黃河流域包頭段西河水環(huán)境調(diào)查分析

于秋穎，郝再禹，高 冰

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測總站包頭分站，內(nèi)蒙古包頭 014060；2.中央民族大學生命與環(huán)境科學學院；3.包頭醫(yī)學院)

在人們的生活環(huán)境中，水環(huán)境是其中很重要的內(nèi)容，保障人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活。水環(huán)境生態(tài)綜合治理不僅保障著人們健康生活，還要確保水資源的可持續(xù)發(fā)展。城市河道是與自然環(huán)境中的河流相互連接溝通的，一旦破壞城市河道水環(huán)境，就會影響區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境平衡[1]。城市河道作為城市居民用水的重要來源，在城市發(fā)展建設過程中發(fā)揮了舉足輕重的作用。所以要做好水環(huán)境的保護，優(yōu)化河道治理，加大對水環(huán)境的保護和管理力度，減少污水排放，對河道進行整治，從而建設一個良好的水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)，對人們生活質(zhì)量的提高具有重要意義[2]。

包頭地處中國華北地區(qū)、內(nèi)蒙古中部、南瀕黃河，陰山山脈橫貫城市中部，是國家生態(tài)安全的重要屏障。黃河流域包頭段有4條支流，分別為昆河、四道沙河、西河和東河。這4條支流在包頭境內(nèi)依次匯合匯入黃河，其下游磴口是包頭市的主要飲用水源地。為了解黃河流域包頭段水質(zhì)情況，對包頭支流水環(huán)境監(jiān)測結(jié)果進行分析和預測，為水污染治理與水環(huán)境保護提供數(shù)據(jù)。其中西河是黃河干流包頭段的主要支流，屬于季節(jié)性河流，雨季泄洪，平時作為城市排污河。尾閭工程排口也經(jīng)此入黃河，接納全市重點工業(yè)與生活污染源90 %的廢水，日排水量30余萬噸。城市流域水環(huán)境綜合治理工作是城市發(fā)展建設中的關(guān)鍵，對城市居民的生活和健康產(chǎn)生重要影響，堅持“注重源頭控制、污水集中處理、強化監(jiān)控手段、加強應急響應系統(tǒng)建設”原則[3]，做好水環(huán)境的保護和河道優(yōu)化治理工作。本文就2015-2020年黃河包頭段水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進行評估，為包頭市水源地提出合理的有效風險防范措施提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

本研究以黃河包頭段為研究區(qū)域，收集整理研究區(qū)內(nèi)2015-2020年監(jiān)測數(shù)據(jù)，進行水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價，初步篩選水質(zhì)主要污染指標，為風險防范措施提供技術(shù)支撐；對主要污染指標進行分析和年度對比，以及對各斷面綜合指標評價，同時構(gòu)建風險評價模型，提出措施建議。利用風險預測模型對2021-2025年研究區(qū)進行綜合指標水環(huán)境風險評價和預測，根據(jù)水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價和時空變化規(guī)律分析，提出合理的水源地風險防范措施。開展黃河包頭主要支流的監(jiān)測，對水源地周邊產(chǎn)業(yè)布局、植被保護、安全調(diào)查評價、水質(zhì)監(jiān)測及應急預案等方面提出具體措施，從源頭上控制污染總量。

1.1數(shù)據(jù)來源 收集2015-2020年《包頭市環(huán)境統(tǒng)計年報》和《包頭市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量報告書》數(shù)據(jù)資料，監(jiān)測項目主要包括氨氮、總磷、氟化物、化學需氧量及生化需氧量等。

1.2檢測方法 現(xiàn)場采集水樣按照《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T91-2002)中的標準進行檢測。水中氨氮的測定按照《水質(zhì)氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535-2009)。五日生化需氧量按照《水質(zhì)五日生化需氧量(BOD5)的測定 稀釋與接種法》(HJ 505-2009)?？偭装凑铡端|(zhì)總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》(GB 11893-89)。

1.3水質(zhì)評價 按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)中水質(zhì)標準評價，同時執(zhí)行《地表水評價辦法(試行)》。

1.4數(shù)據(jù)分析方法 用Excel建立數(shù)據(jù)庫，使用SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計，檢驗水準α=0.05。以2015年為基準年，采用秩相關(guān)系數(shù)法對2015-2020年支流河道主要污染物氨氮、化學需氧量、生化需氧量的變化趨勢進行分析。預測模式采用“灰色模式”預測方法GM(1，1)模式，對西河水中生化需氧量、氨氮和總磷濃度進行預測，建模如下。

對于給定的原始數(shù)據(jù)列(設為n個)：

[X(0)(t)]〗=[X(0)(1),X(0)(2),…X(0)(n)]

[X(1)(t)]〗=[X(1)(1),X(1)(2),…X(1)(n)]

建立微分方程：

用最小二乘法求解兩個對數(shù)a、u便有

其中B為累加生成矩陣，Yn為原始列向量，由原始數(shù)據(jù)列中去掉第一個數(shù)據(jù)構(gòu)成：

得預測模式為：

Yn=[X(0)(2),X(0)(3),…X(0)(n)]T

求原序列的方差：

求殘差的方差：

計算方差比C和小誤差概率P：

表1 預測精度等級檢驗表

2 結(jié)果

2.12020年西河水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果及現(xiàn)狀評價 2020年，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)Ⅲ類標準評價，西河主要污染物為氟化物、氨氮和生化需氧量，各月均為劣Ⅴ類水質(zhì)，水質(zhì)狀況為重度污染，糞大腸菌群為Ⅱ，年均值超標污染物見表2。

2.2西河主要污染物年度對比分析 2020年西河水質(zhì)與2015年對比無明顯變化，氟化物升高107.6 %，氨氮、生化需氧量分別下降89.6 %、78.9 %；2020年西河與2019年對比，氟化物、氨氮、生化需氧量分別下降7.2 %、 56.7 %、 37.7 %。

表2 2020年西河道水質(zhì)狀況統(tǒng)計表

2.3黃河包頭段3條主要支流河道時空變化規(guī)律分析 對2015-2020年包頭昆河、東河與西河3條支流河道時空變化規(guī)律分析，其中西河氨氮、化學需氧量、生化需氧量變化趨勢沒有顯著意義，主要污染物趨勢檢驗統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表3 2015-2020年支流河道主要污染物趨勢檢驗統(tǒng)計表

2.4黃河包頭段主要支流西河水質(zhì)預測分析 基于西河入黃口2015-2020年監(jiān)測數(shù)據(jù)，對模型參數(shù)進行驗證，結(jié)果表明西河生化需氧量、氨氮和總磷精度檢驗均合格，可以使用灰色模式預測，C值見表4。

表4 西河生化需氧量、氨氮和總磷濃度C值

應用構(gòu)建的水質(zhì)模型，與2020年相比，預計2025年西河生化需氧量濃度下降72.1 %，氨氮濃度下降66.9 %，總磷濃度持平?！笆奈濉逼陂g，西河主要污染物生化需氧量在2.4～6.2 mg/L，氨氮在0.90～2.90 mg/L、總磷在0.27～0.54 mg/L。西河生化需氧量、氨氮和總磷年度預測結(jié)果見表5。

表5 西河生化需氧量、氨氮和總磷年度預測值(mg/L)

3 討論

人們環(huán)保意識隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展越來越強烈，對城市水源地水質(zhì)安全要求越高[4]。加強集中式飲用水源地保護力度，要加大水污染防治工程建設資金投入，多部門配合，通過重點工程的實施，加強生態(tài)環(huán)境監(jiān)管力度，打贏碧水保衛(wèi)戰(zhàn),使黃河支流河道水質(zhì)能有明顯改善，保護飲用水源地，確保全市人民的飲水安全。

3.1“十四五”期間西河整改工作 “十四五”期間，通過19個改善西河水質(zhì)的重點工程全面實施，主要包括尾閭管線納管企業(yè)整改、中水回用工程建設、上游來水截污改造以及西河生態(tài)治理工程建設等四部分內(nèi)容，處理后的水質(zhì)達到地表水Ⅴ類標準要求。采用“灰色模式”預測方法GM(1，1))模式，對西河入黃口中主要污染物生化需氧量、氨氮和總磷濃度進行預測，“十四五”末，生化需氧量、氨氮兩項指標將達到Ⅲ類標準及以上，總磷保持在Ⅳ標準。將實現(xiàn)西河水環(huán)境質(zhì)量的明顯改善，提升水生態(tài)環(huán)境安全保障水平，確保黃河磴口飲用水源地安全。

3.2實施河道整治與生態(tài)修復工程 針對城市供水系統(tǒng)的實際情況與地表水監(jiān)測相結(jié)合，構(gòu)建完善的水源地地下水監(jiān)測體系，加強對城市水源地地下水監(jiān)測體系的構(gòu)建；選取適當區(qū)域，設置水源地地下水監(jiān)測點，增強對地下水污染的預警能力，強化對地下水水質(zhì)的動態(tài)監(jiān)測分析；對城市水源地受污染區(qū)域做好重點監(jiān)測，嚴密監(jiān)測地下水水質(zhì)變化；根據(jù)地表水水質(zhì)變化，做好地下水水質(zhì)的協(xié)同監(jiān)測；加強對城市水源地地下水保護區(qū)域的規(guī)劃，在保護區(qū)域內(nèi)嚴禁工業(yè)和生活用水排放，有效降低水源地發(fā)生污染事件的概率；全面了解城市水源地地表水與地下水水質(zhì)的變化特征，為做好水源地污染防治提供參考[5]。

深入落實河長辦工作機制，依照《包頭市河湖長巡河巡湖制度(修訂版)》(市河長辦[2020]17號)工作要求，扎實落實各級河湖長巡河工作機制，巡河、巡湖堅持問題導向、水岸同抓、標本兼治，協(xié)調(diào)解決河湖管理保護重大問題，突出對昆河、四道沙河、西河、東河等重點河流國家、省級控制斷面水質(zhì)的巡查保障。

3.3實施水環(huán)境精細化管理工程 城市水源地地下水污染的防治重點應該集中在污染物的防治上[6]。要做好城市供水系統(tǒng)的科學設計，做好工業(yè)廢水和生活污水的處理后排放，固體廢棄物的處理與填埋應當遠離城市水源地保護區(qū)，并做好防滲漏措施。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應當推行科學合力的化肥和農(nóng)藥使用技術(shù)，結(jié)合高效灌溉技術(shù)，減少化肥和農(nóng)藥通過地表水滲透到地下水的總量；工業(yè)廢水應當集中處理，更新處理設施，采用先進的處理工藝，加強對廢水排放的檢測，確保處理達標后排放[7]。

以水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為核心，統(tǒng)籌水資源利用、水生態(tài)保護和水環(huán)境治理，加強水環(huán)境協(xié)同管理[8]。全面加強城市取水、水域及其岸線、市政管網(wǎng)納污、河道排污口、工業(yè)排污的全過程協(xié)同管理，各主管部門各司其職、主動對接，嚴格管理、強化執(zhí)法，促進形成更加高效的監(jiān)管鏈條。

3.4實施飲用水安全保障工程 城市管理者應該在城市污水治理中加強水源地保護區(qū)域周圍污水截排系統(tǒng)的建設，加強對城市和鄉(xiāng)村污水集中收集裝置的完善，廣泛建設污水處理設施，實現(xiàn)對城市和鄉(xiāng)村生活廢水的集中處置和安全排放[9]。同時，大力開展地表水生態(tài)恢復工程，在城市工業(yè)區(qū)、生活區(qū)與水源地之間構(gòu)筑緩沖地帶，加大建設濕地公園等設施，做好對城市水源地的周邊治理，減少污染物對水源地的影響，防止造成二次污染[10]。(1)提高源頭管控水平：進一步建立完善全市飲水工程(集中式水源地)選址建設，飲用水水源保護劃定，規(guī)范化建設全流程管理機制，促進飲用水水源、保護區(qū)劃定同時規(guī)劃、同步啟動、同時完工，提高源頭管控水平。(2)開展飲用水水源地定期監(jiān)測和調(diào)查評估：鞏固城市及“萬人千噸”農(nóng)村水源地規(guī)范化治理成果，延伸推進農(nóng)村飲用水源地規(guī)范化建設，持續(xù)開展遠郊旗縣區(qū)集中式飲用水源地定期監(jiān)測、調(diào)查評估和環(huán)境問題整治。(3)強化信息化建設：啟動實施流域污染防治智慧監(jiān)管平臺，以信息平臺為載體實現(xiàn)高效化、智能化管理。完善旗縣級以上水源地數(shù)據(jù)庫，提高城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村飲用水水源地管理水平。

本研究通過主成分分析篩選風險評價指標，構(gòu)建風險評估模型對黃河包頭段支流進行水環(huán)境風險評價，評估水體污染程度及解析污染源，取得了很好的效果，且與實際情況吻合，為水環(huán)境風險評價指標篩選與風險評價提供了一種新的研究思路，對水環(huán)境治理和飲用水水源地保護工作具有重要現(xiàn)實意義。水源地的保護關(guān)系著附近人民群眾的日常生活和身體健康，水源地大多流經(jīng)城鎮(zhèn)，沿途排入的點污染源和農(nóng)村面源是影響水質(zhì)的主要因素，各地應按照所轄范圍內(nèi)水功能區(qū)目標水質(zhì)，結(jié)合本地的實際制定相應的措施，加強污染源控制，關(guān)注突發(fā)性水污染事件，強化水質(zhì)實時監(jiān)測，做好水資源保護工作，保障飲用水功能區(qū)的可持續(xù)利用。