強力治水背景下溫瑞塘河主河道水質(zhì)調(diào)查

胡如意，梅鶴，商栩，王振峰，黃宏，廖忠鷺*

(1.浙江竟成環(huán)?？萍加邢薰?，浙江 溫州 325035； 2.浙南水科學研究院，浙江 溫州 325035；3.浙江省流域水環(huán)境與健康風險研究重點實驗室，浙江 溫州 325035)

由于環(huán)境保護長期滯后于經(jīng)濟增長，水環(huán)境污染已成為制約我國許多地方經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的瓶頸之一。自2015年《水污染防治行動計劃》(“水十條”)實施以來，全國各地以前所未有的力度開展水環(huán)境綜合整治[1-2]。2013年以來，浙江省以壯士斷腕的決心，全面展開“五水共治”(治污水、防洪水、排澇水、保供水、抓節(jié)水)，先后開展了“清三河”(治理黑河、臭河、垃圾河)行動、剿滅劣Ⅴ類水體行動、“污水零直排區(qū)”建設(shè)行動等[3]。據(jù)統(tǒng)計，浙江省在2017年實施的剿滅劣Ⅴ類水體工程超過1萬項，“十三五”期間全省清淤量已完成3.5億t。經(jīng)過不懈努力，我國的水環(huán)境質(zhì)量整體上得到顯著改善，并探索出“河長制”“湖長制”等富有特色、符合我國實際的長效機制[4]。

水環(huán)境綜合治理是系統(tǒng)性的工程，需要投入大量的人力、物力和財力，一旦失敗或者后續(xù)維護失效將導致無法挽回的損失[5-7]。例如，為籌辦2010年亞運會，廣州投入巨資發(fā)起空前的治水工程，但是后來河涌水質(zhì)又重新惡化。無獨有偶，2015年，杭州18條摘帽黑臭河水質(zhì)反彈，引起社會各界的強烈反響。在剿滅劣Ⅴ類水體工程完成之后，河流水質(zhì)是否有所改善？當前水污染防治仍然存在什么問題？如何防止水質(zhì)反彈？只有直面這些問題，才能為進一步推進平原河網(wǎng)水污染防治工作提供決策依據(jù)。為此，以溫瑞塘河為例，在其主河道上設(shè)置6個水質(zhì)監(jiān)測點，于2017—2019年對氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、高錳酸鹽指數(shù)(KMnO4)等主要水質(zhì)指標進行逐月監(jiān)測，分析水質(zhì)的空間變異性和季節(jié)變異性，提出相應(yīng)的提升對策，旨在為進一步改進水污染防治工作提供決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

溫瑞塘河流域位于浙江省溫州市，全流域面積700 km2，水域面積22 km2，干河長20 km，大小支流約1 000條，河網(wǎng)總長度450 km，是典型的平原河網(wǎng)之一。溫瑞塘河流域位于中亞熱帶季風氣候區(qū)，冬夏季風交替顯著，四季分明，年均氣溫17～19 ℃，多年平均降水量1 800 mm。由于環(huán)境保護長期滯后于經(jīng)濟增長，流域內(nèi)污染直排、河道淤積等現(xiàn)象較為突出，導致河流水質(zhì)惡化、河流生態(tài)系統(tǒng)健康遭受破壞，許多河道變成黑臭河[8]。經(jīng)過多年的綜合整治，特別是2013年以來全面推進“五水共治”，流域水環(huán)境質(zhì)量得到較大改善，但要實現(xiàn)水質(zhì)的根本性改善仍任重道遠。

1.2 數(shù)據(jù)來源

在溫瑞塘河主河道(梧田街道至南白象街道)，由北向南共設(shè)置6個水質(zhì)監(jiān)測點(圖1)。于2018年逐月進行水質(zhì)監(jiān)測，監(jiān)測項目包括pH、KMnO4、NH3-N、TP和溶解氧(DO)共5項，分別參照GB/T 6920—1986、GB/T 11892—1989、HJ 535—2009、GB/T 11893—1989和GB/T 7489—1987規(guī)定的方法進行。土地利用分布圖系清華大學提供的FROM-GLC 2017v1數(shù)據(jù)(http://data.ess.tsinghua.edu.cn/fromglc2017v1.html)，時間為2017年，空間分辨率30 m。根據(jù)研究需要和研究區(qū)域?qū)嶋H情況，將土地利用重分類為農(nóng)用地、林地、建設(shè)用地、水域和其他共5類(圖1)。

圖1 研究流域的土地利用和水質(zhì)監(jiān)測點

2 結(jié)果與分析

2.1 河流水質(zhì)基本特征

為從整體上了解研究河段的水質(zhì)狀況，對研究河段5個水質(zhì)項目的逐月監(jiān)測結(jié)果進行描述統(tǒng)計(表1)。研究河段TP、NH3-N、KMnO4和DO的平均值分別為0.16、1.50、2.45、5.32 mg·L-1，對照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)，分別符合Ⅲ類、Ⅲ類、Ⅱ類和Ⅲ類水質(zhì)的限量要求。同時，對每個水質(zhì)項目的監(jiān)測結(jié)果進行評價，計算其水質(zhì)類別構(gòu)成(表2)。結(jié)果表明：TP以Ⅲ類為主，比例為67%；NH3-N以Ⅴ類和Ⅳ類為主，比例分別為46%和36%；KMnO4以Ⅱ類為主，比例為69%；DO以Ⅲ類和Ⅳ類為主，比例分別為43%和35%。pH的變異系數(shù)僅為4%，指示其時間變異較小，其余水質(zhì)項目的變異系數(shù)在18%～34%，指示具有中等程度的時空變異?？偟膩碚f，該主河道已從整體上消除了劣Ⅴ類水體，目前主要污染物是NH3-N，有6%的比例為劣Ⅴ類水體。2017年，浙江省深化推進“五水共治”，開展全面剿滅劣Ⅴ類水攻堅戰(zhàn)[9]。本研究對溫瑞塘河主河道水質(zhì)的實測結(jié)果也在一定程度上反映了當?shù)氐乃廴痉乐纬尚А?/p>

表1 研究河段各水質(zhì)項目的描述性統(tǒng)計

表2 研究河段各水質(zhì)項目的水質(zhì)類別構(gòu)成

2.2 河流水質(zhì)的空間差異性

由于土地利用、污染來源、水文條件等存在空間異質(zhì)性，河流水質(zhì)的空間異質(zhì)性是普遍存在的[10-11]。為了解研究河段水質(zhì)的空間差異性，統(tǒng)計各水質(zhì)監(jiān)測點各水質(zhì)項目的年均值，并對照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)進行水質(zhì)評價。在6個監(jiān)測點中，TP和KMnO4分別全部符合Ⅲ類和Ⅱ類水質(zhì)要求，NH3-N分別有2個和4個監(jiān)測點符合Ⅳ類和Ⅴ類水質(zhì)要求，DO分別有1個和5個監(jiān)測點分別符合Ⅳ類和Ⅲ類水質(zhì)要求(表3)。在不考慮NH3-N的情況下，所有水質(zhì)監(jiān)測點的水質(zhì)基本上符合或優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)要求；在考慮NH3-N的情況下，研究河段以Ⅴ類水質(zhì)為主。使用單因素方差分析對各個水質(zhì)監(jiān)測點的各項水質(zhì)指標均值進行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，S5的TP濃度顯著高于S6，S3的DO濃度顯著大于S1，除此之外，相同水質(zhì)項目在不同水質(zhì)監(jiān)測點之間不存在顯著性差異?？偟膩砜?，該主河道的水質(zhì)空間差異性不顯著。

表3 各水質(zhì)監(jiān)測點各水質(zhì)項目的年均濃度和水質(zhì)類別

2.3 河流水質(zhì)的季節(jié)差異性

河流徑流量受降水量影響，同時降雨-徑流也決定著地表污染物，特別是面源污染物的遷移入河過程[12]。一般地，以點源污染為主的河流枯水期污染程度較大，以面源污染為主的河流豐水期污染程度較大[13]。為檢定河流水質(zhì)是否存在季節(jié)差異性，統(tǒng)計了研究河段各項水質(zhì)項目的月平均濃度，以及研究區(qū)域當年的月降水量，一并進行比較(表4)。皮爾遜(Pearson)相關(guān)性分析結(jié)果(表5)表明，DO濃度與月降水量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系(r=0.618，P<0.05)，而其余水質(zhì)項目與月降水量并無顯著相關(guān)性。此外，DO濃度與NH3-N濃度之間存在顯著的負相關(guān)關(guān)系(r=-0.676，P<0.05)。在降水量充沛的季節(jié)，河流徑流量增加，有利于提升水體DO濃度[14-15]。DO濃度的增加，在一定程度上促進了硝化作用，有利于削減NH3-N[16-17]。鑒于月降水量與TP、NH3-N和KMnO4不存在顯著的相關(guān)性，初步判定該河段受點源污染和面源污染的綜合影響。

表4 研究河段2018年各水質(zhì)項目月均濃度和研究區(qū)域當月降水量

表5 研究河段各水質(zhì)項目月均濃度與研究區(qū)域當月降水量的相關(guān)性

3 小結(jié)與討論

本研究表明，經(jīng)過“清三河”行動、剿滅劣Ⅴ類水體行動、“污水零直排區(qū)”建設(shè)行動等，溫瑞塘河主河道水質(zhì)得到了改善，已基本消除劣Ⅴ類水體。溫瑞塘河主河道水質(zhì)空間差異不顯著。分析其原因，可能是平原河網(wǎng)水系連通，導致不同河道之間存在交叉污染。溫瑞塘河主河道水質(zhì)季節(jié)差異亦不顯著。分析其原因，可能是因為該區(qū)域受到多種污染源的復(fù)合污染。因此，防止溫瑞塘河水質(zhì)反彈是未來的工作重點之一。

自2013年以來，溫州市積極推進“五水共治”，先后開展了“清三河”行動、剿滅劣Ⅴ類水體行動、“污水零直排區(qū)”建設(shè)行動等。本文在剿滅劣Ⅴ類水行動完成的背景下，對溫瑞塘河主河道進行持續(xù)1 a多的逐月水質(zhì)監(jiān)測，經(jīng)過分析，主要得出3點結(jié)論。第一，研究河段已達成水質(zhì)改善目標。水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，研究河段整體上消除了劣Ⅴ類水體，目前的主要污染物是NH3-N，但也僅有6%的比例為劣V類。這在一定程度上體現(xiàn)了當?shù)厮廴痉乐蔚某尚?。第二，研究河段水質(zhì)空間異質(zhì)性不顯著。水質(zhì)評價結(jié)果和均值比較結(jié)果均表明，該主河道的水質(zhì)空間差異性不顯著。分析其主要原因，可能是平原河網(wǎng)存在河道密集交錯、水流流向不定等特點，不同河段之間存在顯著的水力連通性，不同河段之間的污染能夠相互影響[18-19]。這意味著，如果只從局部上對個別河道進行治理，而不同時對相連河道進行治理，治理效果將會大打折扣。第三，研究河段水質(zhì)的季節(jié)差異性不顯著。相關(guān)性分析結(jié)果表明，TP、NH3-N和KMnO4的月平均濃度與月降水量間不存在顯著的相關(guān)性。分析其主要原因，可能是研究河道周邊地區(qū)污染源比較復(fù)雜，工業(yè)用地、新建住宅區(qū)、城中村、農(nóng)用地等多種用地并存，污染來源復(fù)雜，這也意味著其治理難度較大[20-21]。總的來說，隨著《水污染防治行動計劃》的推進，當?shù)赝度肓舜罅康娜肆?、物力和財力開展水污染防治工作，在很大程度上改善了水質(zhì)，如何防止水質(zhì)反彈將是未來水污染防治的工作重點之一。

平原河網(wǎng)地區(qū)的水污染防治歷來都是難題。平原河網(wǎng)治水之難，難在人口密集、地勢平坦、河網(wǎng)眾多、污染源強度高、水體交換能力弱、水環(huán)境容量小、生態(tài)補水缺乏等[18,22-23]。為此，針對平原河網(wǎng)水質(zhì)的實際情況和未來水質(zhì)改善的需要，特提出以下對策建議。第一，堅持連片治理。以往的水污染治理工程大多以單一河道為施工范圍，相互獨立實施，呈離散化特征。正在治理的河道受附近未治理河道的影響，導致治理效果大打折扣。未來的水污染防治工作，應(yīng)以片區(qū)或子流域為單位，堅持連片治理。第二，堅持水陸共治。以往的水污染治理工程主要針對河道本身展開。在岸上污染源尚未得到根本性控制的情況下，僅僅針對河流本身開展治理工程，只能達到治標的效果。因此，要開展水陸協(xié)同治理，才能實現(xiàn)水質(zhì)的根本性改善。第三，注重生態(tài)恢復(fù)。現(xiàn)有河流生態(tài)治理主要側(cè)重于水環(huán)境因子的改善，對水體的生態(tài)修復(fù)還未給予足夠的重視。應(yīng)采取“外源污染控制—河流水質(zhì)提升—河流生態(tài)功能恢復(fù)”的綜合治理措施，以實現(xiàn)水質(zhì)提升和生態(tài)恢復(fù)的協(xié)同。未來，要注重河流的生態(tài)功能恢復(fù)，重點研究水生植物、水生動物和微生物生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)技術(shù)，并使之形成良性關(guān)系，在恢復(fù)河流生態(tài)健康的同時穩(wěn)步改善水質(zhì)。第四，完善長效機制。鞏固治水成果離不開長效機制的建立和完善。實際上，各地歷來重視河道治理工程的長效管理。例如，2015年，浙江發(fā)布《關(guān)于進一步落實“河長制”完善“清三河”長效機制的若干意見》，對推進治水工作和鞏固治水成果發(fā)揮了重大作用。但是，“河長制”主要聚焦于人力，今后還要重視相應(yīng)的科技支撐，基于水質(zhì)實時監(jiān)測、污染實時監(jiān)控、突發(fā)污染溯源等關(guān)鍵技術(shù)，建立智能的長效維管系統(tǒng)，以進一步完善長效機制。