山西境內(nèi)滹沱河流域水功能區(qū)水質(zhì)變化及成因分析

劉曉霞 蘆綺玲 陳柯良

（1.山西財經(jīng)大學公共管理學院 山西太原030006；2.山西省水利發(fā)展中心 山西太原030002）

0 引言

滹沱河是海河水系子牙河的上游支流，是山西省生態(tài)修復的“七河”之一。山西境內(nèi)滹沱河流域面積為18 856 km2，占流域總面積74.9%，流域內(nèi)行政區(qū)域包括忻州市六個縣（區(qū)）、陽泉市一區(qū)兩縣，以及晉中市、太原市、大同市、朔州市的部分縣域，承載著區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要增長極與城鎮(zhèn)群，流域內(nèi)高強度經(jīng)濟活動對地表水環(huán)境質(zhì)量帶來嚴峻挑戰(zhàn)。厘清影響水環(huán)境質(zhì)量的主要因子及成因，是解決地表水環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟發(fā)展矛盾的關鍵。水功能區(qū)是基于不同功能定位實行分類保護和管理的水域，是水污染防治和水環(huán)境綜合治理的基本單元。因此，本文以山西境內(nèi)滹沱河流域水功能區(qū)為研究對象，依據(jù)國控水質(zhì)監(jiān)測斷面2015-2019年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析影響水質(zhì)主要因子及其變化趨勢，進一步結合產(chǎn)業(yè)結構特點分析成因。

1 流域水功能區(qū)概況

根據(jù)全國重要江河湖泊水功能區(qū)分類體系和區(qū)劃結果，山西境內(nèi)滹沱河流域水功能區(qū)有兩類一級區(qū)，即緩沖區(qū)和開發(fā)利用區(qū)，開發(fā)利用區(qū)劃分為四個二級區(qū)，即繁峙飲用、農(nóng)業(yè)用水區(qū)，代縣農(nóng)業(yè)用水區(qū)，原平忻定工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)，陽泉飲用水源區(qū)。水功能區(qū)、名稱、國控監(jiān)測斷面、類型和水質(zhì)目標具體見表1。

表1 山西境內(nèi)滹沱河流域水功能區(qū)劃分表

2 數(shù)據(jù)來源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于山西省水文水資源勘測局和山西省水環(huán)境監(jiān)中心關于2015-2019年滹沱河流域國控斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2.2 分析方法

首先，提取水質(zhì)超標因子。依據(jù)各水功能區(qū)的水質(zhì)目標與相應的《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）單因子評價標準，基于滹沱河流域2015-2019年的國控監(jiān)測斷面水質(zhì)全因子監(jiān)測數(shù)據(jù)，提取月度超標單因子。結果表明，六項因子超標，分別為化學需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮指標。

其次，分析超標單因子變化趨勢及特征。由于不同水功能區(qū)水質(zhì)目標差異較大，為揭示超標因子時空分布特征和影響程度，以地表水環(huán)境基本項目標準限值為界定標準，逐一分析各水功能區(qū)主要超標單因子的變化趨勢及特征。六項超標因子的標準限值具體見表2。

表2 地表水環(huán)境六項超標因子標準限值 單位：mg/L

3 水功能區(qū)水質(zhì)超標因子特征分析

3.1 滹沱河晉冀緩沖區(qū)主要超標因子分析

滹沱河晉冀緩沖區(qū)控制河段為鰲頭到河北出境50 km 河段，匯流區(qū)域包括平定、盂縣和陽泉市及郊區(qū)，水質(zhì)目標為Ⅲ類?？偟昃鶟舛忍幱?.5~5 mg/L水平，是Ⅴ類水質(zhì)標準限值的2~4 倍，枯水期個別月份高達7~8 mg/L，嚴重超標。從年際變化看，盡管2019年總氮指標值較其他年份有所改善，仍是Ⅴ類標準限值的2-2.5 倍，可見，總氮是影響水質(zhì)的主要指標。COD、CODMn、BOD5指標值除個別月份超過Ⅲ類標準外，基本處于Ⅱ-Ⅲ類水平，從年度變化趨勢看，近兩年濃度水平呈上升趨勢。總磷指標值低于Ⅰ類水質(zhì)標準值。說明除總氮外，其他指標不是影響水質(zhì)的主要因子。

3.2 繁峙飲用、農(nóng)業(yè)用水區(qū)主要超標因子分析

繁峙飲用、農(nóng)業(yè)用水區(qū)控制河段為下茹越水庫以上52.5 km 河段，匯流區(qū)域為繁峙縣，水質(zhì)目標為Ⅱ類?？偟笜舜蠖鄶?shù)月份超過Ⅱ類標準限值，枯水期個別月份嚴重超標，濃度高達Ⅴ類標準限值的4 倍以上；COD、CODMn、BOD5指標年度內(nèi)波動幅度較大，11月到次年3月為Ⅰ-Ⅱ類，5月到7月下降到Ⅲ類，8、9月份有所好轉(zhuǎn)，10月又降為Ⅲ類，呈現(xiàn)出非作物生長期相對偏低、作物生長期相對偏高，主汛期下降、非主汛期上漲的變化趨勢。從年際變化看，2019年六項指標處于監(jiān)測期平均水平?？梢姡偟怯绊懰|(zhì)的主要因子，有機物污染物次之。

3.3 代縣農(nóng)業(yè)用水區(qū)主要超標因子分析

代縣農(nóng)業(yè)用水區(qū)控制河段為下茹越水庫壩下到下政化52.5 km 河段，匯流區(qū)域包括代縣、繁峙縣的部分區(qū)域，水質(zhì)目標為Ⅳ類?？偟笜酥?5%的月份超標，年均水平是Ⅴ類標準限值的3 倍，2019年有所好轉(zhuǎn)，但仍有10 個月超過Ⅴ類標準，是影響水質(zhì)的主要因子。COD、CODMn、BOD5指標除個別月份為Ⅴ類外，均達到水質(zhì)目標。氨氮指標年度波動幅度和年際變化均較大，枯水期普遍偏高，個別月份遠高于Ⅴ類標準限值，2019年明顯好轉(zhuǎn)，全年達標。從年際變化看，2019年各項指標均有明顯好轉(zhuǎn)?？梢姡偟怯绊懰|(zhì)的主要因子，有機物污染和氨氮次之。

3.4 原平忻定工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)主要超標因子分析

原平忻定工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)控制河段為下政化到南莊的146.5 km 河段，匯流區(qū)域包括忻府區(qū)、原平市、定襄縣三縣區(qū)，水質(zhì)目標為Ⅳ類?？偟笜司哂冖躅愃|(zhì)標準限值，即使2019年有所好轉(zhuǎn)，枯水期濃度仍是Ⅴ類水質(zhì)標準限值的2~2.5 倍，是影響水質(zhì)的主要因子。COD、CODMn、BOD5指標值2019年全年達標，其他年度個別月份超標，但變化趨勢發(fā)生本質(zhì)改變，年內(nèi)污染物濃度最高的月份由2016-2018年汛期7、8月轉(zhuǎn)變?yōu)榉亲魑锷L期2月份，說明有機物污染成因出現(xiàn)變化。一方面與水文豐枯年份有關，另一方面反映了農(nóng)業(yè)面源污染降低、隨著地表徑流進入河道的污染物減少。氨氮、總磷指標逐漸由超標轉(zhuǎn)為正常，且2019年大多數(shù)月份達到Ⅱ類水質(zhì)標準?？梢姡偟怯绊懰|(zhì)的主要因子，其他指標逐步滿足目標要求。

3.5 陽泉飲用水水源區(qū)主要超標因子分析

陽泉飲用水水源區(qū)控制河段為南莊到鰲頭45 km河段，匯流區(qū)域為五臺縣和盂縣兩縣區(qū)，水質(zhì)目標為Ⅲ類?？偟笜酥悼傮w水平是Ⅴ類水質(zhì)標準限值2~3倍，年際變化幅度大，是影響水質(zhì)的主要指標。氨氮指標滿足目標水質(zhì)要求，但呈現(xiàn)逐年上升趨勢，個別月份逼近Ⅲ類標準限值?？偭住OD、CODMn、BOD5指標值均滿足水質(zhì)要求?？梢?，總氮是影響水質(zhì)的主要因子，氨氮次之。

4 超標因子的成因分析

水功能區(qū)超標因子的分析結果表明，總氮是影響水各類功能區(qū)的主要超標因子，有機物污染物和氨氮是農(nóng)業(yè)用水區(qū)的次要超標因子。從年度內(nèi)變化趨勢看，總氮指標值與河道內(nèi)徑流量密切相關，汛期隨著徑流量的增加污染濃度降低，但在枯水期的非作物生長期嚴重超標，說明排放量相對穩(wěn)定的污染物是總氮超標的主要原因。在農(nóng)業(yè)用水區(qū)，有機物污染濃度呈現(xiàn)出作物生長期增加、汛期達到峰值，進入主汛期后隨著徑流加大污染物濃度降低的特征，說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的面源污染是影響農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)的又一成因。

從空間分布看，農(nóng)業(yè)用水區(qū)主要集中忻州市，緩沖區(qū)和飲用水源區(qū)主要集中在陽泉市。以環(huán)境統(tǒng)計年報、污染物排放統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎，結合產(chǎn)業(yè)特征，從市域尺度分析超標因子的成因。

4.1 緩沖區(qū)和飲用水源區(qū)主要超標因子分析

2019年陽泉市一、二、三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值比為1.45∶47.03∶51.52，以非農(nóng)產(chǎn)業(yè)為主，其中，工業(yè)生產(chǎn)總值占第二產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)總值83.6%。但是，環(huán)境污染排放物監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，工業(yè)廢水排放量僅占總排放量的6.27%、化學需氧量和氨氮排放量占比不足1%?？梢?，隨著工業(yè)水處理設施的建設和完善，水處理能力逐步提高，同時，主要排污口監(jiān)測力度的加大，有效降低了工業(yè)水體污染物排放水平。說明，總氮超標的成因主要是排放量相對穩(wěn)定的生活源污水。

4.2 忻州市農(nóng)業(yè)用水區(qū)主要超標因子分析

忻州市污染物排放及處理統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，總氮和廢水的排放主體是生活源，分別占比96.59%、91.2%，總體處理水平較低，處理率分別為59.63%、84.42%，是總氮超標的主要成因。忻州市區(qū)劃內(nèi)的三個農(nóng)業(yè)用水區(qū)，第一產(chǎn)業(yè)占總產(chǎn)值為8%~12%，且畜牧養(yǎng)殖和種植業(yè)并重，普遍存在化肥施用量高（平均水平超過330 kg/hm2）、畜牧養(yǎng)殖糞便處理系統(tǒng)不完善的問題?；省姙⒌霓r(nóng)藥與殺蟲劑、作物形成的腐殖質(zhì)，以及畜牧養(yǎng)殖廢水在汛期隨地面徑流匯入河道或從土壤中滲瀝出匯入河道，是汛期有機物污染偏高的主要原因?？傮w上，隨著減量化施用化肥的引導、規(guī)?；B(yǎng)殖和生態(tài)養(yǎng)殖的推進，畜禽養(yǎng)殖場糞便處理系統(tǒng)逐步完善，有機物污染水平逐步得到控制。

5 結論

綜上所述，得出以下結論：

1）總氮是各水功能區(qū)水質(zhì)變差的主要超標因子，生活源污染物排放和處理水平低是總氮超標的主要成因。

2）有機物污染是農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)變差的次要因子，種植業(yè)化肥施用量高和畜牧養(yǎng)殖業(yè)污染排放、以及農(nóng)藥的使用是主要成因?？傮w上，有機污染物情況逐步改善。代縣和忻定農(nóng)業(yè)用水區(qū)2019年全部達標，且部分指標明顯優(yōu)于水質(zhì)目標。