賈魯河鄭州段水環(huán)境承載能力評(píng)估及污染溯源研究

任偉 楊李富 蘇振堯 劉衛(wèi)星 李敏 吳夢(mèng)瑤

摘 要：本文對(duì)賈魯河鄭州段水質(zhì)情況展開(kāi)研究，共設(shè)置調(diào)查斷面7個(gè)，起點(diǎn)位于中原區(qū)化工路橋，終點(diǎn)位于中牟縣李店村，研究共持續(xù)約30 d，期間每7 d采樣分析一次。結(jié)果表明，賈魯河鄭州段的水環(huán)境承載力指數(shù)為92.86%，評(píng)價(jià)結(jié)果為未超載;賈魯河鄭州段水質(zhì)呈現(xiàn)出從上游至下游逐步惡化的趨勢(shì)，與起點(diǎn)處相比，電導(dǎo)率、總磷、高錳酸鹽指數(shù)和總氮的濃度最高分別上升了1.61倍、1.17倍、0.83倍和3.30倍;利用綜合水質(zhì)指數(shù)法對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，污染程度加重了66.58%。經(jīng)過(guò)對(duì)污染物進(jìn)行溯源分析發(fā)現(xiàn)，pH和溶解氧的污染主要來(lái)自水處理藥劑的不合理使用，電導(dǎo)率、總磷、總氮的污染主要來(lái)自污水處理廠排放的中水，氨氮的污染主要來(lái)自未經(jīng)處理的生活污水。

關(guān)鍵詞：賈魯河;承載力;污染溯源;可視化

中圖分類(lèi)號(hào)：X52 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2021）36-0132-05

Water Environment Carrying Capacity Evaluation of Jialu River（Zhengzhou Section）and Research on Pollution Source Traceability

REN Wei1 ? ?YANG Lifu2 ? ?SU Zhenyao1 ? ?LIU Weixing1 ? ?LI Min1 ? ?WU Mengyao1

（1.Henan Institute of Science and Technology Development Strategy，Zhengzhou Henan 450000;

2.China Building Materials Test & Certification Group Beijing Tianyu Co.，Ltd.，Zhengzhou Henan 450100）

Abstract：This paper mainly studies the water quality of the Zhengzhou section of the Jialu River.A total of 7 survey sections are set up.The starting point is located at Huagong road in Zhongyuan District，and the ending point is located at Lidian Village，Zhongmou County.The results show that the water environmental carrying capacity index of the Zhengzhou section of the Jialu River is 92.86%，and the evaluation result is not overloaded;the water quality of the Zhengzhou section of the Jialu River shows a trend of gradual deterioration from upstream to downstream.Compared with the starting point，the conductivity，total phosphorus，and high the highest concentration of manganate index and total nitrogen increased by 1.61 times，1.17 times，0.83 times，and 3.30 times respectively;the comprehensive water quality index method was used to analyze the survey results，and the pollution degree increased by 66.58%，and the pH value and dissolved oxygen pollution Mainly comes from the unreasonable use of chemicals.The pollution of conductivity，total phosphorus and total nitrogen mainly comes from the reclaimed water discharged from the sewage treatment plant，and the pollution of ammonia nitrogen mainly comes from untreated domestic sewage.

Keywords：Jialu River;carrying capacity;pollution traceability;visualization

1 研究區(qū)概況

賈魯河是河南省境內(nèi)除黃河以外最長(zhǎng)、流域面積最廣的河流。河道起點(diǎn)為新密市尖山管委會(huì)神仙洞村，終點(diǎn)為中牟縣韓寺鎮(zhèn)胡辛莊村，鄭州段干流全長(zhǎng)120.83 km，流域面積2 750 km2。賈魯河包含支流12條，分別為賈峪河、九娘娘廟河、索河、須水河、索須河、魏河、徐北溝、石溝、七里河、小清河、堤里小清河和丈八溝[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，賈魯河鄭州段共有大小污水處理廠11座，流域面積僅占淮河流域面積的1/46，但賈魯河的污染負(fù)荷卻占淮河流域總負(fù)荷的1/9，是淮河流域污染最嚴(yán)重的支流之一[2]。

陳停對(duì)賈魯河底泥中氮磷的釋放規(guī)律進(jìn)行了研究，研究表明：溶解氧、溫度和pH影響氮磷的釋放。氨氮是底泥釋放氮元素的主要形式，正磷酸鹽是底泥釋放磷的主要形式[3];周曉靜對(duì)賈魯河河水中氨氮的去除以及沉積物中重金屬污染進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氨氮的去除率受pH影響較大，部分河段受重金屬元素Mn、Co、Cu和Cd的污染較為嚴(yán)重，Cr和Ni則對(duì)所有河段均未造成污染[4];孫捷的研究結(jié)果表明，賈魯河水體呈現(xiàn)明顯的污染特征，且有一定的環(huán)境雌激素毒性效應(yīng)和遺傳毒性[5];劉修英等人則發(fā)現(xiàn)賈魯河鄭州段上游水質(zhì)為Ⅱ類(lèi)或Ⅲ類(lèi)，中游湖泊為Ⅳ類(lèi)，下游為Ⅳ類(lèi)～劣Ⅴ類(lèi);污染溯源結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氨氮、總磷、總氮污染物與污水處理廠有關(guān)，CODCr和高錳酸鹽指數(shù)與未處理的生活污水有關(guān)[6]。

2 研究方法

2.1 點(diǎn)位布設(shè)

依據(jù)《水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（SL 395—2013）及各支流匯入關(guān)系，在賈魯河鄭州段共設(shè)置采樣斷面7個(gè)，其中起點(diǎn)位于中原區(qū)化工路西流湖附近（JC1），終點(diǎn)位于生態(tài)環(huán)境部中牟陳橋斷面處（JC7）;其余各斷面分別為：歡河橋斷面（JC2）、京廣高鐵西北方向約300 m處的景觀橋斷面（JC3）、連霍高速東南約200 m的橋斷面（JC4）、七里河入賈魯河下游約3 000 m的橋斷面（JC5）、石溝入賈魯河下游約400 m的橋斷面（JC6）。點(diǎn)位分布圖如圖1所示。

2.2 水樣采集與分析方法

水樣采集時(shí)間為2021年5月26日、6月3日、6月8日和6月21日，其中6月3日采樣前3 d，鄭州市經(jīng)歷了一場(chǎng)范圍較大的降雨，6月21日采樣前7 d，鄭州市亦經(jīng)歷了一場(chǎng)范圍較大的降雨。

本研究選取pH、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮、溶解氧和電導(dǎo)率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，pH、溶解氧和電導(dǎo)率采用電極法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定，高錳酸鹽指數(shù)采用酸性法測(cè)定。

2.3 綜合水質(zhì)與時(shí)間變化評(píng)價(jià)方法

水質(zhì)評(píng)價(jià)和水質(zhì)空間變化采用綜合水質(zhì)指數(shù)法，該法以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）[7]和單因子指數(shù)為基礎(chǔ)，計(jì)算綜合水質(zhì)指數(shù)和水質(zhì)時(shí)間變化程度。水環(huán)境承載力以生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)方法（試行）》中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行評(píng)價(jià)[8]。

2.3.1 綜合水質(zhì)指數(shù)計(jì)算方法。

①單項(xiàng)水質(zhì)指數(shù)。用各單項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際監(jiān)測(cè)濃度除以該指標(biāo)對(duì)應(yīng)的GB 3838—2002中Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值[7]（電導(dǎo)率和總氮取本次研究所有斷面的平均值作為評(píng)價(jià)依據(jù)）計(jì)算單項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)P（i），具體參照《城市地表水環(huán)境質(zhì)量排名技術(shù)規(guī)定（試行）》（環(huán)辦監(jiān)測(cè)〔2017〕51號(hào)）[9]中相關(guān)規(guī)定。

②綜合水質(zhì)指數(shù)。根據(jù)各單項(xiàng)指標(biāo)的P（i），取其和即為綜合水質(zhì)指數(shù)（[SWQI）]，計(jì)算如式（1）所示。

[SWQI=i=1nP（i）] ? ? ? （1）

式中，SWQI為綜合水質(zhì)指數(shù);P（i）為第i個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù);n為水質(zhì)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

2.3.2 水質(zhì)時(shí)間變化評(píng)價(jià)方法。水質(zhì)隨時(shí)間變化程度根據(jù)時(shí)間變化率T判斷，計(jì)算公式如式（2）所示。

[T=SWQIj+1-SWQIjSWQIj×100%] ? （2）

式中，SWQIj+1為第j+1次調(diào)查時(shí)某斷面的綜合水質(zhì)指數(shù);SWQIj為第j次調(diào)查時(shí)某斷面的綜合水質(zhì)指數(shù);T為時(shí)間變化率。

T為負(fù)值時(shí)表明水質(zhì)好轉(zhuǎn)，為正值時(shí)表面水質(zhì)變差。∣T∣≤10，水質(zhì)基本無(wú)變化;10<∣T∣≤20，水質(zhì)輕微變化;∣T∣>20，水質(zhì)顯著變化[6]。

3 結(jié)果分析

3.1 水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)情況

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，2021年度賈魯河考核標(biāo)準(zhǔn)為地表水Ⅳ類(lèi)。以本次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，計(jì)算得到的Rc值為92.86%，評(píng)價(jià)結(jié)果為未超載。在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，JC2斷面與JC7斷面于6月3日采樣中均超標(biāo)一次，JC2斷面超標(biāo)因子為氨氮和總磷，JC7斷面超標(biāo)因子為總磷;JC5斷面在5月26日和6月3日采樣中各超標(biāo)一次，超標(biāo)因子分別為pH和總磷。

3.2 污染分布和變化情況

以本次監(jiān)測(cè)獲得的28組pH、溶解氧、電導(dǎo)率、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總氮的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)（如表1所示），依據(jù)前文所述的計(jì)算公式（1），分別計(jì)算單項(xiàng)水質(zhì)指數(shù)和綜合水質(zhì)指數(shù)。最后，以4次監(jiān)測(cè)結(jié)果的平均值作為計(jì)算基礎(chǔ)，得出平均污染指數(shù)，具體如圖2所示。所有斷面和頻次的平均污染指數(shù)為4.739。水質(zhì)隨時(shí)間變化程度按公式（2）計(jì)算，結(jié)果如表2所示。

由圖2可知，賈魯河鄭州段的污染程度呈現(xiàn)上升、下降、稍上升的趨勢(shì)。本次調(diào)查期間，平均污染程度最大點(diǎn)出現(xiàn)在JC4斷面，與起點(diǎn)的JC1斷面相比，污染程度加重了66.58%。污染程度單次最大點(diǎn)出現(xiàn)在5月26號(hào)的JC5斷面，與JC1斷面相比，污染程度加重了93.31%。

由表2可知，6月水質(zhì)較5月相比，均有不同程度好轉(zhuǎn)，其中明顯好轉(zhuǎn)的斷面有6月8日的JC1斷面和JC2斷面;持續(xù)好轉(zhuǎn)的斷面有JC3斷面、JC6斷面和JC7斷面。水質(zhì)穩(wěn)定性方面，JC1斷面與JC2斷面穩(wěn)定性較差，JC3斷面與JC4斷面穩(wěn)定性較好。

3.3 污染原因

通過(guò)對(duì)賈魯河鄭州段進(jìn)行采樣分析，發(fā)現(xiàn)污染的主要原因有以下幾方面。

3.3.1 水源水質(zhì)不穩(wěn)定。JC1斷面的水質(zhì)波動(dòng)性較大，主要原因在于外部生態(tài)補(bǔ)水水質(zhì)穩(wěn)定性欠佳。

3.3.2 外部環(huán)境的影響。污水入河、大氣降水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及岸邊人類(lèi)活動(dòng)等都可能引起局部水質(zhì)變化，JC2斷面附近河道易受外部環(huán)境影響，水質(zhì)穩(wěn)定性差。JC5斷面則受上游匯入的金水河、十七里河、潮河、花馬溝等支流的影響。

3.3.3 流入河流中水的影響。賈魯河共收納了鄭州市11座污水處理廠排放的再生水，占鄭州市污水總量的85%以上。與天然水水質(zhì)相比，再生水水質(zhì)整體較差。因此，從JC2斷面開(kāi)始，賈魯河水質(zhì)呈現(xiàn)逐步變差的趨勢(shì)。

3.4 污染溯源分析

3.4.1 pH與溶解氧溯源。本次調(diào)查期間，pH與溶解氧異常點(diǎn)均出現(xiàn)在JC5斷面處。原因在于上游匯入的七里河、潮河等支流上存在不合理使用水處理藥劑的情況，導(dǎo)致JC5斷面處的pH與溶解氧異常上升。

3.4.2 電導(dǎo)率與總磷溯源。通過(guò)對(duì)電導(dǎo)率和總磷的變化趨勢(shì)以及沿河分布情況進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率和總磷的污染主要來(lái)自污水處理廠。與起點(diǎn)相比，在再生水排放入河后，電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)數(shù)值顯著上升，且有隨著覆蓋的污水處理廠數(shù)量增多，監(jiān)測(cè)數(shù)值逐步增大的趨勢(shì)。此外，JC7斷面的電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)數(shù)值與馬頭崗污水處理廠排放中水相近也是有利的證據(jù)。

鄭州市多數(shù)污水處理廠使用氧化溝工藝，這種工藝對(duì)水中總磷處理效果較差。在以往監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，賈魯河二級(jí)支流潮河等河流總磷超標(biāo)情況明顯。因此，總磷污染主要來(lái)自于污水處理廠。此外，降雨將地面含磷物質(zhì)沖刷入河也是導(dǎo)致總磷超標(biāo)的原因之一，6月3日多數(shù)斷面總磷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)明顯大于其他時(shí)間，也證實(shí)了此說(shuō)法。

3.4.3 總氮與高錳酸鹽指數(shù)溯源?？偟c高錳酸鹽指數(shù)的變化規(guī)律與電導(dǎo)率高度一致。因此，筆者認(rèn)為這兩種污染物也主要來(lái)自于污水處理廠。生活污水中的氨氮等含氮污染物經(jīng)過(guò)污水處理廠處理后，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈獨(dú)饣蛳鯌B(tài)氮，從而出現(xiàn)總氮升高、氨氮下降的現(xiàn)象。河流中的水生植物還可以進(jìn)一步對(duì)含氮化合物進(jìn)行利用，從而完成河流的自?xún)簟＿@就出現(xiàn)了總氮濃度先上升后下降的現(xiàn)象。

3.4.4 氨氮溯源與其他幾種污染物相比，氨氮的沿河變化呈現(xiàn)出的趨勢(shì)更為復(fù)雜。總體來(lái)說(shuō)，JC5斷面的氨氮污染較重。氨氮是未經(jīng)處理的生活污水的特征污染物，污水直接入河可導(dǎo)致河水中氨氮污染程度顯著上升。因此，可認(rèn)為氨氮主要來(lái)自于直接入河的未經(jīng)處理的生活污水。JC5斷面上游附近匯入的七里河水系中的金水河、潮河、熊兒河、花馬溝等長(zhǎng)期受污水直排入河的影響，水質(zhì)時(shí)常為劣Ⅴ類(lèi)。此外，降雨導(dǎo)致的雨污混排在一定程度上加重了氨氮的污染。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本次調(diào)查采樣共持續(xù)約30 d，期間每7 d采樣1次，最終完成了7個(gè)斷面樣品的采集，共采集樣品28組。樣品經(jīng)第三方實(shí)驗(yàn)室分析，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)等方法進(jìn)行綜合分析，得出以下結(jié)論。

①賈魯河鄭州段水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)為未超載。以本次調(diào)查的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，計(jì)算得到的承載力指數(shù)為92.86%，評(píng)價(jià)結(jié)果為未超載。

②賈魯河鄭州段水質(zhì)從上游至下游逐步惡化。運(yùn)用綜合水質(zhì)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，賈魯河水質(zhì)從上游至下游逐步惡化，以JC1～JC4斷面河段惡化速度最快。與起點(diǎn)處相比，電導(dǎo)率、總磷、高錳酸鹽指數(shù)和總氮的濃度最高分別上升了1.61倍、1.17倍、0.83倍和3.30倍，污染程度加重了66.58%。

③賈魯河鄭州段6月水質(zhì)較5月有所好轉(zhuǎn)。進(jìn)入6月后，除個(gè)別斷面水質(zhì)出現(xiàn)偶發(fā)惡化情況外，多數(shù)斷面水質(zhì)持續(xù)好轉(zhuǎn)。這是因?yàn)橛昙镜絹?lái)，大氣降水量增大，雨水對(duì)入河的中水進(jìn)行了稀釋?zhuān)瑢?dǎo)致污染程度減輕。

④電導(dǎo)率、總磷等污染來(lái)源于污水處理廠尾水。通過(guò)對(duì)污染物濃度分布情況、變化規(guī)律以及對(duì)污染程度的貢獻(xiàn)率大小等綜合分析后發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率、總磷、高錳酸鹽指數(shù)和總氮的主要污染來(lái)源為污水處理廠的尾水。

⑤氨氮污染主要來(lái)源于未經(jīng)處理的生活污水。從氨氮的沿河分布情況與變化規(guī)律分析，氨氮污染主要來(lái)源于未經(jīng)處理的生活污水。此問(wèn)題在七里河支流較為突出，可能與金水河、十七里河、潮河、花馬溝等二級(jí)支流沿岸排污有關(guān)。此外，高新區(qū)的JC2斷面附近排污情況也較為突出。

⑥部分治理措施有負(fù)面作用。七里河入賈魯河附近水質(zhì)溶解氧監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常上升，pH超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限值。推測(cè)可能與不合理使用處理藥劑有關(guān)。

4.2 建議

針對(duì)本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出以下建議。

4.2.1 加大截污治污力度，杜絕污水入河。本次調(diào)查過(guò)程中，雖未在賈魯河干流發(fā)現(xiàn)明顯排污口，但針對(duì)其他調(diào)查發(fā)現(xiàn)的索河、十七里河、花馬溝、石溝等沿岸污水入河問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際，加強(qiáng)入河排污問(wèn)題全面排查，發(fā)現(xiàn)一處，整治、封堵一處。同時(shí)，加強(qiáng)污水管網(wǎng)日常巡查排障養(yǎng)護(hù)，確保污水全收集、無(wú)外溢，杜絕污水直排入河。

4.2.2 提升污水處理廠污水處理能力。全力推進(jìn)農(nóng)村生活污水集中處理設(shè)施建設(shè)、規(guī)范運(yùn)行及配套管網(wǎng)建設(shè)，加強(qiáng)尾水達(dá)標(biāo)處理排放監(jiān)督力度，鼓勵(lì)污水處理廠引入先進(jìn)技術(shù)，提質(zhì)增效，提高尾水排放標(biāo)準(zhǔn)和污水處理能力。

4.2.3 加大河湖日常巡查管護(hù)力度。督促各河湖管養(yǎng)單位提高警惕，加大河湖巡查頻次、充分發(fā)揮河湖巡查員前哨作用。讓河湖小問(wèn)題早發(fā)現(xiàn)、早處理，重難點(diǎn)問(wèn)題早匯報(bào)、早應(yīng)對(duì)，保持河流潔凈面貌，促進(jìn)河流水質(zhì)穩(wěn)步提升。

4.2.4 完善河流水質(zhì)超標(biāo)預(yù)警和緊急應(yīng)對(duì)機(jī)制。建議進(jìn)一步完善河流日常監(jiān)管監(jiān)測(cè)、水質(zhì)超標(biāo)預(yù)警、緊急應(yīng)對(duì)等機(jī)制。從現(xiàn)在的監(jiān)測(cè)、考核逐步過(guò)渡到監(jiān)測(cè)、預(yù)警，從事后補(bǔ)救做到事前、事中提醒。

參考文獻(xiàn)：

[1]穆小玲，席獻(xiàn)軍，朱洪生，等.鄭州市賈魯河水環(huán)境容量及污染調(diào)控研究[J].人民黃河，2018（9）：78-82.

[2]周巖，李慧芳，李道榮.鄭州市賈魯河水污染現(xiàn)狀分析及治理對(duì)策研究[J].河南科學(xué).2015（10）：1823-1827.

[3]陳停.賈魯河底泥中氮磷釋放影響因素的研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2012.

[4]周曉靜.賈魯河河水氨氮去除以及沉積物中重金屬污染研究[D].南京：南京大學(xué)，2015.

[5]孫捷.賈魯河流域再生水大尺度生態(tài)補(bǔ)給的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制技術(shù)研究[D].南京：南京大學(xué)，2017.

[6]劉修英，黃功學(xué)，鄭志宏，等.賈魯河鄭州段水質(zhì)評(píng)價(jià)和污染源解析[J].水資源保護(hù)，2020（4）：40-46.

[7]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB 3838—2002[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002.

[8]中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部.關(guān)于開(kāi)展水環(huán)境承載力評(píng)價(jià)工作的通知[EB/OL].（2020-10-22）[2021-11-04].https：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk06/202010/t20201022_804390.html.

[9]中華人民共和國(guó)生態(tài)環(huán)境部.關(guān)于印發(fā)《城市地表水環(huán)境質(zhì)量排名技術(shù)規(guī)定（試行）》的通知[EB/OL].（2017-06-13）[2021-11-04].https：//www.mee.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201706/t20-170615_416115.htm.