飲馬河水質時空變化特征分析

劉玉申王靜劉思彤謝瑩林

(1.吉林省水文水資源局/吉林省水環(huán)境監(jiān)測中心，吉林 長春 130022；2.長春工程學院水利水電工程系，吉林 長春 130000)

1 飲馬河流域基本概況

飲馬河發(fā)源于吉林哈達嶺山脈老爺嶺東南側伊通滿族自治縣河源鎮(zhèn)德勝村北，向東流，當?shù)胤Q小黃河。由西向東流入磐石市，經(jīng)大倒木、吉昌、明城、煙筒山，雙陽區(qū)的山河鎮(zhèn)，永吉縣的金家，雙陽區(qū)的長嶺子，九臺區(qū)的四家子，入石頭口門水庫，經(jīng)九臺的波泥河、西營城、飲馬河，德惠市的大青咀子、德惠市區(qū)，農(nóng)安縣與德惠市北部的界河，于農(nóng)安縣靠山鎮(zhèn)紅石村(又稱紅石壘屯)、江南鎮(zhèn)屯注入松花江[1]。

飲馬河流域面積18247km2(含西側波羅泡閉流區(qū))(還有研究認為是11122.9km2)，河長386.8km(還有研究認為是403km)，其中磐石市境內(nèi)長60km，雙陽區(qū)與永吉縣、磐石市界河長85km、九臺區(qū)境內(nèi)長62km，德惠市境內(nèi)長102km。流域面積11122.9km2，整個流域略呈斜長方形。河道平均坡度0.3‰。

在磐石市煙筒山鎮(zhèn)以上為低山丘陵區(qū)，河谷寬1km多，河道彎曲，河槽窄深，河底為沙、卵石。煙筒山鎮(zhèn)至九臺區(qū)石頭口門水庫，沿河為平緩的丘陵和臺地，河谷有洼地及沼澤。河道較彎曲，河底為沙或細沙。石頭口門水庫壩下至河口，河道彎曲，沿岸為臺地和平原，地表呈波狀，沖溝發(fā)育，河口附近有沼澤及風成沙丘。在伊通河口上下，曲流蜿轉，河槽較淺，河底為細沙和淤泥[1]。

從發(fā)源地到煙筒山鎮(zhèn)為上游段，河兩岸為連綿起伏的低山丘陵，灌木雜草叢生，沿河兩岸有1km多寬的平川河谷，多為水田。上游段河道彎曲，河槽窄深。河岸多為沙土，較陡，易坍塌，河底為卵石或細沙，洪水漲落快，林區(qū)河槽較淺而水流湍急。地形呈東南高、西北低之勢，支流多為南北流向。

煙筒山鎮(zhèn)至石頭口門水庫為中游段，沿岸為平緩低丘臺地。呈微波狀，多洼地和沼澤，河道彎曲，較為平坦，河岸多由沙土或沙壤土構成，河底多沙或細沙。

自石頭口門至河口為下游。河流兩岸臺地分布較廣，臺地邊緣被雨水沖刷，地表呈波狀，尤以河口為甚，河口處有沼澤及風成沙丘。下游泛濫面積較大，特別在河口地區(qū)，河道曲折蜿蜒，反流現(xiàn)象較多。兩岸由沙壤土構成，河底為細沙和淤泥，水勢較緩。

磐石市境內(nèi)飲馬河左岸于板凳河屯東納玻璃河，于田家屯納驛馬河，此段飲馬河曾被稱為“小黃河”。每遇暴雨山洪暴發(fā)，致使水流成災[1]。

飲馬河是第二松花江一級支流，發(fā)源于伊通縣哈達嶺山脈老爺嶺東南側，至農(nóng)安縣靠山鎮(zhèn)左岸有伊通河匯入，流至農(nóng)安縣靠山鎮(zhèn)紅石壘屯東南注入松花河。河長386.80km，流域面積1.74萬km2(含伊通河面積0.93萬km2)。飲馬河流域面積大于1000km2的支流有雙陽河、岔路河、霧開河和伊通河[1]。

飲馬河干流在磐石市煙筒山鎮(zhèn)以上為低山丘陵區(qū)，灌木叢生，河谷寬1km多，較平坦，兩岸多水田，河道彎曲，河槽窄深；煙筒山鎮(zhèn)至石頭口門水庫河段，沿河為平緩的丘陵和臺地；石頭口門水庫壩下至河口，沿岸為波狀臺地和平原。伊通河是飲馬河左岸最大支流，發(fā)源于伊通縣哈達嶺山脈青頂子嶺北側，流經(jīng)長春市，在農(nóng)安縣靠山鎮(zhèn)東注入飲馬河，流域面積0.93萬km2，河長342.50km。伊通河新立城水庫以上為低山丘陵區(qū)，生長稀疏的雜木林；飲馬河在永吉縣吳家村西注入石頭口門水庫，流域面積0.11萬km2，河長102.6km，河道平均坡度1.6‰。在永吉縣岔路河鎮(zhèn)星星哨水庫以上河谷狹窄，河道較順直，河槽窄深，河底為沙、卵石，水流較急。星星哨水庫以下，河谷逐漸開闊，河道彎曲，河槽寬淺河底為細沙。飲馬河流域水系分布圖見圖1。

圖1 飲馬河流域分布位置圖

飲馬河流域地處吉林省中部，地勢為東南高西北低，從地形地貌上劃分為東南部低山丘陵漫崗黑土區(qū)，中部松遼平原山崗臺地黑土區(qū)，見圖2。該流域屬于北溫帶大陸性季風氣候區(qū)。其氣候特征為春季干燥多大風，夏季炎熱多雨，秋季天高氣爽日溫差大，冬季嚴寒而漫長。其水汽來源主要為太平洋和印度洋的孟加拉灣的暖濕氣流，水汽入流方向以西南和西西南為主。全年平均氣溫一般為2～6℃，年日照時數(shù)為2600～2800h，無霜期120～140d。長春站多年平均降水量582.2mm，6—9月降雨量為451.2mm，占全年降水量的77.5%；多年平均水面蒸發(fā)量1719.2mm(Φ20)；多年平均日照時數(shù)2643.5h；多年平均氣溫4.9℃，極端最高氣溫為38℃，歷年極端最低氣溫為-36.5℃。多年平均風速4.3m·s-1，歷年最大風速為31m·s-1，最大凍土深度為169cm。

圖2 飲馬河流域分布圖

飲馬河流域是吉林省經(jīng)濟中心區(qū)，工農(nóng)業(yè)最發(fā)達，處于東北黑土帶核心區(qū)，是全省水稻、玉米等糧食作物主產(chǎn)區(qū)，是東北老工業(yè)基地和國家主要商品糧基地。在行政區(qū)劃上分屬于長春市現(xiàn)轄的朝陽、寬城、南關、綠園、二道、長春經(jīng)濟技術、凈月潭旅游經(jīng)濟、長春高新技術、雙陽9個區(qū)和德惠市、九臺市、農(nóng)安縣，以及四平市的伊通縣等，主要城鎮(zhèn)有長春市(含直轄朝陽、寬城、南關、綠園、二道、長春經(jīng)濟技術、凈月潭旅游經(jīng)濟、長春高新技術)、雙陽區(qū)、九臺市、德惠市、農(nóng)安縣、伊通縣。

2010年飲馬河流域(含伊通河，以下同)人口總數(shù)為850.11萬人。其中城鎮(zhèn)人口為610.87萬人，農(nóng)村人口為239.24萬人，城鎮(zhèn)化率為71.9%。2010年地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)為2864.87億元，占全省總GDP的35.2%。其中第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)增加值分別為302.29億元、1352.50億元和1209.10億元。2010年人均GDP為3.36萬元/人，是吉林省全省平均水平的1.56倍。由此可見，飲馬河流域在吉林省的國民經(jīng)濟中占有重要地位，對于帶動全省經(jīng)濟社會的快速發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略地位。尤其是坐落于飲馬河流域的省會城市長春市，是全國聞名的“森林城”、“電影城”和“汽車城”，是首批中國優(yōu)秀旅游城市之一，總面積2.06萬km2。

飲馬河流域作為吉林省老工業(yè)基地比較密集的流域之一，經(jīng)過多年的發(fā)展建設，已形成以交通運輸設備制造業(yè)為主體、門類齊全的工業(yè)體系。其中著名的一汽集團是全國規(guī)模最大、品種最全的現(xiàn)代化汽車科研生產(chǎn)基地，主要產(chǎn)品有轎車和中型載重卡車，汽車年產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的1/5，汽車工業(yè)產(chǎn)值占全市工業(yè)總產(chǎn)值的50%以上；中車長春軌道客車股份有限公司是國內(nèi)較大的鐵路客車、地鐵客車科研生產(chǎn)和出口基地。長春市的客車、摩托車、拖拉機等工業(yè)也在全國占有舉足輕重的地位。此外，機械、電子、化工、冶金、建材等行業(yè)也具有穩(wěn)定基礎和廣闊發(fā)展?jié)摿?。?jù)近幾年統(tǒng)計，飲馬河流域工業(yè)增加值占吉林省全省工業(yè)增加值的40%以上；第三產(chǎn)業(yè)增加值占吉林省全省第三產(chǎn)業(yè)增加值的50%以上。

2 飲馬河流域水質評價

2.1 水質監(jiān)測與評價方法

2.1.1 水質監(jiān)測執(zhí)行標準

監(jiān)測樣品執(zhí)行《地表水環(huán)境質量標準》(GB 2828-2002)中地表水檢測方法，具體檢測方法標準見表1。

表1 飲馬河流域水質檢測主要檢測項目、應用方法

2.1.2 水質評價方法

采用模糊綜合評價法，把污染物超標值、水質質量分級標準、污染物在總體污染中的貢獻等幾個方面聯(lián)系在一起。具體步驟如下。

建立評價對象集：

U={u1,u2,u3,…,u}

本研究中，u={DO、BOD5、CODMN、COD、NH4-N、ZP、ZN}

建立水質評價等級。本研究中水質評價等級：

L={Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ}

建立隸屬函數(shù)：

建立模糊矩陣，通過隸屬函數(shù)，利用實測值，求i個單項指標對j級水質隸屬關系，得出矩陣：

建立權重矩陣：

A={a1,a2,a3,…,an}

計算評價結果：

W=A×R

2.2 飲馬河流域水質評價

飲馬河斷面上選取了15個監(jiān)測斷面進行評價[2]，除石頭口門水庫3個斷面常年水質指標評價為Ⅲ類外，其他3個水質監(jiān)測斷面常年水質類別為劣Ⅴ類水質。長嶺斷面按污染物斷面超標倍數(shù)大小排序分別為NH4-N、TP、BOD5、COD、CODMN，其中，2009年NH4-N超標9.9倍，TP超標3.6倍，BOD5超標0.6倍，而2013年長嶺斷面NH4-N超標8.3倍，TP超標2.2倍，CODMN超標0.1倍，到2018年NH4-N超標6.7倍，TP超標2.3倍，COD超標0.5倍；綜合來看，雖然污染物超標倍數(shù)有所降低，不同年份污染物指示無較大變化，但總體控制上此斷面水質無較大變化[3]。拉他泡斷面常年水質類別也為劣Ⅴ類，按污染物斷面超標倍數(shù)大小排序分別為NH4-N、BOD5、COD、CODMN，其中，2009年NH4-N超標5.8倍，BOD5超標0.8倍，COD超標0.1倍，而2013年長嶺斷面NH4-N超標0.5倍，BOD5超標0.7倍，COD超標0.2倍，到2018年NH4-N超標0.5倍，BOD5超標0.6倍，COD超標0.5倍，此斷面指示物染污特別穩(wěn)定，說明流域周邊狀況穩(wěn)定，且污染物濃度都有所削減，水質變化再向好的方向進行。德惠斷面是飲馬河匯入第二松花江的控制斷面，其常年水質控制類別為劣Ⅴ類，按污染物斷面超標倍數(shù)大小排序分別為NH4-N、BOD5、COD、TP。對此斷面進行分析時發(fā)現(xiàn)，雖然污染物來源穩(wěn)定，但是NH4-N指標出現(xiàn)了轉折點，2009年超標7.5倍，2015年降低至1.7倍，到2018年評價時，污染物超標倍數(shù)卻增長到了5.1倍，而期間水質類別評價依舊是劣Ⅴ類水質。雖然除飲用水源控制斷面外，其他3個斷面都穩(wěn)定控制在劣Ⅴ類，但總結發(fā)現(xiàn)，大部分超標倍數(shù)在逐年緩慢下降，說明飲馬河水質在逐年改善。

表2 飲馬河流域斷面設置情況

飲馬河流域綜合10a水質評價結果如圖3所示，監(jiān)測斷面Ⅲ類水質占48%，Ⅳ水質占5%，劣Ⅴ類水質占評價總數(shù)的47%，飲馬河和伊通河受長春市工業(yè)和城市生活廢污水以及農(nóng)業(yè)面源污染影響，水質污染嚴重；石頭口門水庫和新立城水庫為長春市供水水源地，飲馬河和伊通河上游來水大部被截留，加之飲馬河流域降雨少，天然徑流小，河流的自凈能力小，污染物不能有效的稀釋和降解，導致飲馬河和伊通河下游水體基本為劣Ⅴ類水質，水質均不達標。

圖3 飲馬河流域各斷面水質類別

3 飲馬河流域評價結論

飲馬河流域近1/2的河流受到嚴重污染，雖然污染物指標呈顯著下降態(tài)勢，河流水質狀況也在不斷改善，但飲馬河流域水環(huán)境狀況仍不容樂觀。

除石頭口門水庫和長嶺之外，拉他泡和德惠斷面一直為劣Ⅴ類水質，拉他泡斷面主要超標項目為氨氮、溶解氧和化學需氧量，其中氨氮超標倍數(shù)達到了5.8倍，德惠斷面主要超標項目為氨氮、五日生化需氧量和總磷。伊通河選取的9個斷面，除新立城水庫河段為Ⅲ類水質以外，項目區(qū)其他河段均為劣Ⅴ類水質。主要超標污染物為化學需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、五日生化需氧量和溶解氧等。其中靠山、農(nóng)安和伊通常年氨氮、化學需氧量、總磷3個評價值數(shù)超標。

飲馬河流域水質狀況在逐年改善，但是由于飲馬河流域為吉林省主要糧食作物種植區(qū)，其污染主要受面源污染影響，面源污染的季節(jié)性影響較大，所以要加大農(nóng)業(yè)綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展，強化思想意識建設，才能逐步恢復綠水青山。

4 建議

飲馬河流域的支流及部分城市區(qū)域污染很嚴重，其中，伊通河和飲馬河及城市區(qū)域中的長春市楊家崴子大橋斷面水質為劣V類，污染嚴重；農(nóng)業(yè)污染是影響水質的重要因素，如農(nóng)藥化肥、農(nóng)村廢水、廢物及牲畜養(yǎng)殖的污染，而飲馬河流域的農(nóng)藥化肥用量大，利用率低，這就導致大量的殘留物進入到地表及地下水，由于很多牲畜養(yǎng)殖場沒有合適的污染處理設備，大量牲畜糞便直接污染環(huán)境等；水環(huán)境監(jiān)管和風險防范的能力薄弱，由于多種條件限制，地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測機構滯后，需要做好完善水資源評估、預警及應急系統(tǒng)。