常州市典型水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)河流水環(huán)境質(zhì)量評價

王雪松，張 鴿，李 穎，徐錦前,3,蔡永久*

(1.江蘇省水文水資源勘測局常州分局,江蘇 常州 213022；2.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,中國科學(xué)院流域地理學(xué)重點實驗室，江蘇 南京 210008；3.安徽師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，安徽 蕪湖 241002)

太湖流域是中國最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，該地區(qū)因工業(yè)、農(nóng)業(yè)和城市的快速發(fā)展造成的嚴(yán)重污染而備受關(guān)注[1]。有關(guān)太湖流域河流生境評價的研究[2]指出，太湖流域中城市河流生境質(zhì)量多處于中等水平，其中常州城市河流生境最差。常州位于太湖流域平原水網(wǎng)區(qū)，近年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污染物的產(chǎn)生量、排放量持續(xù)增加，已遠(yuǎn)超當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境容量[3]?；诖笮偷讞锒鄥?shù)指數(shù)(MMIs)的太湖流域水生態(tài)健康評價結(jié)果顯示，太湖周邊河流生態(tài)健康評價低于“良”，西部區(qū)域處于“中”，東部處于“差”的狀態(tài)[4]。對常州市內(nèi)河流的研究[5]指出，雖然常州市城市河流水質(zhì)得到了控制和改善，但是植物多樣性恢復(fù)并不理想。太湖流域河流生態(tài)狀況評價也顯示，多數(shù)河流處于“良”以下水平[6]。水利部門監(jiān)測結(jié)果亦顯示，常州市水質(zhì)狀況欠佳，現(xiàn)狀仍需改善[7]。常州地區(qū)河流多為太湖入湖河流，是太湖湖體營養(yǎng)鹽的主要輸入來源[8]，其河流治理對控制太湖富營養(yǎng)化和湖泊生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)有重要意義。

基于水生態(tài)分區(qū)的流域水環(huán)境管理是環(huán)境管理發(fā)展的趨勢，也是水生態(tài)保護(hù)、修復(fù)、管理的基礎(chǔ)[9]。因管理機(jī)構(gòu)和管理目標(biāo)不同，中國先后形成了環(huán)保部門主導(dǎo)的“水環(huán)境功能區(qū)”和水利部門主導(dǎo)的“水功能區(qū)”。水功能區(qū)依據(jù)水域主導(dǎo)功能不同來劃分，用于水資源的開發(fā)利用及保護(hù)。它簡單直觀地將不同水域進(jìn)行了劃分，利于水資源的開發(fā)利用及保護(hù)，而對水體的自然、生態(tài)特征方面考慮較少，未充分考慮水環(huán)境容量。水環(huán)境功能區(qū)劃是據(jù)水域污染物種類以及水質(zhì)類型不同來劃分，用于控制水污染，保障水環(huán)境容量。它更加注重水環(huán)境的保護(hù)，充分考慮水環(huán)境容量，而對水生態(tài)系統(tǒng)完整性考慮不足；缺乏流域整體層面上的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一[10-11]。國家水污染控制與治理重大專項系統(tǒng)地開展了水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)理論與方法研究，建立分區(qū)指標(biāo)體系，建立全國水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)技術(shù)框架，完成重點流域水生態(tài)環(huán)境功能一級至四級區(qū)劃，并提出按照“分區(qū)、分類、分級、分期”實施水環(huán)境治理和管理的理念，同時面向應(yīng)用需求，實現(xiàn)和管理的對接和示范應(yīng)用[9-11]。2016年江蘇省人民政府發(fā)布了《江蘇省太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)劃(試行)》，分別制定了包括水生態(tài)管控、空間管控、物種保護(hù)三大類管理目標(biāo)，初步構(gòu)建了江蘇省太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)管理體系[12]。本研究以太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)為基礎(chǔ)，在常州不同分區(qū)河道布設(shè)采樣點，測定水質(zhì)指標(biāo)，并結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)、土地利用等資料，基于多元分析、水質(zhì)類別評價、水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)等方法對常州市河流水質(zhì)的時空差異以及主要驅(qū)動因素進(jìn)行分析，并提出常州市河流水質(zhì)改善建議，以期為進(jìn)一步水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測、提升水生態(tài)環(huán)境提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

常州市位于31°09′N～32°04′N、119°08′E～120°12′E，地處中國華東地區(qū)、江蘇省南部，是揚(yáng)子江城市群的重要組成部分，東與無錫市相鄰，西與南京市、鎮(zhèn)江市接壤，南與無錫市、安徽宣城市交界，與上海市、南京市兩大都市等距相望。常州市轄6個市轄區(qū)，代管1個縣級市，即金壇區(qū)、武進(jìn)區(qū)、新北區(qū)、天寧區(qū)、鐘樓區(qū)、經(jīng)開區(qū)和溧陽市，全市面積4 372.15 km2。 地處北亞熱北帶向北溫南帶過渡的氣候區(qū)域，季風(fēng)影響顯著，屬濕潤季風(fēng)氣候[13]。常州南為天目山余脈，西為茅山山脈，北為寧鎮(zhèn)山脈尾部，中部和東部為寬廣的平原、圩區(qū)，境內(nèi)地勢西南略高，東北略低，常州市水系特點主要為水系復(fù)雜；水位落差小且由于受人工閘泵控制，流向不定，水流流速緩慢甚至停滯，河道連通性差異較大；水環(huán)境容量較小，小河浜、斷頭浜較多，且分布不均。全市河湖庫眾多，江河湖庫水域面積733 km2，占全市行政區(qū)域面積的16.8%。

1.2 樣品采集與處理

根據(jù)《江蘇省太湖流域水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)劃(試行)》規(guī)定，江蘇省太湖流域共劃分水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)49個(陸域43個、水域6個)，分屬4個等級，其中，常州市共劃分16個分區(qū)，包括生態(tài)Ⅰ級區(qū)(健全生態(tài)功能)2個、生態(tài)Ⅱ級區(qū)(較健全生態(tài)功能)4個、生態(tài)Ⅲ級區(qū)(一般生態(tài)功能)8個、生態(tài)Ⅳ級區(qū)(較低生態(tài)功能)2個(圖1)。該研究在常州市內(nèi)河流共設(shè)置了57個監(jiān)測斷面(圖1)，采樣點的布設(shè)兼顧了常州市主要的河流，涵蓋了16個分區(qū)中13個河流分區(qū)。在2018年的冬季(1月)、春季(5月)、夏季(7月)、秋季(11月)進(jìn)行監(jiān)測采樣。

圖1 常州13個水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)調(diào)查樣點分布

調(diào)查水質(zhì)指標(biāo)包括水溫、電導(dǎo)率(EC)、透明度(SD)、pH、溶解氧(DO)、五日生化需氧量(BOD5)、化學(xué)需氧量(CODCr)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)、總磷(TP)、葉綠素a(Chla)、銅(Cu)、鋅(Zn)、硒(Se)、砷(As)、汞(Hg)、鎘(Cd)、鉻(六價)(Cr6+)、鉛(Pb)等指標(biāo)。監(jiān)測方法采用江蘇省水環(huán)境監(jiān)測中心計量認(rèn)證檢測能力范圍內(nèi)的分析方法，BOD5采用HJ 505—2009《水質(zhì) 五日生化需氧量(BOD5)的測定 稀釋與接種法》，CODCr采用HJ/T 399—2007 《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 快速消解分光光度法》，NH3-N采用HJ 535—2009《水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》，TN采用HJ 636—2012《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》，TP采用GB/T 11893—1989《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》，Cu、Zn、Se、As、Cd、Cr6+、Pb等采用HJ 700—2014《水質(zhì) 65種元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》，Hg采用HJ 597—2011《水質(zhì) 總汞的測定 冷原子吸收分光光度法》。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用DO、BOD5、高錳酸鹽指數(shù)、COD、NH3-N以及TP等指標(biāo)的季節(jié)數(shù)據(jù)以及年均數(shù)據(jù)進(jìn)行水質(zhì)類別評價和水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)評價(Water Quality Identification Index,WQII)計算。Cu、Zn、Se、As、Cd、Cr6+、Pb等金屬元素指標(biāo)由于濃度較低，達(dá)到GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，故不參與水質(zhì)類別和綜合標(biāo)識指數(shù)評價。通過各斷面的水質(zhì)基本狀況對常州市不同功能區(qū)河流水質(zhì)的空間格局進(jìn)行分析；用不同季節(jié)河流的水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)、年均值數(shù)據(jù)條件下不同功能區(qū)水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)對河流水環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)評價法可同時反映水環(huán)境類別、水質(zhì)數(shù)據(jù)、水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況等水體參數(shù)[14-15]，水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)計算公式：

Pi=Q1×Q2Q3

Iwq=X1×X2X3X4

式中Pi——單項水質(zhì)指數(shù)，其中i為水質(zhì)類別項；Q1——第i項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別；Q2——監(jiān)測數(shù)據(jù)在Q1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置，其中，非溶解氧指標(biāo)采取其與水質(zhì)區(qū)間下限值之間的距離，溶解氧采取其與水質(zhì)區(qū)間上限值的距離；Q3——水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果，表示評價指標(biāo)的污染程度；X1——河流總體的綜合水質(zhì)類別；X2——綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處位置；X3——參與綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)指標(biāo)中劣于功能區(qū)目標(biāo)的單項指標(biāo)個數(shù)；X4——綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果；Iwq——水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)，水質(zhì)指數(shù)越大，顯示水質(zhì)較差。

土地利用類型數(shù)據(jù)基于2018年5月Landsat衛(wèi)星遙感影像。以各監(jiān)測點為中心，分別作50、100、200、500、1 000和2 000 m的緩沖區(qū)，利用ENVI軟件對研究區(qū)遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，基于Arcmap軟件進(jìn)行遙感影像目視解譯，獲取研究區(qū)土地開發(fā)利用變化數(shù)據(jù)集，并將研究區(qū)劃分為7個類別：林地、草地、園地、水域、耕地、建設(shè)用地和未利用土地。利用Canoco 5.0進(jìn)行冗余分析(Redundancy analysis，RDA)，獲取多尺度土地利用類型對水質(zhì)空間分異的解釋結(jié)果[16]。主成分分析廣泛用于水質(zhì)分析、生態(tài)系統(tǒng)和過程的分析中，能確保在損失數(shù)據(jù)最少的情況下，對高維變量空間進(jìn)行降維處理，更加客觀地確定影響水質(zhì)的主要因子的作用[17-18]?；贒O、BOD5、CODCr、CODMn、NH3-N、TP和TN，利用Past 3軟件進(jìn)行主成分分析，探索驅(qū)動水質(zhì)變化的主要因素.主成分分析中，數(shù)據(jù)先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，經(jīng)過Kaiser-Meyer-Olkin (KMO)檢驗與Bartlett’s Sphericity檢驗后，再進(jìn)行主成分分析，依據(jù)Kaiser-Harris準(zhǔn)則，一般保留特征值大于1的主成分。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)基本特征和空間格局

常州市河流水質(zhì)理化指標(biāo)部分指標(biāo)季節(jié)性差異較大，ρDO在冬季較高，平均值為8.09 mg/L，但Ⅲ-09、Ⅳ-02區(qū)各有3個采樣點低于4 mg/L，春季和夏季分別有1個和3個采樣點低于4 mg/L，ρDO過低會對水生生物生存造成威脅。秋季ρBOD5、ρCODMn、ρCODCr、ρNH3-N、ρTP和ρTN明顯低于其他季節(jié)，平均值分別為4.44、3.72、12.86、0.64、0.106、3.81 mg/L (表1)。 各季節(jié)主要水質(zhì)類別為Ⅳ類水，在春季、夏季、秋季、冬季的占比分別為55.4%、66.7%、73.7%、44.6%；冬、春兩季節(jié)水質(zhì)較差，春季和冬季劣Ⅴ類水采樣點占比分別為14.3%和19.6%；夏、秋兩季的水質(zhì)明顯優(yōu)于冬、春兩季，常州市河流水質(zhì)多以Ⅳ類水為主，部分采樣點水質(zhì)較差(Ⅴ類或劣Ⅴ類)的主要原因為ρNH3-N超標(biāo)，個別采樣點也會出現(xiàn)ρTP、ρBOD5較高的現(xiàn)象，見圖2。

表1 常州市河流水質(zhì)理化指標(biāo)季節(jié)性變化 單位：mg/L

圖2 常州市河流水質(zhì)類別季節(jié)性分布

空間格局上，常州市河流水質(zhì)總體情況為東部劣于西部(金壇區(qū)、溧陽市)，東部地區(qū)尤其是武進(jìn)區(qū)東部的Ⅳ-02、Ⅳ-03區(qū)水質(zhì)很差，且大多集中在中心城區(qū)周邊，冬、春兩季水質(zhì)以劣Ⅴ類或Ⅴ類為主；溧陽市南部的Ⅰ-02區(qū)和金壇區(qū)的薛埠鎮(zhèn)的Ⅱ-01區(qū)水質(zhì)較好，這2個分區(qū)主要位于流域上游，生態(tài)環(huán)境較好，四季水質(zhì)保持在Ⅱ類，見圖3。

a)春季

c)秋季

2.2 水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價

BOD5、COD、NH3-N的水質(zhì)單項標(biāo)識指數(shù)較高，分別為3.9、3.8和3.8；DO、高錳酸鹽指數(shù)和TP的水質(zhì)單項標(biāo)識指數(shù)較低，分別為2.9、3.0和3.3，見圖4。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)顯示，Ⅰ-02、Ⅱ-01區(qū)的水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)較低，分別為2.5和1.6，河流水質(zhì)相對較好；Ⅲ-09、Ⅳ-03區(qū)的水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)較高，分別為4.0和4.1，河流水質(zhì)相對較差，見圖5。

圖4 水質(zhì)單項標(biāo)識指數(shù)分區(qū)變化

圖5 水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)分區(qū)季節(jié)性變化

從水質(zhì)單項標(biāo)識指數(shù)和水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)的空間分布來看，隨著水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)等級上升，水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)上升，Ⅰ-02、Ⅱ-01區(qū)水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)較低，水質(zhì)狀況較好，水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)等級較高區(qū)域的各水質(zhì)單項標(biāo)識指數(shù)較高，水質(zhì)狀況相對較差。季節(jié)性變化上，除3個水質(zhì)狀況相對較好的分區(qū)(Ⅰ-02、Ⅱ-01和Ⅲ-08區(qū))外，多數(shù)分區(qū)的秋季水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)低于其他季節(jié)。

2.3 土地利用類型的尺度相關(guān)性

總體而言，耕地和建設(shè)用地是研究區(qū)域內(nèi)2種主要的土地利用方式，占總面積的70%以上(圖6)。隨著緩沖半徑的增加，水域面積建設(shè)用地面積逐漸減少，耕地面積逐漸增加。林地和園地面積也隨著緩沖半徑的增加而增加，但與耕地和建設(shè)用地相比，所占比例偏小。不同緩沖尺度未利用土地占有率較低，不足1%。

圖6 緩沖區(qū)土地利用類型百分比(2018年5月)

為了解常州市不同土地利用方式對其水質(zhì)的影響，在不同緩沖區(qū)尺度下對水質(zhì)參數(shù)與土地利用類型進(jìn)行了冗余分析(表2)。結(jié)果表明，林地、園地和建設(shè)用地在某些尺度上表現(xiàn)出對水質(zhì)數(shù)據(jù)顯著或極顯著的解釋能力。其中，林地在200～2 000 m尺度上表現(xiàn)出對水質(zhì)具有較高的解釋能力，園地在50 m尺度上具有較高解釋能力，而建設(shè)用地在50～200 m尺度上對水質(zhì)有較高的解釋能力。

表2 基于冗余分析(RDA)的多尺度土地利用類型對水質(zhì)空間分異的解釋結(jié)果

為進(jìn)一步研究不同土地利用類型與水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性，對7種主土地利用類型和7種水質(zhì)因子排序圖的分析結(jié)果表明，不同水質(zhì)參數(shù)與土地利用類型的相關(guān)性及強(qiáng)度往往隨觀測尺度而變化(圖7)。在不同空間尺度上，除DO外，林地與其他水質(zhì)指數(shù)均呈不同程度的負(fù)相關(guān)，建設(shè)用地與其他水質(zhì)指數(shù)均呈不同程度的正相關(guān)，表明林地有利于河流水質(zhì)改善，而建設(shè)用地是水質(zhì)惡化的主要影響因素。耕地和水域面積與各水質(zhì)參數(shù)從負(fù)相關(guān)(50～500 m尺度上)到2 000 m后與主要營養(yǎng)鹽呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明2 000 m以上尺度，耕地相對占比的增加，以及水域面積的減小與水質(zhì)惡化密切相關(guān)。

a)50 m

2.4 主成分分析

主成分分析結(jié)果顯示，特征值大于1的僅有1個，共得到1個主成分(PC1)，其累積貢獻(xiàn)率為73.2%，可認(rèn)為該主成分基本包含了以上7個指標(biāo)數(shù)據(jù)集的所有信息。由圖8可見，對PC1，BOD5、COD、TN具有較高的解釋貢獻(xiàn)率，相互之間的相關(guān)性較強(qiáng)；對PC2，NH3-N和TP的解釋貢獻(xiàn)率較高，表明常州市河流水質(zhì)主要受到有機(jī)污染和富營養(yǎng)化的影響。荷載值較大且相互接近的水質(zhì)指標(biāo)形成了明顯的集群，并且這些集群與功能區(qū)的集群相似，生態(tài)Ⅳ級區(qū)主要受到NH3-N和TP的影響，而生態(tài)Ⅲ級區(qū)和生態(tài)Ⅱ級區(qū)可能主要受到TN、COD、BOD5的影響，表明不同等級水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)狀況的威脅因素有差異。

圖8 基于水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)的常州市河流水質(zhì)主成分分析結(jié)果

3 討論

3.1 水質(zhì)季節(jié)性變化

常州市河流水質(zhì)具有顯著的季節(jié)性差異，根據(jù)水質(zhì)類別和綜合標(biāo)識指數(shù)評價，夏季、秋季水質(zhì)總體優(yōu)于冬季和春季。降水、溫度、水文條件等因素可能是引起季節(jié)性變化的重要因素。由于降水量的季節(jié)性差異，造成河流水量水位變化，使得河流生態(tài)系統(tǒng)自我凈化能力發(fā)生變化，冬、春兩季處于平水期，河流水位下降，對污染物的稀釋凈化能力降低，河流自凈能力下降；夏、秋兩季處于豐水期，對于污染物有較好的擴(kuò)散稀釋作用，自凈能力較強(qiáng)[19-21]。

除了受降水量的影響，個別指標(biāo)還因其指標(biāo)特性，而季節(jié)變化顯著。夏季氣溫高，有機(jī)物降解速率加快，耗氧量增加，造成夏季DO含量卻普遍偏低；冬季DO含量普遍偏高，研究區(qū)內(nèi)超過70%的斷面達(dá)到了Ⅰ類水水質(zhì)的DO標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象[22]。與大部分水質(zhì)參數(shù)不同的是，秋季TN濃度略有下降，但在夏季仍然保持較高濃度，這是由于雖然夏季降水量大，處于汛期，水流量大，可能導(dǎo)致流域內(nèi)富集的氮素通過徑流進(jìn)入河道[23]。

水質(zhì)指標(biāo)的變化還受到生物、化學(xué)作用的影響。較高的溫度促進(jìn)水中DO濃度的增加，利于水中的NH3-N進(jìn)行硝化作用，轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽或硝酸鹽，降低NH3-N濃度，出現(xiàn)夏季NH3-N濃度低于其他季節(jié)的現(xiàn)象；而秋季藻類和植被生長旺盛，對河流中磷元素進(jìn)行吸收利用，可使TP濃度降低，出現(xiàn)秋季TP濃度較低的現(xiàn)象[24]。

3.2 水質(zhì)空間分異的驅(qū)動因素

水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)與主成分分析結(jié)果顯示，EC、BOD5、NH3-N、TP等水質(zhì)指標(biāo)濃度隨生態(tài)功能分區(qū)等級變化均呈明顯上升的趨勢，DO濃度呈下降趨勢，TN、COD、高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)分區(qū)變化相對較小或趨勢不明顯。水質(zhì)受到有機(jī)污染和水體富營養(yǎng)化的影響，在空間上，常州市東部地區(qū)水質(zhì)劣于西部地區(qū)。

不同的土地利用方式可能是形成水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)空間差異的重要驅(qū)動因素[25-26]。土地利用方式可能驅(qū)動流域內(nèi)氮磷等營養(yǎng)元素流失，營養(yǎng)物流入水體[27]。已有研究[28]表明，林地、草地面積均與污染物濃度呈負(fù)相關(guān)，均與建設(shè)用地面積呈正相關(guān)，這與本研究RDA分析結(jié)果一致。常州市各水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)的水質(zhì)狀況差異較大，以林地為主要土地利用方式的區(qū)域(如金壇市西部的Ⅱ-01區(qū)、溧陽市南部的Ⅰ-02區(qū))和以草地為土地利用的主要方式的溧陽與金壇的丘陵地帶水質(zhì)較好，水質(zhì)均處于Ⅱ類。中心城區(qū)的建設(shè)用地和各區(qū)污水排放較多，水體恢復(fù)能力弱，水質(zhì)明顯較差，由此形成城市建設(shè)用地集中的東部水質(zhì)差于西部的空間布局。據(jù)已有研究[29]，常州市生態(tài)Ⅳ級的廢水和總磷排放以城鎮(zhèn)生活源排放為主導(dǎo)，Ⅳ-02工業(yè)源和生活源廢水排放量分別為 7 422.89萬、12 735.80萬m3，工業(yè)源、生活源和農(nóng)業(yè)源的總磷排放量分別為13.48，46.50、18.91 t，遠(yuǎn)超其他水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)水平。城鎮(zhèn)排放的污水主要為有機(jī)污染和營養(yǎng)物，而市區(qū)外圍廣泛分布的耕地(多為生態(tài)Ⅲ級區(qū))周邊水體水質(zhì)較差。水體主要受到TN、COD、BOD5的影響，隨土壤被侵蝕及地表徑流等現(xiàn)象的發(fā)生，農(nóng)業(yè)施肥、畜禽糞便中的氮磷元素大量流失，從而導(dǎo)致周邊水體環(huán)境受到污染[30]。長期變化來看，土地利用方式也是太湖流域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)退化的主要原因，引起的生態(tài)系統(tǒng)退化風(fēng)險值得保持警惕[31]。

3.3 水環(huán)境保護(hù)對策措施

由于土地利用、經(jīng)濟(jì)開發(fā)等因素，人類活動對于水體環(huán)境生態(tài)健康狀況產(chǎn)生了重大的影響。研究[32-33]顯示，隨著城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，常州市土地利用方式中耕地面積發(fā)生了顯著下降，水質(zhì)也明顯好轉(zhuǎn)。因此，采取積極的政府政策與人為調(diào)控對于水環(huán)境優(yōu)化具有重要意義。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氮磷污染物面源排放是造成水體污染的主要原因，較高的化肥施用量使得水體中氮磷元素富集，加劇了污染和富營養(yǎng)化[34-36]。太湖流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用量一直處于較高的水平，是造成水體環(huán)境惡化的重要原因[37]。常州市耕地面積廣泛，面源污染壓力較大，如Ⅲ-04、Ⅲ-05、Ⅲ-06、Ⅲ-09、Ⅳ-02、Ⅳ-03等農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重的區(qū)域應(yīng)作為關(guān)鍵治理區(qū)。采取因地制宜的生態(tài)修復(fù)方案，減少營養(yǎng)元素的土壤流失和水體富集，利用合理的模式進(jìn)行耕作，建立、恢復(fù)和利用緩沖區(qū)、水陸交錯帶，防止農(nóng)田中營養(yǎng)元素流失，深入研究農(nóng)田養(yǎng)分平衡，增加農(nóng)田土壤的保肥能力[38]。

研究[39]表明，環(huán)太湖的河流中點源與非點源負(fù)荷相當(dāng)，減輕點源污染對抑制有機(jī)污染和富營養(yǎng)化意義重大。常州市東部區(qū)域水體水質(zhì)受工業(yè)點源和農(nóng)業(yè)面源的雙重影響，系統(tǒng)的自凈能力受到影響，生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重。對于點源污染問題，一方面需加強(qiáng)污染源的監(jiān)測治理，加強(qiáng)管網(wǎng)建設(shè)和污水處理能力；另一方面，可通過活水?dāng)U容，提高河流流動性、連通性，使污染物濃度降低，或通過增加濕地面積等生態(tài)措施，使水體自凈能力增強(qiáng)，從而改善水質(zhì)[40]。

總之，改善常州市河流水質(zhì)現(xiàn)狀需要將點源和非點源控制結(jié)合以及總量控制與濃度控制結(jié)合，輔以河道治理等環(huán)境管理措施，且充分考慮分區(qū)特征，對不同分區(qū)依據(jù)其特點制定具體的水環(huán)境管理方案。對于生態(tài)Ⅰ級區(qū)、生態(tài)Ⅱ級區(qū)應(yīng)以保護(hù)為主，保持其較好的狀態(tài);對于生態(tài)Ⅲ級區(qū)、生態(tài)Ⅳ級區(qū)，則需強(qiáng)調(diào)修復(fù)，使其恢復(fù)生態(tài)功能。

4 結(jié)論

本文應(yīng)用水質(zhì)類別、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法、冗余分析以及主成分分析等方法分析了2018年常州市13個水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)河流水質(zhì)狀況，結(jié)果如下。

a)2018年常州市河流水質(zhì)主要以Ⅳ類水為主，DO、BOD5、COD、CDOMn、NH3-N、TP、TN濃度均值分別為7.12(Ⅱ類)、4.73(Ⅳ類)、19.01(Ⅲ類)、4.09(Ⅲ類)、1.06(Ⅳ類)、0.15(Ⅲ類)、4.19 mg/L。

b)常州市河流水質(zhì)指標(biāo)濃度具有顯著的時空差異性?？臻g格局上，河流水質(zhì)總體情況為東部城鎮(zhèn)區(qū)劣于西部，東部城鎮(zhèn)尤其是武進(jìn)區(qū)東部的Ⅳ-02、Ⅳ-03分區(qū)水質(zhì)很差，季節(jié)變化上，春季與冬季水質(zhì)較差，冬季約20%的采樣點為劣Ⅴ類水。

c)水質(zhì)綜合標(biāo)識法結(jié)果顯示，Ⅰ-02、Ⅱ-01兩個分區(qū)水質(zhì)較好，Ⅲ-09、Ⅳ-02、Ⅳ-03等分區(qū)水質(zhì)較差，水質(zhì)較差分區(qū)主要位于東部城鎮(zhèn)區(qū)域，結(jié)果與水質(zhì)類別判斷相似，水質(zhì)狀況的空間分異與水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)的等級具有較好的空間一致性。

d)冗余分析結(jié)果顯示：建設(shè)用地是水質(zhì)惡化的主要影響因素，2 000 m以上尺度，耕地相對占比的增加，以及水域面積的減小與水質(zhì)惡化密切相關(guān)。

e)主成分分析結(jié)果顯示，CDOMn、COD、BOD5和TN是影響河流水質(zhì)的主要因素，水環(huán)境狀況主要受到有機(jī)污染和富營養(yǎng)化威脅；不同等級水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)狀況的威脅因素有差異，生態(tài)Ⅳ級區(qū)主要受到氨氮和總磷的影響；而生態(tài)Ⅲ級區(qū)和生態(tài)Ⅱ級區(qū)主要受到總氮、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量的影響。