黃河流域支流金堤河汛期水質(zhì)變化分析及治理對策研究

唐 敏，楊志軒，王 兵，趙海麗，和暐杰

(河南省安陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南 安陽 455000 )

前 言

水資源短缺、水環(huán)境惡化、洪澇等自然災(zāi)害頻發(fā)、水質(zhì)危機等問題日益突出[1-2]，制約了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。尤其是安陽市既是一個典型的工業(yè)城市又是一個資源型缺水城市，人均水資源占有量245m3，僅為全國平均水平的1/10，水環(huán)境壓力較大[3]，因此開展區(qū)域水環(huán)境污染源與水質(zhì)參數(shù)之間關(guān)系的探討，對水環(huán)境保護和治理具有重要意義。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有比較成熟的水質(zhì)評價方法，比較典型的方法有單因子評價法、綜合污染指數(shù)評價法、灰色聚類法、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法等[4]。

安陽處于我國南北氣候過渡帶，天氣復(fù)雜多變，常引發(fā)多種氣象災(zāi)害，特別是局地暴雨、大風(fēng)、冰雹等災(zāi)害性的強對流天氣每年都有發(fā)生[5]。尤其是2021年安陽市汛期出現(xiàn)多次強降雨過程，在強降水的沖刷作用下，水、泥、污俱下，使得汛期水質(zhì)狀況惡化，這是金堤河濮陽大韓橋斷面是未達到目標(biāo)要求的主要原因。文章通過不同水質(zhì)評價方法的結(jié)合，確定了安陽金堤河流域內(nèi)主要污染源以及主要超標(biāo)污染物，著重探討汛期強降水對金堤河水質(zhì)的影響及解決辦法，以期為安陽市進一步加強黃河流域水環(huán)境保護，做好區(qū)域水污染防治，解決金堤河水環(huán)境問題提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究地區(qū)概況

金堤河是跨豫、魯兩省的一條黃河支流，屬于平原河道。在安陽市滑縣境內(nèi)的流域范圍南至黃河和天然文巖渠流域，北臨衛(wèi)河、馬頰河、徒駭河，西起人民勝利渠灌區(qū)的七里營東，在臺前縣的張莊匯入黃河[6]?；h境內(nèi)金堤河流經(jīng)滑縣縣境北部，自棗村鄉(xiāng)耿莊村、穿棗村鄉(xiāng)、白道口鎮(zhèn)、四間房鄉(xiāng)、趙營鄉(xiāng)，經(jīng)趙營鄉(xiāng)流入濮陽市境內(nèi)，金堤河滑縣境內(nèi)長27.7km，滑縣境內(nèi)流域面積1648km2[7]。金堤河在滑縣境內(nèi)主要支流有柳青河、黃莊河、城關(guān)河、賈公河、回木溝、大功河、棗莊溝等。金堤河大韓橋斷面匯水情況詳見圖1。

圖1 金堤河大韓橋斷面匯水情況Fig.1 Water catchment at Dahanqiao Section of the Jindi River

1.2 數(shù)據(jù)來源及評價因子

文章以2017～2021年國家地表水采測分離手工監(jiān)測數(shù)據(jù)、2017年安陽市第二次全國污染源普查排污企業(yè)的普查數(shù)據(jù)、2021年安陽市統(tǒng)計局數(shù)據(jù)與安陽市氣象局大氣降水為依據(jù)。水質(zhì)評價因子為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》(GB 3838-2002)表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項。

1.3 水質(zhì)評價方法

1.3.1 單項因子評價

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》(GB 3838-2002)對參與評價的因子進行類別評價，同一因子不同類別標(biāo)準值相同時，從優(yōu)不從劣。

1.3.2 綜合評價

采用河流平均綜合污染指數(shù)[8]進行綜合評價，平均綜合污染指數(shù)主要用于同一評價范圍內(nèi)不同時段的環(huán)境質(zhì)量整體變化趨勢分析，或同一評價時段內(nèi)同級評價范圍之間的環(huán)境質(zhì)量狀況(或污染程度)的比較。指數(shù)數(shù)值越大，表示污染程度越嚴重，環(huán)境質(zhì)量較差；反之指數(shù)數(shù)值越小，表示污染程度較輕，環(huán)境質(zhì)量較好[9-10]。計算方法見公式(1)。

(1)

公式中：

P-區(qū)域(或河流)平均綜合污染指數(shù)；

Pj-第j個斷面的平均綜合污染指數(shù)；

Pi-第i個因子的污染指數(shù)；

Ci-第i個因子的年平均濃度值；

Si-第i個因子的評價標(biāo)準值；

m-區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測斷面數(shù)；

n-評價因子數(shù)。

1.3.3 承載力指數(shù)計算

水環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系包括水質(zhì)時間達標(biāo)率和水質(zhì)空間達標(biāo)率兩個評價指標(biāo)，反映評價區(qū)域內(nèi)水質(zhì)在時間和空間尺度上的達標(biāo)情況。參照2020年10月17日，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《關(guān)于開展水環(huán)境承載力評價工作的通知》(環(huán)辦水體函〔2020〕538號)中的《水環(huán)境承載力評價方法(試行)》[11]，開展安陽市水環(huán)境承載能力現(xiàn)狀評價。

水質(zhì)時間達標(biāo)率(A1)定義：反映評價區(qū)域內(nèi)水質(zhì)在時間尺度上的達標(biāo)情況，是所有斷面(點位)水質(zhì)時間達標(biāo)率的算術(shù)平均值。斷面(點位)水質(zhì)時間達標(biāo)率指在一年內(nèi)不同時期水質(zhì)達標(biāo)次數(shù)占總監(jiān)測次數(shù)的百分比。

水質(zhì)空間達標(biāo)率(A2)定義：反映評價區(qū)域內(nèi)水質(zhì)在空間尺度上的達標(biāo)情況，指區(qū)域內(nèi)年度達標(biāo)斷面(點位)個數(shù)占斷面(點位)總個數(shù)的百分比。

水環(huán)境承載力指數(shù)(Rc)的計算方法見公式(2)。

(2)

公式中：

A1：水質(zhì)時間達標(biāo)率；

A2：水質(zhì)空間達標(biāo)率。

水環(huán)境承載力指數(shù)越大，表明區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)對社會經(jīng)濟系統(tǒng)支持能力越強。根據(jù)評價區(qū)域水環(huán)境承載力指數(shù)大小，將評價結(jié)果劃分為超載、臨界超載、未超載三種類型。當(dāng)Rc<70時，判定該區(qū)域為超載狀態(tài)；當(dāng)70≤Rc<90時，判定該區(qū)域為臨界超載狀態(tài)；當(dāng)Rc≥90時，判定該區(qū)域為未超載狀態(tài)[12]。

2 結(jié)果與討論

2.1 金堤河水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

2021年，金堤河共布設(shè)濮陽大韓橋1個地表水監(jiān)測斷面，綜合污染指數(shù)為0.363，在全市主要的10條河流中排名第6，與2020年相比平均綜合污染指數(shù)上升幅度最大，為47.8%；全年水質(zhì)類別符合Ⅳ類，水質(zhì)狀況為輕度污染，與2020年相比，金堤河水質(zhì)類由Ⅲ類轉(zhuǎn)為Ⅳ類，水質(zhì)狀況有所變差。詳見圖2。

圖2 安陽市地表水河流水質(zhì)狀況圖Fig.2 River water quality in Anyang City

2.2 金堤河水環(huán)境承載分析

參照《水環(huán)境承載力評價方法(試行)》，對安陽市主要的10條河流進行承載力評價，結(jié)果顯示，2021年安陽市茶店河、露水河、安陽河、淇河、粉紅江、硝河、衛(wèi)河7條河流承載力狀態(tài)均為未超載狀態(tài)，湯河、洪河2條河流承載力狀態(tài)均為臨界載狀態(tài)，僅金堤河水環(huán)境承載力指數(shù)Rc<70，河流承載力狀態(tài)為超載狀態(tài)。詳見圖3。

圖3 2020～2021年安陽市水環(huán)境承載力分析圖Fig.3 Analysis diagram of water environment carrying capacity of Anyang City from 2020 to 2021

2.3 汛期水質(zhì)狀況

金堤河流域位于中緯度地帶，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，夏季受西太平洋副熱帶高壓控制，雨量多且集中；冬季和春季受西伯利亞冷高壓

圖4 安陽市滑縣逐月降水量統(tǒng)計圖Fig.4 Statistical map of monthly precipitation in Hua County，Anyang City

控制，雨雪稀少，風(fēng)多干冷，流域多年平均降水量為556mm[13]。2021年7～10月份，安陽市出現(xiàn)多次強降雨過程，其中滑縣降水量達到1214.2mm，是歷年同期降水量的3.2倍，占全年降水量的84.0%，是多年流域平均降水量的2.2倍，詳見圖4。

2021年汛期強降水導(dǎo)致金堤河出現(xiàn)超警洪水，河流水質(zhì)出現(xiàn)持續(xù)性惡化，豐水期中8月水質(zhì)類別符合Ⅳ類，為輕度污染，7月、9月、10月3個月水質(zhì)類別均符合Ⅴ類，為中度污染，且豐水期的高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、總氮、總磷卻為三個水期的最高濃度值，化學(xué)需氧量豐水期和平水期持平，2021年濮陽大韓橋斷面豐水期濃度值與枯水期濃度值相比，氨氮增加338.9%、總磷增加328.4%、生化需氧量增加120.2%、總氮增加86.1%、高錳酸鹽指數(shù)增加78.4%、化學(xué)需氧量增加36.3%。而對比2017年至2020年金堤河濮陽大韓橋斷面數(shù)據(jù)整體是平水期和枯水期水質(zhì)相對較差。數(shù)據(jù)詳見圖5。(備注：枯水期K為12～3月，平水期P為4～6月，豐水期F為7～10月。)

圖5 2017～2021年金堤河水期主要污染因子統(tǒng)計表Fig.5 Statistical of main pollution factors in Jinti River water period from 2017 to 2021

2021年僅金堤河未達到目標(biāo)要求，年度水質(zhì)類別符合Ⅳ類，為輕度污染，超標(biāo)因子為生化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量，分別超Ⅲ類標(biāo)準0.2倍、0.1倍、0.05倍，平均綜合污染指數(shù)為0.363，在安陽市11條河流水質(zhì)中排名為第7，豐水期污染對全年的污染貢獻最大，污染負荷比為43.3%，其次為枯水期，污染負荷比為33.7%，平水期污染負荷最低，為23.0%，影響平均綜合污染指數(shù)因子為生化需氧量，詳見圖6。

2.4 廢水排放分析

濮陽大韓橋斷面是金堤河在滑縣境內(nèi)的唯一的一個國考斷面，斷面匯水范圍主要涉及滑縣的19個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，匯水面積約1530.21km2；該匯水范圍內(nèi)的污染物排放主要來自污水處理廠排污以及農(nóng)業(yè)面源污染。

滑縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)污水處理廠、滑縣清源污水處理有限公司2個污水設(shè)計處理規(guī)模6萬噸/日，2020年處理負荷為93.6%，但2021年總處理負荷已接近110%，尤其是滑縣清源污水處理近兩年均超負荷運轉(zhuǎn)，詳見圖7。

據(jù)第二次全國污染源普查數(shù)據(jù)顯示滑縣工業(yè)廢水排放量占全市的16.4%，但總磷、總氮、氨氮3項主要污染因子均集中在滑縣。其中總磷排放量占工業(yè)源總排放量的45.1%，氨氮排放量占工業(yè)源總排放量的32.9%，總氮排放量占工業(yè)源總排放量的32.8%，化學(xué)需氧量排放量占工業(yè)源總排放量的29.2%[14-15]，詳見表1。

表1 安陽市第二次全國污染源普查工業(yè)廢水排放占比統(tǒng)計表 Tab.1 Industrial wastewater discharge proportion of the second national pollution source survey in Anyang City

但因歷史原因滑縣雨污分流不徹底，管網(wǎng)仍在存在混接及亂接，雨天會造成大量外水流入污水系統(tǒng)，加上部分管網(wǎng)老化，存在滲漏情況，水外泄，可能導(dǎo)致河道監(jiān)控斷面水質(zhì)超標(biāo)，2021年7月23日至31日對滑縣產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)污水處理廠下游、滑縣清源污水處理有限公司下游共開展14次監(jiān)測，其中總磷均超Ⅲ類標(biāo)準，最大值為1.06mg/L，超標(biāo)4.3倍，化學(xué)需氧量超標(biāo)率為85.7%，氨氮超標(biāo)率為78.6%。詳見表2。

表2 2021年汛期滑縣污染水處理廠下游監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)計表Tab.2 Monitoring results of downstream polluted water treatment plant in Hua County in flood season in 2021

2.5 農(nóng)業(yè)面源分析

隨著水污染防治攻堅戰(zhàn)的深入開展對入河排污口等點源污染監(jiān)管力度的顯著增強，以點源污染形式輸出的污染物已得到有力的控制，而以面源污染形式流失的污染物占受納水體負荷比例逐漸提高，成為影響水功能區(qū)達標(biāo)的主要因子?；h為農(nóng)業(yè)大縣，素有“豫北糧倉”之稱，是全國最大的小麥生產(chǎn)縣、河南第一產(chǎn)糧大縣，2021年種植糧食面積為135314.1公頃，占全市耕地面積的33.1%[16]，詳見圖8。

圖8 2021年安陽市各縣市區(qū)耕地面積占比圖Fig.8 The proportion of cultivated land area in Anyang City by county in 2021

農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥過量使用，導(dǎo)致土壤自我凈化與自我修復(fù)能力持續(xù)下降，進而導(dǎo)致種植業(yè)面源污染問題突出，依據(jù)第二次全國污染源普查，滑縣農(nóng)業(yè)面源排放的氨氮、總氮、總磷占比均在33%左右[15]，在全市9個縣市區(qū)中均排名第1，詳見圖9。地表徑流是流域污染物輸出主要驅(qū)動力，尤其是當(dāng)降水量較大時，水土流失較為嚴重，地形地貌和土壤植被主要通過降雨和地表徑流影響面源污染，對面源污染有重要影響的是降水量和降雨強度，其大小直接影響著徑流量的大小，進而影響面源污染的程度。

圖9 安陽市各縣市區(qū)農(nóng)業(yè)面源排放占比圖Fig.9 Proportion of agricultural non-point source emissions in Anyang City

3 結(jié)論及建議

2021年安陽市8個省控責(zé)任目標(biāo)斷面中金堤河濮陽大韓橋斷面是唯一未達到目標(biāo)要求的斷面，綜合污染指數(shù)為0.363，年度水質(zhì)類別符合Ⅳ類，為輕度污染，與2020年相比，金堤河水質(zhì)類由Ⅲ類轉(zhuǎn)為Ⅳ類，水質(zhì)狀況有所變差。2021年汛期強降水導(dǎo)致金堤河出現(xiàn)超警洪水，河流水質(zhì)出現(xiàn)持續(xù)性惡化，豐水期中8月水質(zhì)類別符合Ⅳ類，為輕度污染，7月、9月、10月3個月水質(zhì)類別均符合Ⅴ類，為中度污染。而2021年中共中央國務(wù)院印發(fā)《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》，足見國家對于黃河流域生態(tài)保護的重視，更是把“十四五”金堤河大韓橋水質(zhì)目標(biāo)提升為Ⅲ類，金堤河水環(huán)境質(zhì)量改善壓力較大。為有效改善金堤河水環(huán)境質(zhì)量，提升黃河流域水生態(tài)文明建設(shè)，提出以下建議：

(1)提升縣城區(qū)污水處理能力。滑縣現(xiàn)有的2個污水設(shè)計處理符合已達到90%以上，尤其是滑縣清源污水處理有限公司，實際運行負荷已接近110%。無法滿足城市遠期發(fā)展，“十四五”要加快完成設(shè)計規(guī)模為5萬t/d地滑縣第三污水處理廠建設(shè)，同時克服縣城經(jīng)濟承受能力較弱，資金不足問題，并開展管網(wǎng)混錯接改造、破損修復(fù)等工作。積極推進污水配套管網(wǎng)及雨污分流系統(tǒng)改造，充分結(jié)合城建計劃、老舊小區(qū)改造、河道整治等相關(guān)工程一同實施對局部混接、錯接、漏接的排水管道進行改造，做到雨污分流[17-18]。

(2)加大農(nóng)村面源污染防治。根據(jù)水環(huán)境容量和國內(nèi)外農(nóng)村面源污染控制的規(guī)程和標(biāo)準，制定合理的農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃；通過激勵機制，加強生物防控技術(shù)、高效低毒農(nóng)藥的推廣，合理配置肥料資源，做到肥料減量、定性、定量化使用；落實責(zé)任，建立分工協(xié)助齊抓共管工作機制。將農(nóng)村面源污染防治納入政府重點工作，建立政府統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、各部門分工協(xié)助、全社會共同參與的工作機制；加大宣傳力度，提高農(nóng)村面源污染治理意識，充分調(diào)動農(nóng)民參與農(nóng)業(yè)面源污染防治的積極性和主動性[19～21]。

(3)深入推進農(nóng)村生活污水治理。農(nóng)村生活污水處理設(shè)施存在明顯短板。滑縣多數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村地區(qū)基本未實現(xiàn)生活污水集中收集處理，農(nóng)村污水處理設(shè)施缺口大。農(nóng)村生活污水直排問題較多，“十四五”期間，按照“分散收集，集中處理”的原則，收集處理廣大農(nóng)村地區(qū)的生活污水，建立鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠收集處理為主，中心村處理廠處理為輔的處理模式[22-23]，實施滑縣18個鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理工程項目，優(yōu)先治理鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地、臨近金堤河及主要支流村莊，逐步實現(xiàn)流域內(nèi)農(nóng)村生活污水處理全覆蓋。

(4)持續(xù)開展金堤河等主要河流入河排污口的排查整治工作。對金堤河沿線新發(fā)現(xiàn)、未納入臺賬的入河排污口按照分類管理的原則，實施對應(yīng)的整治措施。對非法設(shè)置的入河排污口限期拆除封堵；對合法設(shè)置的入河排污口實施規(guī)范化建設(shè)，開展入河排污口的監(jiān)測工作，規(guī)范設(shè)置標(biāo)識牌，安裝一體化水質(zhì)監(jiān)測和視頻監(jiān)控設(shè)備[24]。直排廢水企業(yè)外排廢水執(zhí)行《河南省黃河流域水污染物排放標(biāo)準》(DB41/2087-2021)。

(5)加強水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測。把汛期監(jiān)測與各類常規(guī)監(jiān)測結(jié)合起來進行，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常立即加密監(jiān)測，及時分析水質(zhì)異常原因。同時加強水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證和質(zhì)量控制工作，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)真實、準確，及時掌握汛期水質(zhì)狀況及變化趨勢，科學(xué)評估汛期強降雨對水環(huán)境質(zhì)量的影響[25]。

(6)積極開展河流生態(tài)修復(fù)工作。金堤河白道口鎮(zhèn)段為重點，推動河湖岸線修復(fù)試點工作，加強生態(tài)緩沖帶攔截污染、凈化水體、提升生態(tài)系統(tǒng)完整性等功能。逐步建設(shè)配套的污水收集管網(wǎng)及暫存池，使用污水罐車收集暫存池的就近進入污水處理廠處理。