度相對(duì)加快，對(duì)污染物有稀釋作用，有助于污染物排出河流，河流自凈能力較其他時(shí)期略強(qiáng)；枯水期由于河流水位相對(duì)下降，污染物在河流中遷移速度降低，濃度增高，造成水質(zhì)下降。發(fā)生渠、馬家溝、運(yùn)糧河在枯水期和豐水期河流自凈能力差異性不明顯，與徑流量變化有關(guān)。

河流過(guò)湖區(qū)、水庫(kù)后，水體流動(dòng)相對(duì)減慢，自凈能力降低，發(fā)生渠過(guò)天璇湖，馬家溝過(guò)工農(nóng)水庫(kù)，何家溝過(guò)工農(nóng)水庫(kù)，運(yùn)糧河過(guò)興隆、友誼、八一、立功4座水庫(kù)后，比較監(jiān)測(cè)斷面DO濃度，普遍出現(xiàn)自凈能力降低現(xiàn)象，豐水期由于湖區(qū)、水庫(kù)蓄水量增大，降幅更為明顯；河流過(guò)湖區(qū)、水庫(kù)后，TP、TN濃度普遍出現(xiàn)驟增現(xiàn)象，主要因大多數(shù)水庫(kù)發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，普遍存在不同程度富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致河流過(guò)湖區(qū)、水庫(kù)后氮、磷污染加劇。

2.3.2 污染源

按照污染源發(fā)生類型，水環(huán)境污染可分為點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染[18]。點(diǎn)源污染是指工業(yè)廢水和城市污水集中排放而對(duì)水體造成污染，具有排污特征明顯、污染強(qiáng)度大等特點(diǎn)；非點(diǎn)源污染是指伴隨降雨過(guò)程產(chǎn)生的地表徑流污染，主要包括水土流失、農(nóng)業(yè)化學(xué)品過(guò)量施用、城市徑流、蓄禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)農(nóng)村廢棄物等，具有隨機(jī)性、廣泛性、滯后性、模糊性、潛伏性和隱蔽性[19-21]。

2.3.2.1 點(diǎn)源污染

工業(yè)廢水和集中式排污口直排是造成城市河流點(diǎn)源污染主要原因，哈爾濱市共有城南、“動(dòng)力之鄉(xiāng)”、城東、城西、城中、松北、呼蘭、阿城八大工業(yè)區(qū)，涵蓋汽車、飛機(jī)制造、醫(yī)藥、新材料、電站設(shè)備整機(jī)制造、電站設(shè)備配套、石化、木材加工、家具制造等產(chǎn)業(yè)，部分工業(yè)廢水未經(jīng)處理或處理未達(dá)標(biāo)后排入河流，造成水質(zhì)下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)哈爾濱市城區(qū)已登記排污口共118個(gè)，其中市政排污口占66%，工業(yè)企業(yè)排污口占34%，排污口主要布設(shè)在何家溝，共62個(gè)，占總數(shù)53.2%[9]，從監(jiān)測(cè)濃度和評(píng)價(jià)結(jié)果看，何家溝氮污染、有機(jī)污染嚴(yán)重，工業(yè)點(diǎn)源和集中式排污口所排廢水不達(dá)標(biāo)，是何家溝污染主要原因。發(fā)生渠上游（FS5）、馬家溝上游（MJ42）為工業(yè)廢水和集中式排污造成點(diǎn)源污染。

2.3.2.2 非點(diǎn)源污染

發(fā)生渠下游（FS1～FS2）、馬家溝中上游（MJ35～MJ50）、何家溝西溝上游（HJ-WT8～HJ-WT11）運(yùn)糧河流經(jīng)大片農(nóng)田，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，TP、TN單因子污染指數(shù)增大，成為該段河流主要污染物，屬于水土流失、農(nóng)業(yè)氮磷化肥過(guò)量施用農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染。豐水期隨降雨量和農(nóng)藥化肥使用量增加，農(nóng)業(yè)徑流對(duì)河流造成污染更加明顯。目前，氮肥運(yùn)籌優(yōu)化技術(shù)、施加生物質(zhì)炭控制N、P流失，人工濕地、生態(tài)溝渠、生態(tài)田埂等工程措施是控制氮肥、磷肥用量，減少水土流失有效措施。

2.3.3 環(huán)保政策

國(guó)務(wù)院頒布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》明確提出“到2020年，地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)，到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除”控制性目標(biāo)。城市黑臭水體整治已成為地方各級(jí)政府改善城市人居環(huán)境工作重要內(nèi)容。馬家溝經(jīng)過(guò)多年治理，目前已取得顯著效果，中下游部分水質(zhì)優(yōu)于Ⅴ類水，達(dá)到Ⅲ類水體，事實(shí)證明，實(shí)施合理治污政策，設(shè)計(jì)科學(xué)治污方案，可改善甚至消除黑臭水體。

圖6 松花江哈爾濱城區(qū)段水質(zhì)指標(biāo)單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)Fig.6 Single pollution index and integrated pollution index of water index of Harbin urban of Songhua River

3 結(jié)論

溝＞何家溝＞發(fā)生渠＞運(yùn)糧河，4條河流氮污染十分嚴(yán)重，馬家溝、何家溝有機(jī)污染相對(duì)嚴(yán)重，發(fā)生渠、運(yùn)糧河磷污染嚴(yán)重。

②水質(zhì)污染特征存在明顯時(shí)空分布差異，時(shí)間上，枯水期污染程度大于豐水期；空間上，河流沿程污染情況存在明顯差異，發(fā)生渠、馬家溝、何家溝污染情況均為中上游＞下游，運(yùn)糧河污染情況中游＞上游和下游。

③水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，4條河流水質(zhì)等級(jí)較高，約76.0%監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)類別為Ⅴ類及以上，約47.9%監(jiān)測(cè)短斷面水質(zhì)類別為劣Ⅴ類及以上，綜合污染指數(shù)為枯水期＞豐水期，發(fā)生渠、馬家溝、何家溝綜合污染指數(shù)為上游＞下游，運(yùn)糧河綜合污染指數(shù)體現(xiàn)為中游＞上游和下游。

④綜合分析結(jié)果，發(fā)生渠FS5、馬家溝MJ35～MJ50、何家溝干流和西溝、運(yùn)糧河YL5～YL15段為重點(diǎn)整治河段。

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