流域污染分異特征及成因分析

林蘭鈺，羅海江，李 茜，張鳳英，周 磊，史 宇，張殷俊

中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

水是生物體內(nèi)一切物質(zhì)交換的媒介，是人類生存不可或缺的自然資源，水資源是維系地球生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的首要條件。人類發(fā)展歷史上的大部分時間都在利用和破壞著水資源，且未意識到水資源的有限性是需要保護的，如今，人類面臨較為嚴重的水資源危機的威脅［1］。隨著人類的發(fā)展和大規(guī)模水污染事件［2-5］的發(fā)生，人們深刻認識到保護水資源的重要性和緊迫性，各國都在積極探索和實施不同政策和措施保護水資源［6-12］。

中國人口眾多，人均水資源相對匱乏［13］。隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境代價日趨體現(xiàn)，水環(huán)境質(zhì)量在一定程度上出現(xiàn)惡化［14］。經(jīng)過長期的污染減排和治理，中國的地表水水質(zhì)總體有所改善［15］，但截至 2013 年仍處于輕度污染狀態(tài)［16］，部分斷面和河段長期為劣Ⅴ類水質(zhì)，個別斷面水質(zhì)有惡化趨勢，形勢仍不容樂觀。準(zhǔn)確判斷地表水環(huán)境形勢和污染特征，分析其原因，對于加強流域保護，改善水環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

分析2013年全國地表水的污染現(xiàn)狀，梳理存在的環(huán)境問題，結(jié)合水資源狀況、污染排放、經(jīng)濟發(fā)展等分析了全國流域水污染特征成因。

1 數(shù)據(jù)來源

全國地表水十大流域水質(zhì)數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境狀況公報［16］和中國環(huán)境質(zhì)量報告［17］，水資源數(shù)據(jù)來源于中國水資源公報［18］，廢水及主要污染物排放、行業(yè)排放、農(nóng)業(yè)面源污染、社會經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境統(tǒng)計年報［19-20］。

2 水體水質(zhì)分析

2.1 流域水質(zhì)差異較大

2013年全國十大流域水質(zhì)狀況如圖1所示。

圖1 2013年十大流域水質(zhì)狀況

從圖1來看，2013年全國地表水十大流域中，西南諸河、西北諸河和珠江流域水質(zhì)均為優(yōu)，Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例均高于90%;長江流域和浙閩片河流水質(zhì)均為良好，Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例均介于85% ～90%之間;淮河、黃河、松花江和遼河流域均為輕度污染，Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面比例均介于45%～60%之間，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例均介于5% ～20%之間;海河流域為中度污染，Ⅰ～Ⅲ類和劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例均為39．1%。

2.2 多數(shù)流域的城市河段污染較重

2013年全國重度污染城市河段統(tǒng)計狀況如表1所示。

表1 2013年全國重度污染城市河段統(tǒng)計

由表1可見，2013年十大流域164個城市河段中，有17個河段為劣Ⅴ類水質(zhì)，處于重度污染狀態(tài)，占全部城市河段的10．4%。從空間特征看，重度污染的城市河段分布于海河、珠江、黃河、西北諸河、松花江、淮河和長江7個流域，其中海河、珠江和黃河流域重度污染的城市河段比例較高，分別為 42．9%、25．0%和 20．0%。

2.3 重度污染水質(zhì)斷面集中分布

2013年十大流域705個國控斷面中，有63個斷面為劣Ⅴ類水質(zhì)，重度污染。從空間分布看，多集中分布于海河、淮河和黃河中下游地區(qū)，共有46個劣Ⅴ類水質(zhì)斷面，占劣Ⅴ類水質(zhì)總斷面數(shù)的73．0%。海河、淮河和黃河流域分別有劣Ⅴ類水質(zhì)斷面25、11、10個，主要分布在華北和華東地區(qū)，其中河北、山東、河南、山西和安徽分別有11、7、6、6、5 個。

3 環(huán)境壓力分析

3.1 水資源過度利用是流域污染重要原因之一

3.1.1 水資源狀況

中國的淡水資源總量約為28 000億立方米，占全球水資源總量的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第4位，但人均淡水資源總量只有2 300 m3，僅為世界平均水平的1/4、美國的1/5，在世界上名列121位，是全球人均水資源最貧乏的國家之一。

2012年全國十大流域水資源分布情況如圖2所示。

圖2 2012年十大流域水資源分布情況

從圖2來看，2012年十大流域水資源量從高到低依次為長江流域(10 807.0億立方米)、西南諸河(5 256.2億立方米)、珠江流域(5 077.2億立方米)、浙閩片河流(2 749.4億立方米)、松花江流域(1 537.2億立方米)、西北諸河(1 430.4億立方米)、黃河流域(771.8億立方米)、淮河流域(746.2億立方米)、遼河流域(716.9億立方米)、海河流域(436.7億立方米)。其中，海河、遼河、淮河和黃河流域水資源量較少，分別占十大流域總量的 1．5%、2．4%、2．5%和 2．6%。

從單位面積水資源量分布看，西北諸河、黃河、海河、淮河和松花江流域單位面積水資源量分別為 4.3、9.7、13.7、27.2、27.6 億立方米/萬平方千米，分別為十大流域的倒數(shù)第1～5位。從人均水資源量看，海河、淮河、黃河和遼河流域人均水資源量分別為 527、750、1 337、2 048 m3，均遠低于全國平均水平。

水資源量不足導(dǎo)致水體自凈能力差，影響水質(zhì)改善，是流域污染的重要原因之一。

3.1.2 水資源利用

2012年全國十大流域水資源利用情況如圖3所示。

圖3 2012年十大流域水資源利用情況

從圖3來看，淮河和海河流域水資源利用率均高達85%以上，黃河和西北諸河均為50%左右，松花江和遼河流域均為30%左右，長江和珠江流域均接近20%。國際上一般認為，對一條河流的開發(fā)利用不能超過其水資源量的40%，而中國十大流域中有4個流域已經(jīng)超過40%的合理限度，尤其是淮河和海河流域遠超40%。

2012年全國十大流域用水情況如表2所示。

表2 2012年全國十大流域用水情況

2012年全國總用水量6 131．2億立方米。由表2可見，農(nóng)業(yè)用水最多，占63．6%;其次為工業(yè)用水和生活用水，分別占22．5%和12．1%;生態(tài)環(huán)境補水(僅包括人為措施供給的城鎮(zhèn)環(huán)境用水和部分河湖、濕地補水)占1．8%。從各流域看，僅浙閩片河流、長江和珠江流域農(nóng)業(yè)用水比例低于全國平均水平，分別為 44．6%、50．3%和58.9%;其他流域均高于全國平均水平，其中西北諸河最高，占到92．9%，其余流域農(nóng)業(yè)用水比例介于65%～85%之間。

在各省級行政區(qū)中，用水量大于400億立方米的有新疆、江蘇和廣東3個省份，用水量少于50億立方米的有天津、青海、西藏、北京和海南5個省份。農(nóng)業(yè)用水占總用水量75%以上的有新疆、西藏、寧夏、黑龍江、青海、甘肅和海南7個省份，工業(yè)用水占總用水量35%以上的有上海、重慶、福建和江蘇4個省份，生活用水占總用水量20%以上的有北京、天津、上海、重慶、廣東和浙江6個省份。

2012年，全國人均綜合用水量為454 m3，萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值(當(dāng)年價)用水量為118 m3。農(nóng)田實際灌溉畝均用水量為404 m3，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0．516，萬元工業(yè)增加值(當(dāng)年價)用水量為69 m3。

各省級行政區(qū)的用水指標(biāo)值差別很大。從人均用水量來看，大于600 m3的有新疆、寧夏、西藏、黑龍江、內(nèi)蒙古、江蘇和廣西7個省份;小于300 m3的有天津、北京、山西和山東等9個省份。從萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值用水量看，新疆最高，為786 m3;小于100 m3的有北京、天津、山東、浙江等12個省份，其中天津和北京分別為18、20 m3。

3.2 流域納污量居高不下制約水質(zhì)改善

3.2.1 廢水及主要污染物排放

2005—2013年全國廢水及主要污染物排放情況見表3。中國從2011年開始增加農(nóng)業(yè)源的排放統(tǒng)計，為保證數(shù)據(jù)可比性，此處統(tǒng)計范圍僅包含工業(yè)和生活。

表3 2005—2013年全國廢水及主要污染物排放情況

由表3可見，2013年與2005年相比，全國廢水排放量由524．5億噸升至694．9億噸，增幅為32．5%;廢水中COD 由1 414．0 萬噸降至1 209．3萬噸，降幅為14．5%;氨氮排放量由149．8萬噸升至166．0萬噸，增幅為10．8%。廢水排放量呈逐年上升趨勢，雖然近年來各項污染物排放量均出現(xiàn)下降趨勢，但排放總量依然較高，水體自身的自凈能力已經(jīng)較弱，部分區(qū)域排放量遠大于環(huán)境容量，長年居高不下的污染排放累積效應(yīng)嚴重影響水質(zhì)改善。

2012年全國十大流域生活污水排放比例如圖4所示。

圖4 2012年十大流域生活污水排放比例

從工業(yè)和生活污水排放結(jié)構(gòu)看，生活污水占主要部分且占比逐年上升。十大流域2012年共接納廢水排放量684．2億噸，其中生活污水接納量為462．6億噸，占67．6%。各流域生活污水接納量占流域廢水接納量的比例為 53．1% ～72.6%，廢水來源均以生活污水為主。從COD來看，全國生活源COD排放比例平均為72．9%，除西北諸河為39．2%外，其他流域均超過55%。從氨氮來看，全國生活源氨氮排放比例平均為84.6%，除淮河為39．2%、西北諸河為59．6%外，其他流域均超過75%。綜上，生活源排放在各大流域幾乎全部超過工業(yè)源排放。究其原因，一方面由于近年來的工業(yè)污染減排有成效，減少了工業(yè)源的排放;另一方面由于生活源排放未得到有效治理，導(dǎo)致排放比例居高不下，應(yīng)引起足夠重視。

2012年全國十大流域水資源量和單位水資源量納污情況見表4。

表4 2012年全國十大流域水資源量、單位水資源量納污量對比表

水資源量小與納污量大的矛盾加劇了部分流域的污染。由表4可知，海河、淮河和黃河流域2012年分別接納廢水排放量72.0、95.1、43.5億噸，接納COD 為 93．4、153．2、104．1 萬噸，接納氨氮 23.2、19.2、18．4萬噸。3個流域僅有十大流域6.6%的水資源量，但接納了全國30．8%的廢水排放量、28．0%的COD排放量和24．1%的氨氮排放量。

3.2.2 行業(yè)排放

2012年全國重點流域工業(yè)廢水排放量行業(yè)構(gòu)成情況見表5。

表5 2012年全國重點流域工業(yè)廢水排放量行業(yè)構(gòu)成

從產(chǎn)業(yè)布局看，全國重點流域中，工業(yè)企業(yè)污染排放的行業(yè)集中性強，重污染行業(yè)集聚，而重污染行業(yè)集聚地區(qū)的污染治理措施不到位，給流域水質(zhì)改善帶來壓力。由表5可見，2012年全國重點工業(yè)企業(yè)廢水排放量由高到低居前5位的行業(yè)依次為造紙和紙制品業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、紡織業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)、煤炭開采和洗選業(yè)，5個行業(yè)廢水排放量總和占全國重點工業(yè)企業(yè)廢水排放總量的56．8%。

從流域看，2012年海河廢水排放量位于前4位的行業(yè)為造紙和紙制品業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、紡織業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)，4個行業(yè)的廢水排放量為12．9億噸，占排放總量的54．8%，也是主要污染物排放量最大的行業(yè);4個行業(yè)的COD和氨氮的排放量分別占排放總量的60．7%和61．3%。但這4個行業(yè)的經(jīng)濟效益貢獻并不大，以海河流域的河北省為例，2012年河北省這4個行業(yè)的總產(chǎn)值僅為全省工業(yè)總產(chǎn)值的13．4%，與其較大的污染貢獻率不相符，應(yīng)成為污染治理的重點行業(yè)。從淮河流域看，廢水排放量位于前4位的行業(yè)為煤炭開采和洗選業(yè)、造紙和紙制品業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)，4個行業(yè)的廢水排放量為12．4億噸，占排放總量的62．2%。

3.2.3 農(nóng)業(yè)面源污染

2011年開始，中國增加農(nóng)業(yè)源排放情況統(tǒng)計。2011—2013年全國廢水中COD和氨氮排放組成見表6。

表6 2011—2013年全國廢水中COD和氨氮排放組成 萬噸

由表6可見，2011—2013年農(nóng)業(yè)源COD年排放量均超過1 100萬噸，幾乎相當(dāng)于各年度工業(yè)源和生活源COD排放的總和，約占到當(dāng)年COD排放總量的1/2;農(nóng)業(yè)源氨氮排放量相當(dāng)于各年度工業(yè)源和生活源氨氮排放總量的50%，約占到當(dāng)年氨氮排放總量的1/3。大量的面源排放嚴重影響了流域水質(zhì)。

海河、淮河和黃河中下游地區(qū)是中國重要產(chǎn)糧區(qū)，其中主要省份河南、山東、河北和安徽2012年的耕地面積分別占全國的6．5%、6.2%、5．2%和4．7%。流域內(nèi)農(nóng)業(yè)化肥施用量和農(nóng)藥使用量巨大，2012年河南、山東、河北和安徽的化肥施用量分別為 684．4、476．3、329．3、333．5 萬噸，其中河南的農(nóng)業(yè)化肥施用量占全國農(nóng)業(yè)化肥施用總量的近1/8，單位耕地面積化肥施用量達到684．4 kg/hm2，山東農(nóng)業(yè)化肥施用量也占到近1/12，單位耕地面積化肥施用量達到476．3 kg/hm2;2011年，河南、山東、河北和安徽的農(nóng)藥使用量分別為12．9、16.5、8．3、11．8 萬噸，山東的農(nóng)藥使用量占全國農(nóng)藥使用總量的近1/10，河南占近1/14，安徽占近1/15(圖5)。

圖5 2012年主要產(chǎn)糧區(qū)各省農(nóng)業(yè)化肥施用情況

農(nóng)藥噴灑和化肥大量使用，通過地表徑流、土壤中流和地下滲漏等途徑進入水體，進而造成了這些流域較為嚴重的面源污染。2012年，海河、淮河和黃河流域接納農(nóng)業(yè)污染物流失總量中，接納COD、氨氮、總氮和總磷之和分別為443．2、27.1、185．6、19．9 萬噸，分別占十大流域接納總量的38．4%、33．6%、41．1%和 40．7%，而 3 個流域水資源量總和所占比重僅6．6%。農(nóng)業(yè)面源污染勢必對流域水環(huán)境質(zhì)量造成嚴重影響。

3.3 產(chǎn)業(yè)格局與水資源配置格局匹配度低

3．3．1 經(jīng)濟社會發(fā)展

海河、淮河和黃河中下游地區(qū)主要分布在華北和華東，是中國經(jīng)濟發(fā)展水平較高的地區(qū)，工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展給水環(huán)境質(zhì)量帶來巨大壓力。以2012年為例，流經(jīng)的主要省市(北京、天津、河北、山西、安徽、山東、河南和陜西)僅有全國8．7%的水資源量，卻承載了全國35．4%的GDP，以及全國31．9%的人口，水資源配置格局與經(jīng)濟社會發(fā)展布局不匹配的現(xiàn)象突出，造成水資源供需矛盾(圖6)。

圖6 2012年部分省市水資源供需情況

在人口分布方面，海河、淮河和黃河中下游地區(qū)人口密度高，城市化進程較快，主要省份均為人口大省。山東、河南、河北和山西2012年的人口總量分別占全國總?cè)丝诘?．2%、6．9%、5．4%和2．7%，而這些省份的水資源量僅為全國水資源總量的0．4% ～1．3%。

工業(yè)的高速發(fā)展和人口的集聚帶來了用水量的上漲，加劇了水資源供需矛盾。河南的工業(yè)和生活用水量分別占全國的4．3%和4．2%，山東的工業(yè)和生活用水量分別占全國的2．0%和4．3%，而這2個省份的水資源總量均僅為全國的0.9%。

3．3．2 第二產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重

2012年中國主要產(chǎn)糧區(qū)各省市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 2012年主要產(chǎn)糧區(qū)各省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

從圖7來看，海河、淮河和黃河中下游地區(qū)主要省市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，經(jīng)濟發(fā)展過多依賴于工業(yè)，第二產(chǎn)業(yè)比重較高，除北京外，其他主要省市的第二產(chǎn)業(yè)比重均超過50%，均高于全國平均水平。其中，河南、陜西、山西和安徽第二產(chǎn)業(yè)比重分別高出全國平均值 11．0、10．6、10．3、9．3 個百分點。

4 結(jié)論

1)中國地表水區(qū)域性污染較為集中。十大流域水質(zhì)差異較大;多數(shù)流域的城市河段出現(xiàn)重度污染，尤以海河、珠江和黃河流域重度污染的城市河段比例較高;重度污染的斷面集中分布在海河、淮河和黃河中下游地區(qū)。

2)水資源缺乏和過度利用是導(dǎo)致流域污染的重要原因之一。各流域水資源量存在較大差異，海河、遼河、淮河和黃河流域水資源量較少，僅占十大流域總量的9%，其人均水資源量均遠低于全國平均水平;淮河、海河和黃河流域水資源利用率介于50% ～87%之間，均已超過國際公認的合理限度。

3)流域納污量常年居高不下制約水質(zhì)改善。全國廢水排放量逐年上升，COD和氨氮各有增減，氮排放量依然較高;其中工業(yè)源排放有所減少，但生活源排放居高不下，其排放量幾乎全部高于工業(yè)源，是污染主要來源。海河、淮河和黃河流域單位水資源量納污量大導(dǎo)致流域污染較重。

4)2011年開展的農(nóng)業(yè)源排放統(tǒng)計結(jié)果顯示，COD農(nóng)業(yè)源排放量幾乎相當(dāng)于工業(yè)和生活源的總和，氨氮農(nóng)業(yè)源排放量幾乎相當(dāng)于工業(yè)和生活源的50%。加之海河、淮河和黃河中下游地區(qū)作為中國的重要產(chǎn)糧區(qū)，每年流域內(nèi)農(nóng)業(yè)化肥施用量和農(nóng)藥使用量巨大，勢必對流域水環(huán)境質(zhì)量造成嚴重影響。

5)水資源配置格局與經(jīng)濟社會發(fā)展布局不匹配造成水資源供需矛盾。海河、淮河和黃河中下游地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展較快、工業(yè)化和城市化快速發(fā)展，人口密度較高，且第二產(chǎn)業(yè)比重較高;但其水資源量較少，水資源利用過度。發(fā)展和資源之間的矛盾造成流域內(nèi)水資源的過度利用，影響水環(huán)境的改善和治理。

［1］莫杰．21世紀人類的水危機［J］．科學(xué)，2013，65(5):44-47．

［2］韓曉剛，黃廷林．我國突發(fā)性水污染事件統(tǒng)計分析［J］．水資源保護，2010，26(1):84-86，90．

［3］陳飛，王羅春，武文燕，等．2006—2012年中國城市水源地突發(fā)性水污染事件的統(tǒng)計分析［J］．上海電力學(xué)院學(xué)報，2014，30(1):62-68．

［4］崔偉中，劉晨．松花江和沱江等重大水污染事件的反思［J］．水資源保護，2006，22(1):1-4．

［5］戚平平，劉亮，蘇乃洲，等．我國水體突發(fā)性污染事故不完全統(tǒng)計分析［J］．濟南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2014，28(5):335-341．

［6］郭煥庭．國外流域水污染治理經(jīng)驗及對我們的啟示［J］．環(huán)境保護，2001(8):39-40．

［7］李保剛，周克梅，林濤，等．水源地保護及突發(fā)性水污染事件預(yù)警應(yīng)急的研究與實施進展［J］．水資源保護，2008，24(1):87-91．

［8］史虹．泰晤士河流域與太湖流域水污染治理比較分析［J］．水資源保護，2009，25(5):90-97．

［9］ Xavier G，Melanie M，Anna R，et al．Attitudes and behaviours towards water conservation on the Mediterranean coast:the role of socio-demographic and place-attachment factors［J］．WaterInternational，2013，38(3):283-296．

［10］Masoud Y，Dariush H，Stefan H S，et al．Understanding farmers intention and behavior regarding water conservation in the Middle-East and North Africa:A case study in Iran［J］．Journal of Environmental Management，2014，135:63-73．

［11］Anne H．Pollution and control:a social history of the Thames in the nineteenth century［J］．Medical History，1987，32(2):233-234．

［12］Lawrence E B．The British experience with river pollution，1865-1876［J］．Christopher Hamlin Isis，1994，85(4):707-708．

［13］陳紅書．淺析我國水資源與水污染治理現(xiàn)狀［J］．云南環(huán)境科學(xué)，2003，22(Z1):66-69．

［14］吳舜澤，夏青，劉鴻亮．中國流域水污染分析［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2000，89(2):1-6．

［15］中國工程院，中華人民共和國環(huán)境保護部．中國環(huán)境宏觀戰(zhàn)略研究(綜合報告卷)［M］．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011．

［16］中華人民共和國環(huán)境保護部．2013中國環(huán)境狀況公報［M］．北京:中華人民共和國環(huán)境保護部，2014．

［17］中華人民共和國環(huán)境保護部．2013中國環(huán)境質(zhì)量報告［M］．北京:中國環(huán)境出版社，2014．

［18］中華人民共和國水利部．中國水資源公報(2012)［M］．北京:中國水利水電出版社，2013．

［19］國家環(huán)境保護總局．2005—2006中國環(huán)境統(tǒng)計年報［M］．北京:國家環(huán)境保護總局，2006—2007．

［20］中華人民共和國環(huán)境保護部．2007—2012歷年中國環(huán)境統(tǒng)計年報［M］．北京:中國環(huán)境出版社，2008—2013．