馬蓮河水質(zhì)時(shí)空分布及污染源識(shí)別

張 翔

(黃河流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)督管理局生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與科學(xué)研究中心，河南 鄭州 450004)

1 研究區(qū)域概況

馬蓮河發(fā)源于陜西定邊縣，在甘肅寧縣政平村匯入涇河，全長374.8km。從地理位置上看，馬蓮河流域位于黃土高原缺水地區(qū)；從能源儲(chǔ)量上看，其位于鄂爾多斯能源基地南部，水資源供需矛盾突出[1- 2]。從21世紀(jì)初開始，馬蓮河水污染問題日益突出，不僅影響到沿岸百姓的日常生活用水安全，還威脅到?jīng)芎拥乃|(zhì)安全。

為了全面了解馬蓮河水質(zhì)污染狀況，本文根據(jù)2015年以來馬蓮河水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，從河流總體趨勢(shì)、上下游河段不同特點(diǎn)、不同水期水質(zhì)變化狀況和主要污染物特點(diǎn)等角度出發(fā)，對(duì)馬蓮河“十三五”期間水質(zhì)狀況進(jìn)行全面的梳理，為“十四五”期間有針對(duì)性改善河流水體水質(zhì)提供基礎(chǔ)支持。

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《甘肅省地表水功能區(qū)劃(2012—2030年)》，馬蓮河屬于環(huán)縣、慶城、合水、寧縣工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)，其監(jiān)測(cè)斷面共布設(shè)3個(gè)，依次為曲子、慶陽、雨落坪斷面，其水質(zhì)目標(biāo)均為Ⅳ類。依據(jù)2015年以來的馬蓮河水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果對(duì)比GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[3- 4]，篩選出4四項(xiàng)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為化學(xué)需氧量(COD)、5d生化需氧量(BOD5)、氨氮和六價(jià)鉻等作為本文的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是一個(gè)相對(duì)全面的河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，與常用的單因子評(píng)價(jià)法相比，其可以定量評(píng)價(jià)相同類別的同一監(jiān)測(cè)項(xiàng)目；與模糊綜合評(píng)價(jià)法、物元分析法相比其計(jì)算簡單方便[5- 7]。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法由一位整數(shù)和三位小數(shù)組成，其計(jì)算公式如下[8- 9]：

I=X1.X2X3X4

(1)

式中，I—綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)；X1—參與評(píng)價(jià)的各項(xiàng)指標(biāo)的綜合水質(zhì)類別；X2—河流綜合水質(zhì)在X1區(qū)間內(nèi)所處的位置；X3—參與評(píng)價(jià)的監(jiān)測(cè)指標(biāo)中劣于水功能區(qū)目標(biāo)的個(gè)數(shù)；X4—X1與水功能區(qū)目標(biāo)的比較結(jié)果。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)2015—2019年以來馬蓮河沿程水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

2015年以來，馬蓮河上中游河段水質(zhì)污染程度要明顯高于下游河段。具體來說，上游曲子斷面水質(zhì)污染程度最高，其綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)2019年為5.431，與2015年綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)5.421相比增幅0.2%，說明曲子斷面5年來總體水質(zhì)沒有改善，基本維持在Ⅴ類水水平。

表2 馬蓮河綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

受上游來水影響，2018年之前中游慶陽斷面水質(zhì)在Ⅴ—Ⅲ類間上下波動(dòng)，2018年之后水質(zhì)趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)。不過需要注意的是，雖然2019年慶陽斷面綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)4.520滿足Ⅳ類水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)，但是X2顯示其值在Ⅳ類水區(qū)間距下限值50%的位置，水質(zhì)存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。2015—2019年，下游雨落坪斷面水質(zhì)狀況良好均為Ⅲ類水，滿足水功能區(qū)目標(biāo)要求。

3.2 汛期與非汛期水質(zhì)變化

2015年以來，馬蓮河汛期水質(zhì)呈現(xiàn)顯著波動(dòng)，其綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)從2015年的4.684降至2018年的3.877，降幅為17.2%； 2019年汛期水質(zhì)污染加重，與2018年相比，污染增幅為13.9%，說明汛期水質(zhì)雖然有所改善，但是存在反彈風(fēng)險(xiǎn)。與馬蓮河汛期水質(zhì)相比，非汛期水質(zhì)變化則相對(duì)穩(wěn)定，其綜合污染指數(shù)從2014年的4.651降至2019年的4.290，降幅為7.7%。2017年之前馬蓮河水質(zhì)汛期污染程度要高于非汛期，汛期綜合污染指數(shù)均值是非汛期均值的1.03倍；2017年之后汛期水質(zhì)污染程度要明顯低于非汛期，其中，2018年非汛期綜合污染指數(shù)是汛期的1.16倍，如圖1所示。

根據(jù)黃河流域特點(diǎn)，一般情況下點(diǎn)源污染是造成河流水質(zhì)非汛期超標(biāo)的主要因素，面源為主，點(diǎn)源為輔的疊加影響是河流水質(zhì)汛期超標(biāo)的主要原因[13- 14]。2017年至今來自于城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)企業(yè)廢水排放等點(diǎn)源是導(dǎo)致馬蓮河水質(zhì)污染的主要因素[15]。

圖1 2015—2019年馬蓮河汛期與非汛期水質(zhì)變化趨勢(shì)

3.3 主要污染指標(biāo)分析

馬蓮河各斷面監(jiān)測(cè)項(xiàng)目達(dá)標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3，從統(tǒng)計(jì)結(jié)果上看，COD和氨氮達(dá)標(biāo)比例最低，僅為五日生化需氧量和六價(jià)鉻達(dá)標(biāo)比例的1/3。

具體來說，15次評(píng)價(jià)結(jié)果中，COD滿足Ⅳ類水功能區(qū)目標(biāo)4次，達(dá)標(biāo)率26.7%；COD濃度位于Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值下限1次，占比25%，劣于水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)2個(gè)類別的比例為53.5%，說明有潛在的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前的水質(zhì)評(píng)價(jià)體系中，COD被視為衡量水中有機(jī)污染物的重要指標(biāo)之一[10]。COD的評(píng)價(jià)結(jié)果表面，馬蓮河有機(jī)污染程度嚴(yán)重。氨氮的評(píng)價(jià)結(jié)果與COD相類似，15次評(píng)價(jià)結(jié)果中，達(dá)標(biāo)4次，占26.7%，4次達(dá)標(biāo)中氨氮濃度均位于Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下限值附近；超標(biāo)11次，其中有7次劣于水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)2個(gè)類別，占46.7%，說明氨氮是馬蓮河水質(zhì)超標(biāo)的另一個(gè)主要污染因素。氨氮作為水體中的營養(yǎng)素，可以從側(cè)面反映水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象。 氨氮的評(píng)價(jià)結(jié)果表面馬蓮河水體存在富營養(yǎng)化現(xiàn)象[11]。由于馬蓮河流經(jīng)環(huán)縣、慶城、合水、寧縣工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)，沿岸分布有石油開采、農(nóng)產(chǎn)品加工等企業(yè)，其外排尾水和農(nóng)業(yè)灌溉退水是馬蓮河水體中COD和氨氮的主要來源[12]。

五日生化需氧量達(dá)標(biāo)率最高，為86.7%，其中Ⅲ類水比例為66.7%，Ⅳ類水比例為20%；沒有劣Ⅴ類出現(xiàn)。六價(jià)鉻評(píng)價(jià)結(jié)果中，達(dá)標(biāo)率為80%，Ⅴ類水占比20%，沒有劣Ⅴ類出現(xiàn)。

表3 馬蓮河單因子達(dá)標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

根據(jù)表4氨氮與COD比值結(jié)果，從2017年開始，馬蓮河上游曲子斷面氨氮與COD之比顯著上升，雖然2019年有所下降，但是其比值幾乎是2015年的5倍，說明相較于COD，氨氮是上游的主要污染因素。慶陽斷面氨氮與COD比值的變化與曲子斷面基本一致，說明上中游河段，氨氮目前是主要污染因素。

表4 馬蓮河氨氮 / COD比值統(tǒng)計(jì)表

下游雨落坪斷面2017年之前氨氮與COD的比值逐步上升，從2015年的0.08升至2017年的0.11，升幅37.5%；2017年之后其比值呈急速下降的趨勢(shì)，到2019年雨落坪斷面氨氮與COD為0.05，與峰值相比降幅達(dá)到54.5%，從側(cè)面反映出下游河段COD的污染貢獻(xiàn)率要高于氨氮。

由表5 BOD5與 COD比值結(jié)果可知，馬蓮河曲子斷面BOD5與COD之比有明顯的上下波動(dòng)，從2016年的谷值0.05升至2018年的頂峰0.12，增幅140%，2019年有所回落，但是其比值0.08是2016年谷值的1.6倍。說明2016年以來，馬蓮河可生物降解有機(jī)物污染比重增加，生活污水的影響較大。慶陽斷面的變化趨勢(shì)與曲子斷面基本一致。

下游雨落坪斷面BOD5與COD之比從整體上看是下降的趨勢(shì)，其比值從2015年的0.12降至2019年的0.08，降幅為33.3%，反映出下游沿岸生活污水對(duì)馬蓮河的影響逐步降低。

表5 馬蓮河BOD5/ COD比值統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)語

從沿程分析上看，馬蓮河曲子斷面水體基本為Ⅴ類；慶陽河段水質(zhì)2018—2019年為Ⅳ類，但存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)；下游河段水質(zhì)變化基本穩(wěn)定，基本滿足水功能區(qū)目標(biāo)要求。上中游河段的主要污染物是氨氮，下游河段COD是主要污染物。2017年以來河流非汛期水質(zhì)劣于汛期，其原因主要是城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)企業(yè)廢水等點(diǎn)源排放所造成的。建議在“十四五”期間，重點(diǎn)治理源污染，減少外排量；加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源管理，禁止廢物廢水直接排放。