古泊善后河水質(zhì)污染特征及污染來源調(diào)查

王軍敏，王晨波，董圓媛，張然,2，郭蓉，王飛

(1. 江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 南京 210019；2. 江蘇省太湖水質(zhì)監(jiān)測中心站，江蘇 南京 210019；3. 東南大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211189)

江蘇省位于長江、淮河兩大流域下游，在水系上屬于典型平原河網(wǎng)區(qū)，水資源豐富。省域內(nèi)湖泊眾多，水網(wǎng)密布，降雨充沛，水域面積占總面積的17%[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化帶來的人口大量聚集，導(dǎo)致城鎮(zhèn)生活污水和工業(yè)廢水大量排放及農(nóng)村農(nóng)藥化肥過度施用，在不同程度上給其地表水環(huán)境帶來污染負(fù)擔(dān)[2]。古泊善后河是蘇北地區(qū)行洪排澇的骨干河道，也是江蘇省“兩縱五橫”干線航道網(wǎng)中宿連航道、連申線航道的重要組成部分，具有防洪、排澇、供水、灌溉、航運等綜合功能[3]。河流全長89.9 km，河寬50～160 m，流域面積1 230 km2，西起宿遷市沭陽縣，流經(jīng)連云港海州區(qū)、徐圩新區(qū)及灌云縣后匯入東海[4]。河流的南北兩岸共有支流69條，多為閘壩控制或地涵聯(lián)通，是農(nóng)業(yè)灌溉引排兩用河道。其中宿遷境內(nèi)支流34條，連云港境內(nèi)支流35條。

古泊善后河為連云港市徐圩新區(qū)唯一的集中式供水水源地及徐圩新區(qū)送水工程的送水骨干河道，河道沿岸分布大量農(nóng)田灌區(qū)和多座鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠取水口，所以其水環(huán)境質(zhì)量與當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)生活用水安全有著密切關(guān)系[5]。近年來，受沿線污染匯入影響，河道水質(zhì)超標(biāo)事件時有發(fā)生?，F(xiàn)以蘇北地區(qū)古泊善后河為研究對象，采用水質(zhì)指數(shù)法(WQI)評價水質(zhì)污染特征，確定主要污染指標(biāo)；通過加密監(jiān)測，調(diào)查分析污染來源，為開展水環(huán)境治理提供方向及技術(shù)支撐。

1 研究方法

1.1 監(jiān)測點位

國家和省級地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)在古泊善后河均設(shè)有控制斷面，在宿遷和連云港交界處設(shè)有李套渡口斷面，河道末端連云港境內(nèi)設(shè)有善后河閘斷面，每月開展1次例行監(jiān)測。2020年10月，采用加密監(jiān)測方法布設(shè)點位調(diào)查河流污染來源[6-7]，在古泊善后河沿線75 km范圍內(nèi)共布設(shè)監(jiān)測點位72個，其中干流14個(點位編號為A1—A14)、支流監(jiān)測點位48個(點位編號為B1—B48)，并對3個養(yǎng)殖區(qū)、2個農(nóng)田溝渠、3個閘口、2個典型企業(yè)排污口下游進(jìn)行抽測(點位編號為C1—C10)。加密監(jiān)測點位設(shè)置見圖1。

1.2 監(jiān)測指標(biāo)及方法

例行監(jiān)測指標(biāo)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[8]表1中除水溫、糞大腸菌群和總氮以外的21項指標(biāo)，包括：pH值、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、化學(xué)需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮、總磷(TP)、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、鉻(六價)、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑和硫化物。加密監(jiān)測指標(biāo)選取CODMn、TP兩項指標(biāo)。

圖1 古泊善后河加密監(jiān)測點位

例行監(jiān)測和加密監(jiān)測采樣方法均按照《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91—2002)[9]執(zhí)行。例行監(jiān)測樣品分析方法采用相關(guān)指標(biāo)的國家標(biāo)準(zhǔn)方法，加密監(jiān)測樣品分析方法采用《水質(zhì) 高錳酸鹽指數(shù)的測定》(GB 11892—89)和《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》(GB 11893—89)。例行監(jiān)測和加密監(jiān)測均按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求開展質(zhì)量保證和質(zhì)量控制措施。

1.3 數(shù)據(jù)來源

水質(zhì)污染特征評價采用的監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于2016—2020年國家和省級地表水監(jiān)測網(wǎng)組織開展的例行監(jiān)測，監(jiān)測時間為每月上旬。污染來源調(diào)查數(shù)據(jù)來源于2020年10月開展的一次加密監(jiān)測。

1.4 水質(zhì)污染特征評價方法

采用WQI法評價古泊善后河水質(zhì)污染狀況[10]，WQI越小說明地表水環(huán)境質(zhì)量越好。水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值執(zhí)行《GB 3838—2002》地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。先計算單項指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)，再取其加和值計算河流的水質(zhì)指數(shù)(WQI河流)。低于檢出限的項目，按照1/2檢出限值參加計算各單項指標(biāo)濃度的算術(shù)平均值。

1.4.1 單項指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)

用各單項指標(biāo)的濃度值除以該指標(biāo)對應(yīng)的地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，計算出單項指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)，計算公式見式(1)， DO的水質(zhì)指數(shù)計算公式見式(2)，pH值的水質(zhì)指數(shù)計算公式見式(3)—(4)。

(1)

式中：C(i)——第i個水質(zhì)指標(biāo)的質(zhì)量濃度，mg/L；Cs(i)——第i個水質(zhì)指標(biāo)在《GB 3838—2002》中的地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L；WQI(i)——第i個水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)。

(2)

式中：C(DO) ——溶解氧的質(zhì)量濃度，mg/L；Cs(DO) ——溶解氧的地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L；WQI(DO) ——溶解氧的水質(zhì)指數(shù)。

如果pH值≤7時，計算公式為：

(3)

如果pH值>7時，計算公式為：

(4)

式中：C(pH) ——pH值測定值；C(pHsd)——《GB 3838—2002》中pH值的下限值；C(pHsu)——《GB 3838—2002》中pH值的上限值；WQI(pH) ——pH值的水質(zhì)指數(shù)。

1.4.2 河流的水質(zhì)指數(shù)

根據(jù)各單項指標(biāo)的WQI，取其加和值即為河流的WQI，計算公式見式(5)。

(5)

式中：WQI河流——水質(zhì)指數(shù)；WQI(i) ——第i個水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)；n——水質(zhì)指標(biāo)個數(shù)。

2 水質(zhì)污染特征評價結(jié)果分析

2.1 水質(zhì)指標(biāo)

根據(jù)2016—2020年古泊善后河歷史水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算21項水質(zhì)指標(biāo)年均值，各單項指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)及大小排序見圖2。由圖2可見，CODMn、TP、CODCr、氟化物和BOD5的水質(zhì)指數(shù)相對偏高，根據(jù)WQI的評價方法，這5項水質(zhì)指標(biāo)是影響古泊善后河水質(zhì)的主要污染指標(biāo)。

圖2 2016—2020年古泊善后河21項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)指數(shù)

2.2 逐年水質(zhì)變化趨勢

2016—2020年古泊善后河逐年水質(zhì)指數(shù)計算結(jié)果見圖3。由圖3可見，水質(zhì)指數(shù)波動變化較大，但總體呈不斷下降趨勢。2016—2017年水質(zhì)指數(shù)略有上升，2018年水質(zhì)指數(shù)大幅下降并達(dá)到最低值，2019年水質(zhì)指數(shù)小幅上升后于2020年出現(xiàn)回落。

圖3 2016—2020年古泊善后河逐年水質(zhì)指數(shù)變化

2.3 逐月水質(zhì)變化趨勢

計算2016—2020年古泊善后河逐月水質(zhì)指數(shù)，結(jié)果見圖4。

圖4 2016—2020年古泊善后河逐月水質(zhì)指數(shù)變化

由圖4可見，7,8月水質(zhì)指數(shù)顯著升高，其余月份水質(zhì)指數(shù)及波動變化相對較小。每年7,8月該地區(qū)進(jìn)入汛期，地表污染物被沖刷進(jìn)河流支浜，導(dǎo)致河流水質(zhì)下降，符合古泊善后河7,8月水質(zhì)指數(shù)升高的分析結(jié)果。

3 污染來源調(diào)查結(jié)果分析

根據(jù)2016—2020年古泊善后河監(jiān)測數(shù)據(jù)的水質(zhì)指數(shù)評價分析結(jié)果，選取影響最大的2項指標(biāo)CODMn和TP為本次古泊善后河污染來源調(diào)查監(jiān)測指標(biāo)。

3.1 干流調(diào)查結(jié)果

古泊善后河干流沿程共布設(shè)監(jiān)測點位14個，其中宿遷段布設(shè)點位4個，連云港段布設(shè)點位10個，干流監(jiān)測點位CODMn和TP調(diào)查監(jiān)測結(jié)果見圖5(a)(b)。

圖5 古泊善后河干流監(jiān)測點位ρ(CODMn)和ρ(TP)

由圖5可見，在調(diào)查期間，古泊善后河干流全線水質(zhì)均達(dá)《GB 3838—2002》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，各點位平均ρ(CODMn)為4.4 mg/L，ρ(TP)為0.145mg/L。其中，干流宿遷段起始點位A1的ρ(CODMn)和ρ(TP)分別為3.8，0.107 mg/L，終止點位A4的ρ(CODMn)和ρ(TP)分別為4.8，0.144 mg/L，升幅分別為26.3%，34.6%；干流連云港段起始點位A4的ρ(CODMn)和ρ(TP)分別為4.8，0.144 mg/L，終止點位A14的ρ(CODMn)和ρ(TP)分別為4.9，0.148 mg/L，升幅分別為2.1%，2.8%。分析結(jié)果顯示，在調(diào)查期間，古泊善后河干流沿線各點位水質(zhì)均處于Ⅲ類，但沿程CODMn和TP指標(biāo)濃度分別升高28.9%，38.3%，其中宿遷段CODMn和TP兩項指標(biāo)濃度升幅較連云港段分別高24.2和31.8個百分點。

3.2 支流調(diào)查結(jié)果

古泊善后河沿線支流共布設(shè)監(jiān)測點位48個，其中宿遷段布設(shè)點位20個，覆蓋宿遷段所有支流的58.8%；連云港段布設(shè)點位28個，覆蓋連云港段所有支流的80.0%，支流監(jiān)測點位CODMn和TP調(diào)查監(jiān)測結(jié)果見圖6(a)(b)。支流各點位平均ρ(CODMn)為5.2 mg/L，ρ(TP)為0.257 mg/L，分別較干流高18.2%和77.2%。由圖6可見，古泊善后河宿遷段ρ(CODMn)和ρ(TP)超Ⅲ類的支流監(jiān)測點位有7個，分別為B9、B10、B11、B15、B18、B19和B20，超Ⅲ類支流點位數(shù)占宿遷實測支流點位數(shù)的35%，其中B10和B18ρ(CODMn)超Ⅲ類，B9、B15和B20ρ(TP)超Ⅲ類，B11和B19ρ(CODMn)和ρ(TP)均超Ⅲ類；連云港段超Ⅲ類支流監(jiān)測點位有4個，分別為B24、B25、B35和B39，超Ⅲ類支流點位數(shù)占連云港實測支流點位數(shù)的14.3%，其中B24和B35ρ(CODMn)超Ⅲ類，B25和B39ρ(CODMn)和ρ(TP)均超Ⅲ類。分析結(jié)果顯示，支流水質(zhì)整體劣于干流水質(zhì)，水質(zhì)超Ⅲ類比例為22.9%，其中宿遷段支流水質(zhì)超Ⅲ類比例較連云港段支流高20.7個百分點；污染嚴(yán)重的支流點位主要有B11、B25和B39，水質(zhì)劣于Ⅴ類，占支流點位的6.3%。

3.3 主要污染來源調(diào)查結(jié)果

古泊善后河匯水范圍內(nèi)以農(nóng)業(yè)種植區(qū)為主，沿線分布有多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，無大型工業(yè)園區(qū)，僅有零散分布的少量小型工業(yè)企業(yè)，沿河有小規(guī)模水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)。本次調(diào)查為非農(nóng)業(yè)排水期，對古泊善后河沿線3個養(yǎng)殖區(qū)、2個農(nóng)田溝渠、3個閘口、2個典型企業(yè)排污口下游進(jìn)行抽測，CODMn和TP監(jiān)測結(jié)果見圖7(a)(b)。由圖7可見，養(yǎng)殖區(qū)C2和C3監(jiān)測點位的ρ(CODMn)和ρ(TP)均超Ⅲ類，養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測點位水質(zhì)超Ⅲ類比例為66.7%；農(nóng)田溝渠C4和C5的ρ(CODMn)均超Ⅲ類，C5的ρ(TP)略超Ⅲ類，農(nóng)田溝渠監(jiān)測點位水質(zhì)超Ⅲ類比例為100%；除閘口C8的ρ(TP)略超Ⅲ類外，其余閘口監(jiān)測點位水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)Ⅲ類，閘口監(jiān)測點位水質(zhì)超Ⅲ類比例為33.3%；C9、C10代表的典型企業(yè)排污口下游點位水質(zhì)均達(dá)Ⅲ類。

圖6 古泊善后河支流監(jiān)測點位ρ(CODMn)和ρ(TP)

圖7 古泊善后河CODMn和TP主要污染來源調(diào)查監(jiān)測結(jié)果

結(jié)合區(qū)域產(chǎn)業(yè)分布情況、水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果和現(xiàn)場調(diào)查情況分析得出：支流中水質(zhì)劣于Ⅴ類的B11、B25和B39共3個點位均流經(jīng)了生活污水直排的鄉(xiāng)鎮(zhèn)聚集區(qū)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活源是持續(xù)影響古泊善后河水質(zhì)的主要原因；開展抽測的農(nóng)田溝渠和養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)較差，每年汛期大量降水將高濃度的農(nóng)田退水和養(yǎng)殖排水連同平時淤積在溝渠支流的地表污染物迅速沖刷進(jìn)入干流，是導(dǎo)致古泊善后河汛期水質(zhì)顯著下降的重要原因。

4 結(jié)論

(1) 采用水質(zhì)指數(shù)法評價2016—2020年古泊善后河水質(zhì)污染特征，結(jié)果顯示水質(zhì)波動變化較大，汛期降雨對水質(zhì)下降影響明顯，CODMn、TP、CODCr、氟化物和BOD5是影響古泊善后河水質(zhì)的主要污染指標(biāo)。

(2) 選取CODMn、TP兩項指標(biāo)開展加密監(jiān)測，古泊善后河干流沿線各點位水質(zhì)均處于Ⅲ類，但污染物濃度有明顯升高，其中宿遷段升幅高于連云港段，全河ρ(CODMn)升幅為28.9%，宿遷段、連云港段升幅分別為26.3%、2.1%；全河ρ(TP)升幅為38.3%，宿遷段、連云港段升幅分別為34.6%、2.8%；古泊善后河支流水質(zhì)整體劣于干流水質(zhì)，水質(zhì)超Ⅲ類比例為22.9%，其中宿遷段、連云港段支流水質(zhì)超Ⅲ類比例分別為35%、14.3%，另有6.3% 的支流點位污染較重，水質(zhì)劣于Ⅴ類。

(3) 古泊善后河沿線部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)存在生活污水直排現(xiàn)象，鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活源是持續(xù)影響古泊善后河水質(zhì)的主要原因；同時，每年汛期大量降水將農(nóng)田退水和養(yǎng)殖排水連同大量平時淤積在溝渠支流的地表污染物迅速沖刷進(jìn)入干流，是導(dǎo)致古泊善后河汛期水質(zhì)顯著下降的重要原因。