海河流域省界斷面水體污染物分布及相關(guān)性分析

張 俊 ，郭書(shū)英 ，孟憲智 ，張世祿 ，郭麗峰 ，許 維 ，郝光玲

（1.海河流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，300170，天津；2.海河流域水資源保護(hù)局，300170，天津）

一、研究背景

海河流域地跨北京、天津、河北、山西、河南、山東、內(nèi)蒙古和遼寧等8個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），面積約32萬(wàn)km2，包括灤河、海河和徒駭馬頰河三個(gè)水系，其中，灤河水系包括灤河及冀東沿海諸河；海河水系包括北三河（薊運(yùn)河、潮白河、北運(yùn)河）、永定河、大清河、子牙河、黑龍港及運(yùn)東地區(qū)、漳衛(wèi)南運(yùn)河等；徒駭馬頰河水系包括徒駭河、馬頰河等。

海河流域雖然面積不大，但地跨8個(gè)省級(jí)行政區(qū)，加之河系呈扇形網(wǎng)狀分布、京津兩市被河北省包圍，使得海河流域河流省界斷面較多。根據(jù)《2016年海河流域水資源公報(bào)》數(shù)據(jù)，海河流域2016年工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水排放總量為55.11億t，流域內(nèi)70個(gè)省界斷面中，有2個(gè)斷面全年河干。參加水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)的68個(gè)省界斷面中，全年滿足Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的17個(gè)、Ⅳ～Ⅴ類(lèi)的9個(gè)、劣Ⅴ類(lèi)的42個(gè)，占總參與評(píng)價(jià)省界斷面的比例分別為25.0%、13.2%和61.8%；主要超標(biāo)項(xiàng)目為化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮。而根據(jù)《2016年中國(guó)水資源公報(bào)》，2016年全國(guó)省界斷面水質(zhì)為Ⅰ～Ⅲ類(lèi)、Ⅳ～Ⅴ類(lèi)、劣Ⅴ類(lèi)的占比分別為67.1%、15.8%和17.1%，主要超標(biāo)項(xiàng)目為化學(xué)需氧量、氨氮、總磷。與全國(guó)省界斷面水質(zhì)情況相比，海河流域跨省河流污染情況更為嚴(yán)重，劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)的省界斷面占比是全國(guó)的3.61倍，而Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)的省界斷面占比僅為全國(guó)的1/3左右。由此可見(jiàn)，海河流域水環(huán)境承載力形勢(shì)嚴(yán)峻。根據(jù) 《中華人民共和國(guó)水污染防治法》第二十六條中關(guān)于省界水體監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)職責(zé)的要求，對(duì)近年海河流域跨省界水體中的主要污染物分布特征開(kāi)展了分析評(píng)價(jià)，以期為海河流域水資源保護(hù)管理，特別是京津冀協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略下的水資源保護(hù)提供重要基礎(chǔ)支撐。

二、省界斷面概況

以海河流域45條跨省河流的70個(gè)省界斷面水體為研究對(duì)象，地跨北京、天津、河北等7個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市），涉及灤河、北三河、永定河等8個(gè)河系，具體見(jiàn)表1、表2。70個(gè)省界水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面位置分布如圖1所示。

三、主要污染物分布情況

本研究收集了海河流域45條跨省河流的70個(gè)省界斷面2013—2016年月水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，主要包括化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮等4種主要污染物。分析了省界水體的污染狀況，研究了主要污染物分布規(guī)律。

1.化學(xué)需氧量

化學(xué)需氧量月平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：70個(gè)省界斷面的化學(xué)需氧量濃度處于0～174.8 mg/L之間，最大濃度值超過(guò)地表水Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)7.74倍?？傮w上說(shuō)，海河流域僅11個(gè)省界斷面的化學(xué)需氧量濃度月平均值達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，占比為15%。太行山山區(qū)省界斷面的化學(xué)需氧量濃度較低，主要涉及河流為濁漳河、漳河、松溪河、拒馬河等，而平原地區(qū)特別是環(huán)京、津省界斷面化學(xué)需氧量濃度相對(duì)偏高，主要涉及河流為北排河、子牙新河、薊運(yùn)河、還鄉(xiāng)河、漳衛(wèi)新河等。

圖1 海河流域省界水質(zhì)斷面分布圖

表1 海河流域省界水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面區(qū)域統(tǒng)計(jì)表

表2 海河流域省界水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面水系統(tǒng)計(jì)表

2.氨氮

氨氮月平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：70個(gè)省界斷面的氨氮濃度處于0.05～17.99 mg/L之間，最大濃度值超過(guò)地表水Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)16.99倍。總體上說(shuō)，海河流域有25個(gè)省界斷面氨氮濃度月平均值達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，占比為36%。燕山、太行山山區(qū)省界斷面的氨氮濃度較低，主要涉及河流為黑河、湯河、白河、唐河、松溪河等，而平原地區(qū)特別是環(huán)京、津省界斷面氨氮濃度相對(duì)偏高，主要涉及河流為子牙新河、北京港溝河、北運(yùn)河等。

3.總磷

總磷月平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：70個(gè)省界斷面總磷濃度處于0.02～6.22 mg/L之間，最大濃度值超過(guò)地表水Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)30.1倍?？傮w上說(shuō)，海河流域有24個(gè)省界斷面的總磷濃度月平均值達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，占比為34%。燕山、太行山山區(qū)省界斷面的總磷濃度較低，主要涉及河流為松溪河、漳河、棉河、黑河、湯河等，而平原地區(qū)特別是環(huán)京、津省界斷面的總磷濃度相對(duì)偏高，主要涉及河流為潮白河、漳衛(wèi)新河、北運(yùn)河、北京港溝河等。

4.總氮

總氮月平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：70個(gè)省界斷面的總氮濃度處于0.85～26.58 mg/L之間，最大濃度值超過(guò)地表水Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)25.58倍。由于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》未針對(duì)河流制定總氮標(biāo)準(zhǔn)，因此采用湖庫(kù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。按此標(biāo)準(zhǔn)，海河流域僅有1個(gè)省界斷面（閃電河中橋）的總氮濃度月平均值達(dá)到地表水Ⅲ類(lèi)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，占比僅為1.4%?？傮w上說(shuō)，海河北部山區(qū)閃電河、二道河、灤河等省界斷面總氮濃度相對(duì)偏低，而環(huán)京、津省界斷面以及漳衛(wèi)南運(yùn)河沿線省界濃度相對(duì)偏高，主要涉及河流為子牙新河、北運(yùn)河、潮白河、漳衛(wèi)新河等。

四、污染特征分析

主要污染物分布分析結(jié)果表明，京津冀交匯區(qū) （廊坊市北三縣周邊）以及漳衛(wèi)南運(yùn)河沿線省界水體質(zhì)量相對(duì)較差，主要涉及河流為漳衛(wèi)新河、子牙新河、北排河、北京港溝河、北運(yùn)河、薊運(yùn)河等。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是該區(qū)域河流沿線人口相對(duì)密集，工業(yè)、農(nóng)業(yè)污水排放量較大，雖然近年對(duì)小作坊開(kāi)展了違法排污治理，但水質(zhì)仍然相對(duì)較差。北部燕山及西部太行山山區(qū)省界水體水質(zhì)相對(duì)較好，主要包括漳河、松溪河、白河、潮河、閃電河等河流。主要原因是該區(qū)域人口密度低，工業(yè)企業(yè)分布及農(nóng)作物種植均較少，水體受污染程度低。從具體水質(zhì)指標(biāo)上看，化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、總氮4個(gè)主要污染指標(biāo)在省界斷面的月均最大值分別為174.8 mg/L、17.99mg/L、6.22mg/L、26.58mg/L，均超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)的上限值。從省界水體水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況看，采用湖庫(kù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，海河流域僅1個(gè)省界斷面 （閃電河中橋）的總氮濃度月平均值達(dá)到Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)要求，占所有省界斷面的1.4%；化學(xué)需氧量、氨氮、總磷達(dá)到Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的斷面數(shù)量分別僅占15%、36%、34%。污染特征分析結(jié)果表明，海河流域省界水體環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題比較嚴(yán)峻，與最嚴(yán)格水資源管理制度要求還有很大距離，需要進(jìn)一步提高水體質(zhì)量。

圖2 總氮與氨氮相關(guān)性

圖3 總氮與總磷相關(guān)性

圖4 總氮與化學(xué)需氧量相關(guān)性

五、污染物相關(guān)性分析

海河流域省界水體主要污染物總氮、氨氮、總磷、化學(xué)需氧量濃度分布圖表明：不同水體主要污染物分布之間有一定的相關(guān)性，以上4種污染物的濃度在京津冀交匯區(qū)以及漳衛(wèi)南運(yùn)河沿線較高，在燕山、太行山山區(qū)省界斷面較低。以總氮作為參照因子，分析了70個(gè)省界斷面氨氮、總磷、化學(xué)需氧量濃度與總氮濃度的關(guān)系，如圖2～圖4所示。結(jié)果表明：作為總氮的重要貢獻(xiàn)源，氨氮與總氮的相關(guān)性相對(duì)較好，R2達(dá)0.730，特別是氨氮濃度較高時(shí)，氨氮濃度與總氮濃度表現(xiàn)出的相關(guān)性更為明顯。該結(jié)果與張琴等的研究結(jié)果一致。總磷濃度與總氮濃度也有一定的相關(guān)性，R2為0.630。氮、磷元素作為生物地球化學(xué)循環(huán)中物質(zhì)流的基礎(chǔ)，是河流污染物排放總量控制的主要對(duì)象，兩者均主要通過(guò)地表徑流及生產(chǎn)、生活廢水等途徑流入地表水體，這也是兩者具有一定相關(guān)性的主要原因。但是，化學(xué)需氧量濃度與總氮濃度相關(guān)性不太明顯。海河流域幾乎所有省界斷面的總氮濃度均超標(biāo)，而化學(xué)需氧量濃度的變化范圍較大。

六、結(jié) 論

對(duì)海河流域省界斷面水體主要污染物分布特征及相關(guān)性分析的結(jié)果表明：①海河流域省界水體質(zhì)量總體較差，幾乎所有省界斷面的總氮濃度均超過(guò)Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，省界斷面化學(xué)需氧量、氨氮、總磷濃度超過(guò)Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比例達(dá)85%、64%、66%。②海河流域省界水體質(zhì)量在京津冀交匯區(qū)（廊坊市北三縣周邊）以及漳衛(wèi)南運(yùn)河沿線相對(duì)較差，在北部燕山及西部太行山山區(qū)相對(duì)較好。③對(duì)海河流域省界水體主要污染物相關(guān)性分析結(jié)果表明，總氮與氨氮相關(guān)性最大，特別是高濃度范圍相關(guān)性更好；總氮與總磷在整體趨勢(shì)上也有一定相關(guān)性；總氮與化學(xué)需氧量的相關(guān)性不明顯?！?/p>