“十三五”時(shí)期重慶市地表水環(huán)境質(zhì)量時(shí)空演變研究

秦成 葛淼 劉念 劉浩 蔡宇 李靈星

摘要：“十三五”時(shí)期，隨著生態(tài)文明改革持續(xù)深入，水環(huán)境治理已轉(zhuǎn)變?yōu)榫珳?zhǔn)治污、科學(xué)治污，效果顯著。以重慶市“十三五”國(guó)家考核斷面地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)為實(shí)例，基于時(shí)空多尺度的概念，提出了“多尺度綜合評(píng)價(jià)”研究地表水環(huán)境質(zhì)量時(shí)空演化的方法，以時(shí)間尺度上年度和年內(nèi)地表水環(huán)境質(zhì)量、主要污染物變化規(guī)律為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行空間尺度上由點(diǎn)（出入境斷面）到線（長(zhǎng)江干流）再到面（全市地表水）的綜合分析。結(jié)果表明：“十三五”時(shí)期重慶市國(guó)家考核斷面地表水環(huán)境質(zhì)量逐年呈階梯式改善，年內(nèi)水質(zhì)變化總體呈現(xiàn)下半年水質(zhì)優(yōu)于上半年的規(guī)律;主要污染物濃度夏季明顯增高，地表水環(huán)境污染主要為農(nóng)業(yè)面源污染造成;全域范圍內(nèi)水質(zhì)優(yōu)良情況與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈負(fù)相關(guān)，東部區(qū)域水質(zhì)明顯優(yōu)于西部區(qū)域;氮、磷防控效果顯著，消減率為30.89%和10.45%。該成果對(duì)評(píng)價(jià)“十三五”以來的污染防治效果具有實(shí)際意義，也可為“十四五”開展相關(guān)污染治理提供理論依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞：國(guó)考斷面; 地表水環(huán)境質(zhì)量; 多尺度綜合評(píng)價(jià); 重慶市

中圖法分類號(hào)： X84

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.04.012

0 引 言

“十三五”期間重慶市深入貫徹落實(shí)習(xí)近平生態(tài)文明思想，按照“兩點(diǎn)”定位、“兩地”“兩高”目標(biāo)、發(fā)揮“三個(gè)作用”重要指示，把水污染防治工作擺在突出位置。2020年國(guó)考斷面水質(zhì)優(yōu)良比例首次達(dá)到100%，長(zhǎng)江干流重慶段水質(zhì)總體為優(yōu)，城市集中式飲用水水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)比例100%。經(jīng)過5 a的治理行動(dòng)，重慶市地表水環(huán)境質(zhì)量已得到顯著改善。如何全方位評(píng)價(jià)5 a來水環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化狀況是急需解決的問題，而目前缺少系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法，相關(guān)的研究主要集中在水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)[1-4]、趨勢(shì)分析[5-8]，鮮有的時(shí)空演化研究相關(guān)成果則集中在空氣質(zhì)量[9]、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[10]等其他環(huán)境要素。同時(shí)，位于三峽庫(kù)區(qū)腹心的重慶市，自三峽大壩建成蓄水后水位抬升，流速相對(duì)減緩，水體自凈能力也隨之下降[11]，具有獨(dú)特的水質(zhì)特征。大量的學(xué)者對(duì)其水環(huán)境質(zhì)量問題開展了研究，但目前的研究對(duì)象集中于小流域、主城和渝西地區(qū)[12-14]，以及對(duì)三峽庫(kù)區(qū)氮磷問題的研究[15-20]，缺少?gòu)墓芾斫嵌瘸霭l(fā)的全域范圍的評(píng)價(jià)。鑒于此，研究“十三五”期間重慶市全域范圍國(guó)考斷面地表水水質(zhì)時(shí)空變化特征，科學(xué)地評(píng)價(jià)治污效果，對(duì)明晰未來全市水環(huán)境保護(hù)路徑方向及制定生態(tài)恢復(fù)策略具有重要意義。

文章基于2016～2020年重慶市42個(gè)國(guó)考斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用單因子評(píng)價(jià)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合污染物時(shí)空分析，研究重慶市全域范圍內(nèi)地表水水質(zhì)時(shí)空變化特征，以期為“十四五”期間地表水水環(huán)境保護(hù)和治理提供決策路徑參考。

1 研究區(qū)概況

重慶市地處長(zhǎng)江流域腹心地帶——三峽庫(kù)區(qū)，長(zhǎng)江重慶段全長(zhǎng)約691 km，境內(nèi)江河縱橫，水系發(fā)達(dá)，全市共有大小河流5 300余條，涉及長(zhǎng)江干流、嘉陵江、烏江、沱江、漢江、洞庭湖六大水系，其中，除城口縣任河注入漢江流域、跨酉陽(yáng)縣秀山縣的酉水河注入湘江洞庭湖流域、跨大足區(qū)榮昌區(qū)的瀨溪河和榮昌區(qū)的清流河注入沱江流域外，其余均在重慶市境內(nèi)匯入長(zhǎng)江。

“十三五”期間，長(zhǎng)江干流、嘉陵江、烏江、沱江、漢江、沅江等六大水系共155條重點(diǎn)河流、160座湖庫(kù)和1 492個(gè)城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水源地納入監(jiān)測(cè)范圍，其中在長(zhǎng)江干流及29條重要支流布設(shè)國(guó)家考核斷面42個(gè)。42個(gè)地表水國(guó)考斷面由41個(gè)河流斷面和1個(gè)湖庫(kù)點(diǎn)位組成。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

多尺度綜合評(píng)價(jià)是以時(shí)間尺度上年度和年內(nèi)各月地表水環(huán)境質(zhì)量、主要污染物變化規(guī)律為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行空間尺度上由點(diǎn)（斷面）到線（干流）再到面（干支流河網(wǎng)）的綜合分析評(píng)價(jià)方法。

2.1.1 時(shí)間尺度分析

時(shí)間尺度上，首先利用系列年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析水質(zhì)年際動(dòng)態(tài)變化情況。根據(jù)污染因子出現(xiàn)頻次，識(shí)別研究時(shí)間段內(nèi)的主要污染因子。其次，分析各年內(nèi)月度水質(zhì)變化情況，總結(jié)研究時(shí)段內(nèi)的年內(nèi)水質(zhì)波動(dòng)規(guī)律;同時(shí)，分析主要污染因子年內(nèi)變化情況，識(shí)別污染規(guī)律。

2.1.2 空間尺度分析

空間尺度分析是指斷面到河流再到區(qū)域的由點(diǎn)到線再到面的分析方法。

以研究區(qū)域關(guān)鍵的出入境斷面為對(duì)象，分析其水質(zhì)對(duì)比情況、主要污染因子消減情況，并結(jié)合研究時(shí)段的期初和期末主要污染因子濃度，綜合分析評(píng)價(jià)改善效果。

以區(qū)域內(nèi)主要河流為對(duì)象，分析從上游到下游各斷面水質(zhì)變化情況、主要污染因子濃度沿程分布情況，并結(jié)合研究時(shí)段的期初和期末污染物沿程分布情況，綜合分析河流各段問題所在。

以全域范圍內(nèi)所有監(jiān)測(cè)斷面為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)水質(zhì)空間分布情況，并結(jié)合研究時(shí)段的期初和期末水質(zhì)空間分異性，識(shí)別問題區(qū)域。

2.2 數(shù)據(jù)來源

采用2016～2020年“十三五”期間國(guó)家考核重慶市的42個(gè)地表水監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)逐月、逐年數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、化學(xué)需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、鉻（六價(jià)）、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活化劑、硫化物等共21項(xiàng)。以上指標(biāo)測(cè)定均依照GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

數(shù)據(jù)來源于由重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心編制、重慶市生態(tài)環(huán)境局發(fā)布的2016～2020年《重慶市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書》以及各月《重慶市地表水水質(zhì)狀況》。

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化特征

3.1.1 年度水質(zhì)變化情況

“十三五”期間，重慶市42個(gè)國(guó)考斷面水質(zhì)改善明顯，2016～2020年Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)占比分別為88.1%，90.5%，90.5%，97.6%，100%，逐年改善效果明顯（見圖1）。

以各斷面年均值為基礎(chǔ)，2018年以來無Ⅴ類及以下水質(zhì)斷面存在，2020年無Ⅳ類及以下水質(zhì)斷面。各斷面總磷、化學(xué)需氧量及氨氮超標(biāo)次數(shù)分別為12，7，1次，可知“十三五”期間重慶市地表水主要污染因子為總磷、化學(xué)需氧量及氨氮。但從時(shí)間尺度上分析，水污染防治成效明顯，2016～2020年總磷超標(biāo)斷面?zhèn)€數(shù)由4，3，3，1逐年遞減，到2020年無超標(biāo)斷面;全市42個(gè)國(guó)考斷面總磷平均濃度由2016年的0.111 mg/L下降為2020年的0.068 mg/L;化學(xué)需氧量從2018年后再無超標(biāo)斷面出現(xiàn)，全市42個(gè)國(guó)考斷面化學(xué)需氧量平均濃度由2016年的11.300 mg/L到下降為2020年的9.300 mg/L;氨氮僅2016年出現(xiàn)一次超標(biāo)，全市42個(gè)國(guó)考斷面氨氮平均濃度由2016年的0.300 mg/L下降為2020年的0.090 mg/L。

各斷面單月數(shù)據(jù)顯示：2016～2018年各年劣Ⅴ類斷面出現(xiàn)次數(shù)分別是5，4，5次，2019年以來重慶市地表水已無劣Ⅴ類斷面（見圖2）。

3.1.2 逐月水質(zhì)變化情況

（1）總體水質(zhì)年內(nèi)變化情況。

2016～2020年年內(nèi)水質(zhì)變化總體呈現(xiàn)下半年（7～12月）水質(zhì)優(yōu)于上半年（1～6月）的規(guī)律。 2016～2017年年內(nèi)劣Ⅴ類斷面幾乎出現(xiàn)在上半年（1～6月），7月為2016年和2017年內(nèi)水質(zhì)最優(yōu)時(shí)間;2018～2020年3 a間，水質(zhì)年內(nèi)變化呈現(xiàn)明顯的下半年（7～12月）優(yōu)于上半年（1～6月）的規(guī)律，分別如表1所列和圖2所示。

（2）主要污染物年內(nèi)變化情況。

“十三五”期間重慶市地表水主要污染因子為總磷、化學(xué)需氧量及氨氮。以重慶市長(zhǎng)江干流出境斷面巫峽口為研究對(duì)象，分析總磷、氨氮在“十三五”初期和末期年內(nèi)變化情況?？偭椎哪陜?nèi)逐月變化情況在“十三五”初期和末期呈現(xiàn)基本一致的變化規(guī)律，即從1月開始平穩(wěn)變化，到夏季6～7月總磷濃度達(dá)到最大值，隨后逐步回落，如圖3所示。氨氮的年內(nèi)逐月變化情況在“十三五”初期和末期變化規(guī)律總體一致，即呈現(xiàn)出1～4月往返波動(dòng)，5～7月逐步上升，8月以后逐步回落的規(guī)律，如圖4所示。

以每月42個(gè)國(guó)考斷面的均值為研究對(duì)象，分析化學(xué)需氧量在“十三五”初期和末期年內(nèi)變化情況，化學(xué)需氧量的年內(nèi)逐月變化情況在“十三五”初期和末期變化規(guī)律總體一致，即呈現(xiàn)出1～6月波動(dòng)上升，7～12月波動(dòng)下降，6月達(dá)到最高值的規(guī)律，如圖5所示。

主要污染因子的年內(nèi)變化規(guī)律主要是由于夏季降雨多，在降水和徑流沖刷作用下，通過農(nóng)田地表徑流、農(nóng)田排水和地下滲漏，使大量污染物進(jìn)入受納水體，造成總磷、化學(xué)需氧量、氨氮在夏季濃度升高，盡管到2020年各污染因子濃度下降明顯，但這一變化規(guī)律依然如此。這一規(guī)律表明，“十三五”期間重慶市地表水環(huán)境污染主要為農(nóng)業(yè)面源污染造成。

3.2 水質(zhì)的空間分布特征

3.2.1 總體水質(zhì)的空間分布

從水質(zhì)空間分布看，2017年水質(zhì)超Ⅲ類斷面的區(qū)域主要集中在西部地區(qū)，其他地區(qū)水質(zhì)保持在Ⅲ類及以上。2020年?yáng)|北部、東部和東南部地區(qū)水質(zhì)基本穩(wěn)定在Ⅱ類水質(zhì)，西部、西北部以Ⅲ類水質(zhì)居多。水質(zhì)的空間分布情況與“十三五”期間重慶市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口分布密切相關(guān)，“十三五”期間重慶市西部、西北部人口密度大，工業(yè)企業(yè)多，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，因此受人類活動(dòng)影響更大的西部地區(qū)相比與東部、東北部、東南部地區(qū)水質(zhì)較差（見圖6～7）。

3.2.2 主要污染物空間分布

（1） 出入境斷面主要污染物變化情況。

重慶市全境屬于長(zhǎng)江流域，“十三五”期間，在長(zhǎng)江干流布設(shè)入境斷面朱沱和出境斷面巫峽口，分析兩斷面水質(zhì)及主要污染物情況，可明確“十三五”期間重慶市對(duì)長(zhǎng)江重慶段水環(huán)境質(zhì)量的負(fù)荷貢獻(xiàn)或消減情況。

入境朱沱斷面2016年總磷年均值0.105 mg/L，出境巫峽口斷面2016年總磷年均值0.103 mg/L，總磷消減1.90%;到2020年入境朱沱斷面總磷年均值0.067 mg/L，出境巫峽口斷面總磷年均值為0.060 mg/L，總磷消減10.45%。入境朱沱斷面2016年氨氮年均值0.236 mg/L，出境巫峽口斷面2016年氨氮年均值0.120 mg/L，氨氮消減49.15%;到2020年入境朱沱斷面氨氮年均值0.123 mg/L，出境巫峽口斷面氨氮年均值0.085 mg/L，氨氮消減30.89%。到2020年入境朱沱斷面化學(xué)需氧量年均值7.4 mg/L，出境巫峽口斷面化學(xué)需氧量年均值10.0 mg/L，化學(xué)需氧量增加35.14%。

上述數(shù)據(jù)表明：“十三五”期間隨著跨省際聯(lián)防聯(lián)控機(jī)制的形成，上下游省份水污染防治效果均取得了顯著的成績(jī);出境斷面總磷、氨氮明顯低于入境斷面，重慶市在“十三五”期間氮、磷防控效果顯著。

（2） 長(zhǎng)江干流主要污染物沿程變化情況。

“十三五”期間在重慶市長(zhǎng)江干流設(shè)置10個(gè)國(guó)考斷面，從上游到下游依次是朱沱、江津大橋、豐收壩、和尚山、寸灘、清溪場(chǎng)、蘇家、曬網(wǎng)壩、白帝城、巫峽口（培石），其中朱沱斷面是入境斷面，巫峽口為出境斷面。以“十三五”初期的2017年和末期的2020年總磷和化學(xué)需氧量數(shù)據(jù)為依據(jù)，分析主要污染物沿程變化，如圖8～9所示。

“十三五”期間長(zhǎng)江干流總磷年均值總體維持在0.100 mg/L以下，“十三五”初期（2017年）從上游到下游各斷面總磷濃度基本維持在固定值附近波動(dòng)，趨勢(shì)線基本水平;到“十三五”末期（2020年）從上游到下游總磷濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，局部有上升現(xiàn)象。2017，2020年數(shù)據(jù)均表明，長(zhǎng)江干流總磷在經(jīng)過清溪場(chǎng)斷面時(shí)明顯增加，分析原因是由于清溪場(chǎng)斷面上游有烏江匯入長(zhǎng)江，烏江總磷濃度較高，造成清溪場(chǎng)斷面總磷濃度陡增。

“十三五”期間長(zhǎng)江干流化學(xué)需氧量年均值總體維持在12.000 mg/L以下，“十三五”初期（2017年）各斷面化學(xué)需氧量濃度從上游到下游總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但在主城區(qū)下游寸灘斷面和萬(wàn)州城區(qū)下游曬網(wǎng)壩斷面化學(xué)需氧量濃度出現(xiàn)上升，達(dá)到局部峰值。分析原因?yàn)槭苤貞c市區(qū)和萬(wàn)州區(qū)兩個(gè)大城市的影響，在此區(qū)域化學(xué)需氧量濃度出現(xiàn)上升，隨著自然消解作用出現(xiàn)峰值后往下游逐步降低;到“十三五”末期（2020年）相比2017年化學(xué)需氧量總體濃度下降，從長(zhǎng)江干流上游到下游化學(xué)需氧量濃度總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，曬網(wǎng)壩斷面達(dá)到峰值隨后逐步下降。2017，2020年數(shù)據(jù)綜合表明，長(zhǎng)江干流化學(xué)需氧量在流經(jīng)大的城市過后會(huì)有一定的上升，城市水污染防治和污水治理還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 結(jié) 論

“十三五”期間重慶市地表水水質(zhì)優(yōu)良比例由88.1%上升為100%，全市42個(gè)國(guó)考斷面主要污染物總磷、化學(xué)需氧量和氨氮平均濃度下降明顯，總磷由0.111 mg/L下降為0.068 mg/L，化學(xué)需氧量由11.300 mg/L下降為9.3 mg/L，氨氮由0.30 mg/L下降為0.09 mg/L。“十三五”期間各年年內(nèi)水質(zhì)變化總體呈現(xiàn)下半年（7～12月）水質(zhì)優(yōu)于上半年（1～6月）的規(guī)律，主要污染因子的年內(nèi)變化規(guī)律表明“十三五”期間重慶市地表水環(huán)境污染主要為農(nóng)業(yè)面源污染造成，夏季暴雨使污染物質(zhì)隨徑流進(jìn)入水體，造成總磷、化學(xué)需氧量、氨氮在夏季濃度升高。

“十三五”期間受人類活動(dòng)影響較大的主城區(qū)及西部地區(qū)相比與東部、東北部、東南部地區(qū)水質(zhì)明顯較差;出境斷面總磷、氨氮明顯低于入境斷面，重慶市在“十三五”期間氮、磷防控效果顯著;長(zhǎng)江干流在“十三五”初期從上游到下游各斷面總磷濃度基本維持在固定值附近波動(dòng)，到“十三五”末期（2020年）從上游到下游總磷濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，局部有上升現(xiàn)象。

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（編輯：劉 媛）

Study on spatio-temporal evolution of surface water environmental quality in Chongqing

City during “13th Five-Year Plan”

QIN Cheng，GE Miao，LIU Nian，LIU Hao，CAI Yu ，LI Lingxing

（Ecological and Environmental Monitoring Center of Chongqing，Chongqing 401147，China）

Abstract：

During the “Thirteenth Five-Year Plan” period，with the continuous deepening of ecological civilization reform，the water environment governance had been transformed into precise and scientific pollution control，and the water environmental quality had improved significantly.Based on the concept of multi-scale of time and space，a "multi-scale comprehensive evaluation" method was proposed to study the temporal and spatial evolution of surface water environmental quality.The surface water environmental quality in Chongqing City was the study object based on the data from national examination sections in the “13th Five-Year Plan”.Based on the environmental quality of the surface water and the variation law of the main pollutants in the time scale （annual and inner annual），we comprehensively analyzed the environmental quality from the point （entry and exit section） to the line （the main stream of the Yangtze River） to the surface （the surface water of the whole city） on the spatial scale.The results show that during the “13th Five-Year Plan” period，the environmental quality of surface water in Chongqing City national examination sections had improved step by year.The water quality in the second half of a year were generally better than those in the first half of a year.The concentration of major pollutants increased significantly in summer，and the surface water environmental pollution was mainly caused by agricultural non-point source pollution.The water quality in the whole region was negatively correlated with the level of economic development，as the water quality in eastern region was significantly better than that in the western region.The effects of nitrogen and phosphorus prevention and control were significant，with reduction rates of 30.89% and 10.45%.This result has practical significance for evaluating the effect of pollution prevention and control since the “13th Five-Year Plan”，and also provides a theoretical basis for the implementation of related pollution control during the “14th Five-Year Plan”.

Key words：

national examination section;surface water environmental quality;multi-scale comprehensive evaluation;Chongqing City