白洋淀流域水環(huán)境監(jiān)測的現(xiàn)狀分析與對策研究

趙 樂,唐曉青,張 瑋,魏 君,張明華,婁雅琢

(1.河北省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河北 石家莊 050031;2.河北省承德生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河北 承德 067000)

引言

白洋淀是華北平原最大的淡水濕地系統(tǒng)，素有“華北明珠”之稱，對維護華北地區(qū)生態(tài)環(huán)境具有不可替代的作用。自2017年4月雄安新區(qū)成立后，白洋淀的生態(tài)保護與修復成為一項國家戰(zhàn)略。2018年 4 月，《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》指出，要對白洋淀實施生態(tài)修復，恢復白洋淀淀泊水面，實現(xiàn)水質達標(Ⅲ～IV 類)，遠景規(guī)劃為建設白洋淀國家公園，創(chuàng)新生態(tài)環(huán)境管理。全面準確及時掌握白洋淀水質狀況與污染特點分布，是精準治污、精準施策，有效改善水質的基礎。按照習近平總書記“建設雄安新區(qū)，一定要把白洋淀修復好、保護好”的指示精神，針對白洋淀的溝壕相連、淀中有淀的復雜狀況，為了精準貼合環(huán)境管理需求，提供精確的污染態(tài)勢分布，有必要不斷完善白洋淀流域水環(huán)境監(jiān)測方式。

1 概況

1.1 白洋淀上游河流概況

白洋淀流域屬海河流域大清河水系，河北省境內流域面積為25000km2，分布于保定、雄安新區(qū)、滄州、廊坊、石家莊、衡水等6地市38個行政區(qū)縣。流域內主要河流共39條，分為南北中3支，成扇形分布全區(qū)，向東匯入白洋淀[1]。大清河北支上游為拒馬河，支流有琉璃河、小清河、大石河、中易水、北易水、蘭溝河等[2]。拒馬河下游分為南拒馬河和北拒馬河，北拒馬河與琉璃河、大石河、小清河匯合為白溝河[3]，白溝河和南拒馬河匯合為大清河。大清河中支是指皆以白洋淀為歸宿的河流，包括唐河、漕河、萍河、瀑河、府河、清水河、孝義河等[4]。白洋淀直接承接大清河南支及中支來水，白溝河及南拒馬河通過白溝引河匯入白洋淀[1]。大清河南支沙河發(fā)源于山西，在保定阜平入境，到王快水庫后有磁河匯入，北郭村以下稱為潴龍河，匯入白洋淀[3]。由于長年以來白洋淀流域水資源持續(xù)供應緊張，大部分河流已無自然補給水源，目前白洋淀流域常年有水河流共26條，其中府河、孝義河、瀑河、白溝引河直接入淀。

1.2 白洋淀淀區(qū)概況

白洋淀(38°43'～39°02'N，115°38'～116°07'E)位于河北省中部平原，淀區(qū)平均水深約2.5m，東西長39.5km，南北寬28.5km[5]。四周以堤為界，整體地勢由西北向東南傾斜，總面積366km2，年平均蓄水量13.2億m3。淀區(qū)景觀由水體、蘆葦群落、淀中村三者交錯構成[6]。白洋淀上承大清河的洪水和瀝水，自西向東，匯流一處，由南至北構成扇形河網(wǎng)，形成天然洼淀。淀內主要由白洋淀、馬棚淀、燒車淀、藻雜淀等大小不等的143個淀泊和3700條溝壕組成。構成了淀中有淀，溝壕相連，園田和水域相間的特殊地貌。淀區(qū)蓄水和排渠系統(tǒng)蓄水，主要靠大清河上游地區(qū)降水在地表形成的徑流[7]。雄安新區(qū)成立后，各級政府組織實施了引黃入冀補淀、入淀河流綜合整治和淀區(qū)污染防治等重大工程，極大地改善了白洋淀的水生態(tài)環(huán)境。

圖1 白洋淀淀區(qū)水系示意圖

2 監(jiān)測現(xiàn)狀及問題

2.1 監(jiān)測研究現(xiàn)狀及問題

白洋淀的監(jiān)測一直以來受到很多關注，20世紀60年代至70年代，主要集中在水文方面，自20世紀80年代開始，很多科研單位和大專院校對白洋淀的生態(tài)環(huán)境問題組織開展了大量的科學研究，取得了很多成果。其中2000年前的監(jiān)測側重面為水質監(jiān)測，主要是pH值、化學需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷等常規(guī)監(jiān)測項目，從2005年開始對白洋淀富營養(yǎng)化、沉積物、新型污染物、生物多樣性等的研究逐漸多了起來，到目前建立了一系列較成熟的技術方法，如白洋淀富營養(yǎng)化和沉積物多年來一直有調查監(jiān)測，因此已可進行多年的時空分析[8-9]；對多環(huán)芳烴、有機氯農(nóng)藥、抗生素等新型污染物的監(jiān)測也越來越廣泛[10-12]，水生態(tài)的研究逐漸成為焦點，有的院校多年來連續(xù)對白洋淀的生物多樣性包括水生生物和底泥等進行進行調查監(jiān)測[13-16]；同時一些高新技術也逐漸應用在白洋淀水環(huán)境的研究上，如濕地遙感監(jiān)測水文連通性和土地利用情況等[17-18]、eDNA技術監(jiān)測水生生物多樣性等[19]。

監(jiān)測研究重點在于探索研究適用于反映白洋淀的水體生態(tài)環(huán)境的方法，各研究單位的側重面也各有不同，且不能定期定點監(jiān)測，因此無法全面、系統(tǒng)的分析評價白洋淀水體生態(tài)環(huán)境質量狀況和發(fā)展趨勢；而且監(jiān)測研究的范圍一般是白洋淀的淀區(qū)，未對整個流域水生態(tài)環(huán)境質量進行評價，無法為有效改善白洋淀流域整體的水生態(tài)質量提供全面客觀的依據(jù)。因此還需要和環(huán)境管理部門有效結合，不斷將新的研究成果應用到保護和改善白洋淀生態(tài)環(huán)境質量中。

2.2 環(huán)境監(jiān)測管理現(xiàn)狀及問題

為有效管理白洋淀水環(huán)境，環(huán)境管理部門自20世紀80年代以來，通過制定監(jiān)測方案和規(guī)劃等方式，對白洋淀水質實施定點定期的監(jiān)測。從手工監(jiān)測到自動監(jiān)測再到無人船監(jiān)測，白洋淀水質監(jiān)測點位不斷優(yōu)化調整，范圍不斷拓展，監(jiān)測頻次不斷增加，建立了較為完善的監(jiān)測體系，對白洋淀水環(huán)境質量改善提供了有力支撐。

2.2.1 手工監(jiān)測體系

為科學合理地進行監(jiān)測，全面掌握全流域的水質狀況，根據(jù)行政區(qū)內自然狀況、水生態(tài)環(huán)境狀況等基本情況，以及縣級以上行政區(qū)劃、水系分布等矢量基礎數(shù)據(jù)，結合國、省、市各級監(jiān)測工作開展情況，將39條河流納入監(jiān)測體系。斷面設置按照“有水監(jiān)測、無水監(jiān)控”的工作思路，以現(xiàn)有國、省、市三級監(jiān)測斷面為骨架，跨縣(區(qū))界斷面及入淀、入庫、河流匯合等重要節(jié)點補充設置監(jiān)測斷面，并增設淀區(qū)點位，確保流域河流跨縣(區(qū))界、重要節(jié)點全覆蓋。近四年來，建立了較為完善的能夠客觀反映流域水質狀況的監(jiān)測體系。

為進一步推進實施《白洋淀生態(tài)環(huán)境治理和保護規(guī)劃》(2018—2035)，按照“統(tǒng)一標準、統(tǒng)一監(jiān)測、統(tǒng)一考核”的要求，依據(jù)“科學合理、全面覆蓋、歷史延續(xù)”的原則，2020年對流域內39條河流流經(jīng)區(qū)域的已有斷面進行優(yōu)化，對常年斷流、代表性不強或能相近的斷面進行了調整，使監(jiān)測體系構成更具科學性和代表性。優(yōu)化后的監(jiān)測體系共設置60個監(jiān)測斷面(點位)，其中跨省界斷面6個，跨市界斷面13個，跨縣界斷面29個，重要節(jié)點斷面7個，淀區(qū)點位5個，共覆蓋流域主要河流26條，監(jiān)測頻次每月1次，河流監(jiān)測項目為《地表水環(huán)境質量標準》基本項目加電導率和濁度，淀區(qū)增加電導率、透明度、濁度、藻密度和葉綠素a。

2.2.2 水質自動監(jiān)測

水質自動監(jiān)測有人工監(jiān)測不可替代的連續(xù)性、及時性，是地表水環(huán)境質量監(jiān)測發(fā)展的方向，也是白洋淀流域水質監(jiān)測體系建設的重點。體系建設初期，白洋淀流域共建有國省級水站13座，主要分布于淀區(qū)5個國考點位及沙河、唐河、府河省界出入境及部分跨市界斷面，無論從站點數(shù)量上還是區(qū)域位置分布上，現(xiàn)有站點都不能滿足考核評價和監(jiān)控預警需求。為實現(xiàn)對流域水質的實時監(jiān)測監(jiān)控，從2019年開始，水站建設工作全面開展，站點選擇充分考慮斷面功能與代表性，結合流域水系實際和河流水環(huán)境現(xiàn)狀、建設條件等各類影響要素，嚴密組織選址論證，確保滿足考核評價、預警預測、污染防治工作需求。監(jiān)測指標為常規(guī)9個參數(shù)，與主要考核指標保持一致。建設方式以固定式水站為主，小型岸邊站為補充。截止到2021年底，白洋淀流域已有42個斷面建有國省級水站，其中跨省界斷面5個，跨市界斷面8個，跨縣界斷面19個，重要節(jié)點斷面5個，淀區(qū)5個，已建成的水站全部實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)運行。每日向管理層提供水站實時數(shù)據(jù)，引導白洋淀污染治理，發(fā)揮監(jiān)測引領預警作用。

2.2.3 淀區(qū)污染態(tài)勢分析

白洋淀淀區(qū)水情復雜，僅僅依靠自動站和手工監(jiān)測無法全面掌握淀區(qū)水質分布。為進一步推進淀區(qū)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的全面、精準，采用“無人船走航+人工監(jiān)測驗證”方式對淀區(qū)全域水污染指標分布情況進行監(jiān)測，對現(xiàn)有監(jiān)測體系驗證補充。為便于管理，以行政村邊界為基礎，結合溝壕、蘆葦臺田對白洋淀水域進行了單元劃分，共設置管理單元63個，對白洋淀水域重要節(jié)點、主要航道、重點區(qū)域及全部淀泊進行了全面監(jiān)測。監(jiān)測項目為化學需氧量、氨氮、總磷、溫度、溶解氧、pH值、電導率、葉綠素、藻密度共計9項，與常規(guī)監(jiān)測保持一致。同步開展手工驗證監(jiān)測，并對V類水質單元及其周邊區(qū)域治理成效開展專項監(jiān)測。經(jīng)過2020年和2021年兩年8次監(jiān)測，基本掌握了白洋淀汛期前、汛期、汛期后及平水期主要污染物的濃度范圍和分布情況。每次監(jiān)測后，及時反饋情況，對淀區(qū)水質改善措施調整發(fā)揮精準引導作用。

2.2.4 存在的問題

通過測量環(huán)境要素中某物質含量，再以標準限值進行衡量，是目前白洋淀水體生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方式，也是我國主流的環(huán)境管理部門生態(tài)環(huán)境監(jiān)測方式。用這種方式取得的生態(tài)環(huán)境質量數(shù)據(jù)具有量化程度高、易判斷的優(yōu)點，但卻存在完整性弱，局限性強的瑕疵。尤其是在水環(huán)境質量不斷好轉的形勢下，水生態(tài)的監(jiān)測和新型污染物的監(jiān)測越來越受到重視。因此，如何提高白洋淀流域監(jiān)測體系的完整性、協(xié)調性和預警性，已成為當前的努力方向。

3 對策研究

歷經(jīng)近四年的全面治理，雄安新區(qū)白洋淀淀區(qū)整體水質全面達到Ⅲ類以上標準，白洋淀水環(huán)境質量前所未有的得到大幅度提升。為了實現(xiàn)白洋淀水生態(tài)恢復，建議環(huán)境管理部門對白洋淀水質監(jiān)測在保持常規(guī)水質監(jiān)測的基礎上，進一步推動水生態(tài)監(jiān)測、外來物種監(jiān)測和新污染物監(jiān)測，采用遙感監(jiān)測、大數(shù)據(jù)等新技術手段，加強對白洋淀的生態(tài)防控和新污染物風險防控。并將各部門和各類基礎數(shù)據(jù)全部整合，做到信息共享、數(shù)據(jù)共用，形成統(tǒng)一監(jiān)測、統(tǒng)一調度的聯(lián)動機制，進一步改善水生態(tài)環(huán)境和提升防范風險能力。

3.1 持續(xù)完善高效統(tǒng)一的流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測體系

堅持用全流域系統(tǒng)思維對白洋淀水質監(jiān)測進行頂層設計，有效提升監(jiān)測監(jiān)控能力。

3.1.1 優(yōu)化手工監(jiān)測體系

按照水資源、水生態(tài)、水環(huán)境“三水”管控要求，結合流域河流及淀區(qū)水文及水環(huán)境質量狀況，及時調整手工監(jiān)測點位布設，確?？茖W、全面、客觀反映流域水環(huán)境狀況及變化趨勢，進一步壓實水污染防治責任。監(jiān)測指標參照國家“9+X”監(jiān)測模式，使手工監(jiān)測與自動監(jiān)測更好融合。探索逐步增加水量、水生態(tài)監(jiān)測指標，推動水質監(jiān)測向“三水”統(tǒng)籌監(jiān)測過渡。

3.1.2 提升水質自動監(jiān)測能力

進一步完善已建站點的監(jiān)測指標，試點開展葉綠素a、藻密度等指標監(jiān)測，探索建立“9+N”自動監(jiān)測能力；在河流、淀區(qū)試點開展浮標站等小型化水質多參數(shù)自動監(jiān)測，開展無人船走航監(jiān)測，提高對淀區(qū)水質的實時、動態(tài)監(jiān)測監(jiān)控能力；開展汛期水質變化影響因素等。

3.2 持續(xù)拓展白洋淀水生態(tài)監(jiān)測方式

3.2.1 探索水生態(tài)綜合評價，從水質監(jiān)測向水生態(tài)監(jiān)測拓展

在做好常規(guī)水環(huán)境評價指標的基礎上，注重水生態(tài)健康評價，研究構建包括水質、綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、浮游植物、浮游動物、沉水植物、底棲大型無脊椎動物、魚類等指標的白洋淀流域水生態(tài)環(huán)境綜合評價標準體系，轉變以水質為單一要素進行評價的方式，逐步開展分類、分區(qū)、分級的水生態(tài)監(jiān)測與評估。

3.2.2 探索水環(huán)境遙感監(jiān)測，逐步構建白洋淀立體觀測系統(tǒng)

隨著遙感技術的不斷發(fā)展，遙感監(jiān)測水質從定性逐漸發(fā)展到定量，并且通過遙感可監(jiān)測的水質參數(shù)種類逐漸增加，反演精度也不斷地提高。因此，可綜合水質地面監(jiān)測、無人機航拍、高分遙感數(shù)據(jù)和高光譜遙感解譯等多交叉學科，構建符合白洋淀淀區(qū)水質特色的天空地一體的立體觀測系統(tǒng)，全面快速地反映淀區(qū)水質。

3.2.3 嘗試新型污染物監(jiān)測，做好白洋淀水環(huán)境風險管控

面向白洋淀生態(tài)環(huán)境治理技術需求，針對白洋淀流域水環(huán)境新污染物底數(shù)不清，來源復雜、控制難度大等技術難題，嘗試開展白洋淀區(qū)域新型污染物生態(tài)風險評價，為白洋淀流域排水毒性減排和風險因子管控提供科技支撐。同時，面對補水過程中帶來的外來物種，加強監(jiān)控。

3.3 構建白洋淀生態(tài)環(huán)境監(jiān)控預警綜合平臺

整合例行手工監(jiān)測、水質自動監(jiān)測、無人船走航監(jiān)測、入河入淀排污口、遙感監(jiān)測、藻類生物量、水文氣象等多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，建設流域生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)、云計算系統(tǒng)，構建白洋淀流域生態(tài)環(huán)境綜合監(jiān)測監(jiān)控體系，實現(xiàn)對流域生態(tài)環(huán)境的一體化管理；建立數(shù)據(jù)判定規(guī)則，對潛在的超標及污染發(fā)出預警；對多源數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析和深度挖掘，開展趨勢分析、污染物溯源分析，實現(xiàn)監(jiān)測監(jiān)管由定點定時向立體動態(tài)監(jiān)測預報能力轉變，為白洋淀流域水質監(jiān)控、污染治理、水華防控等提供例行監(jiān)測預警與決策依據(jù)。