北京市汛期降雨對清河水質(zhì)影響及水環(huán)境保障對策研究

楊 瑩 郝生超 張 博

（北京市清河管理處，北京 100192）

水生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣直接影響著人民的生活質(zhì)量和幸福指數(shù)[1]，研究水質(zhì)變化對指導(dǎo)人們更有針對性地實(shí)施生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施具有重要意義。

清河發(fā)源于北京西山碧云寺，于朝陽區(qū)沙子營匯入溫榆河，全長23.6km，流域面積203km2，在北京城市水系中占有重要地位，是北京城區(qū)北部重要的防洪通道和生態(tài)走廊，良好的河道水生態(tài)和水環(huán)境對北京城市發(fā)展具有重要意義。

相關(guān)研究成果表明，水質(zhì)與降雨頻率、強(qiáng)度、水體周邊環(huán)境、大氣有關(guān)[2-4]。降雨徑流沖刷路面、河道護(hù)坡等，可能攜帶污染物進(jìn)入水體，導(dǎo)致降雨期水質(zhì)較差[5]。目前，對于清河水質(zhì)研究的相關(guān)成果較少，降雨對清河水質(zhì)影響的研究更少。為彌補(bǔ)這方面研究的缺失，本文系統(tǒng)分析清河2 個(gè)市級斷面清河閘及沙子營閘2018—2022 年水質(zhì)狀況及2022 年7 月清河閘、沙子營閘水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)與降雨的關(guān)系，探討汛期降雨對清河水質(zhì)產(chǎn)生的影響，為汛期清河水質(zhì)保障提供科學(xué)支撐。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究中涉及的降雨量數(shù)據(jù)來源于北京市水務(wù)局官方網(wǎng)站城市雨情欄目及羲和能源大數(shù)據(jù)平臺。清河閘及沙子營閘的水質(zhì)狀況來源于北京市生態(tài)環(huán)境局的斷面實(shí)時(shí)監(jiān)測結(jié)果。清河閘及沙子營閘前水體的COD、TOC、BOD、濁度4 項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)由河道中布設(shè)的兩處“水環(huán)境偵察兵”每日進(jìn)行監(jiān)測，數(shù)據(jù)來源于北京市河長App 中。

1.2 研究范圍

監(jiān)測點(diǎn)位為北京市清河2 處市級斷面清河閘及沙子營閘。

清河閘位于北京市海淀區(qū)清河街道，上下游河道屬于城市段，周邊有大量居民住宅小區(qū)，人口較多。監(jiān)測斷面處護(hù)坡為混凝土護(hù)坡。

沙子營閘位于北京市朝陽區(qū)孫河鄉(xiāng)，上下游河道屬于生態(tài)段，上游右岸原孫河鄉(xiāng)沙子營閘于2018 年拆遷，目前為北京市溫榆河公園朝陽區(qū)建設(shè)范圍。上游左岸有北七家鎮(zhèn)歇甲村和南七家村，區(qū)域內(nèi)有較多林地及農(nóng)田，人口較少。沙子營閘下游為清河入溫榆河河口。監(jiān)測斷面處護(hù)坡為生態(tài)護(hù)坡。

1.3 研究方法

對比2018—2022 年5 年內(nèi)降雨量與清河閘和沙子營閘2 個(gè)斷面水質(zhì)狀況關(guān)系，分析汛期降雨量對水質(zhì)的影響情況。選取一個(gè)降雨量較多的代表月份，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）的要求對每天的水質(zhì)情況進(jìn)行定量比較，研究清河水質(zhì)各指標(biāo)值與降雨量的關(guān)系，分析降雨造成水質(zhì)變化的原因，以提出汛期應(yīng)對水質(zhì)變化、保障水環(huán)境的相關(guān)措施。

2 結(jié)果與討論

2.1 清河全年水質(zhì)情況與降雨量關(guān)系分析

2018—2022 年，北京市生態(tài)環(huán)境局對清河2 處市級斷面（清河閘、沙子營閘）進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，水質(zhì)總體情況符合水質(zhì)目標(biāo)（見表1、表2）。2018—2022 年北京市降雨量見表3。

表1 2018—2022 年清河閘水質(zhì)狀況

表2 2018—2022 年沙子營閘水質(zhì)狀況

表3 2018—2022 年北京降雨量 單位： mm

2018—2022 年，清河閘汛期（6—9 月）水質(zhì)狀況與其他月份無明顯差異。

2018—2022 年，沙子營閘Ⅳ類及Ⅴ類水多集中在每年的6—9 月份，此段時(shí)間正為北京市汛期，降雨量較大。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，沙子營閘上游多為雨污合流口，降雨時(shí)雨水混合污水一起排入清河，降雨對水質(zhì)影響較為明顯。

2.2 清河汛期水質(zhì)情況與降雨量關(guān)系

隨著近年來河道治理效果顯著提升，到2022 年清河水質(zhì)穩(wěn)定保持Ⅲ類以上。為了更好地為清河汛期管理提供借鑒，本文選取最近年份2022 年汛期進(jìn)行分析。

根據(jù)表1，清河閘在2022 年汛期6—9 月水質(zhì)無明顯變化。由表3 可知2022 年7 月降雨量達(dá)到最大，下一步將選取2022 年7 月份降雨量對清河閘水體COD、TOC、BOD、濁度4 項(xiàng)指標(biāo)的影響進(jìn)行進(jìn)一步分析。

根據(jù)表2，沙子營閘在2022 年汛期6 月、8 月、9月水質(zhì)均為Ⅱ類，僅7 月水質(zhì)為Ⅲ類，且7 月降雨量達(dá)到最大，下一步將選取2022 年7 月份降雨量對沙子營閘水體COD、TOC、BOD、濁度4 項(xiàng)指標(biāo)的影響進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2.3 清河閘水質(zhì)變化特征與主要原因分析

對清河閘2022 年7 月水體的COD、TOC、BOD、濁度4 項(xiàng)指標(biāo)與降雨量關(guān)系進(jìn)行對比分析，見表4。

表4 2022 年7 月海淀區(qū)降雨量與清河閘水質(zhì)情況

利用相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式對降雨量及各水質(zhì)指標(biāo)值進(jìn)行相關(guān)性分析：

式中：r為相關(guān)性系數(shù)；x和y分別為兩個(gè)變量的取值；和為樣本平均值。

由式（1）可以計(jì)算出，降雨量與COD、TOC、BOD 指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)均小于0.03，認(rèn)為沒有相關(guān)性。

降雨量與濁度指標(biāo)相關(guān)系數(shù)為0.476，再結(jié)合圖1可以看出，清河閘僅濁度指標(biāo)與降雨量有中等正相關(guān)關(guān)系。濁度指標(biāo)受多種因素影響，受降雨影響較大，若為連續(xù)降雨，降雨第二日仍受到影響。由表4 可知，未降雨時(shí)濁度值總體上約為6.8NTU，降雨時(shí)波動較大，在7 月27 日達(dá)到最大，約15.14NTU，最大值較未降雨時(shí)增加了約123%。其余降雨日也均有一定增加，降雨后有回落。

圖1 2022 年7 月海淀區(qū)降雨量與清河閘水質(zhì)情況

降雨時(shí)造成清河閘水質(zhì)渾濁的原因有： 降雨時(shí)對河道底泥產(chǎn)生攪動，造成濁度值增加； 降雨時(shí)空氣中的灰塵隨雨水降落，隨市政雨水管網(wǎng)流入河道，造成濁度值增加。

降雨對清河閘水體其他指標(biāo)影響較小的原因，主要為清河閘位于清河上游，養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)較高，河道底泥較下游少，且兩岸為混凝土護(hù)砌，無水土流失現(xiàn)象發(fā)生。另外，清河閘處于城市段，無農(nóng)業(yè)面源污染。經(jīng)過多年對沿線雨水口的治理、截污，上游已無雨污合流口。

2.4 沙子營閘水質(zhì)變化特征與主要原因分析

對沙子營閘2022 年7 月水體的COD、TOC、BOD、濁度4項(xiàng)指標(biāo)與降雨量關(guān)系進(jìn)行對比分析，見表5。

表5 2022 年7 月朝陽區(qū)降雨量與沙子營閘水質(zhì)情況

利用式（1）對降雨量及各水質(zhì)指標(biāo)值進(jìn)行相關(guān)性分析，計(jì)算得出，除TOC 外，降雨量與COD 指標(biāo)相關(guān)系數(shù)為0.638，與BOD 指標(biāo)相關(guān)系數(shù)為0.639，與濁度指標(biāo)相關(guān)系數(shù)為0.705，再結(jié)合圖2 可以看出，除TOC 外，其他指標(biāo)均與降雨量有顯著正相關(guān)關(guān)系，且水質(zhì)數(shù)據(jù)與降雨持續(xù)時(shí)間有關(guān)，若為瞬時(shí)降雨，水質(zhì)當(dāng)日內(nèi)發(fā)生變化；若為持續(xù)降雨，降雨第二日水質(zhì)仍受到相應(yīng)影響。

圖2 2022 年7 月朝陽區(qū)降雨量與沙子營閘水質(zhì)情況

COD 指標(biāo)未降雨時(shí)約為10mg/L；在7 月7 日與7月27 日達(dá)到最大，約為40mg/L，最大值較未降雨時(shí)增加了約300%；其余降雨日也均有增加，降雨后有明顯回落。

BOD 指標(biāo)未降雨時(shí)約為2mg/L；在7 月7 日與7月27 日達(dá)到最大，約8mg/L，最大值較未降雨時(shí)增加了約300%；其余降雨日也均有增加，降雨后明顯回落。

濁度指標(biāo)受多種因素影響，受降雨影響較大，若為連續(xù)降雨，降雨第二日仍受到影響。由表5 可知，未降雨時(shí)濁度值總體上不超過5NTU，降雨時(shí)波動較大，在7 月27 日達(dá)到最大，約52.08NTU，最大值較未降雨時(shí)增加了約925%。其余降雨日也均有增加，降雨后有明顯回落。

降雨時(shí)清河沙子營閘水質(zhì)變差的原因有： 清河沙子營閘上游存在9 處雨污合流口（外環(huán)橋下口、立通路道路排水口1、東小口溝口、天通河口、潤澤莊園口1、天通苑東廠排水口、歇甲莊村口、廢品收購站口、八排干），其中歇甲莊村口及廢品收購站口距離沙子營閘均為3km，八排干距沙子營閘2km， 降雨天氣污水處理廠溢流[6]，雨水混合未處理的污水流入清河河道，造成COD 和BOD 值增加； 降雨時(shí)對河道底泥產(chǎn)生攪動，造成濁度值增加； 降雨時(shí)河道兩岸生態(tài)河坡因多年未整修，植被覆蓋率低，會發(fā)生較輕的水土流失，產(chǎn)生雨淋溝，泥土流入河道造成濁度值增加； 降雨時(shí)空氣中的灰塵隨雨水降落，經(jīng)由市政雨水管網(wǎng)流入河道，造成濁度值增加； 沙子營閘上游為城鄉(xiāng)接合部，農(nóng)業(yè)面源污染也有可能成為清河河道水體污染的影響因素，種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)可能是造成清河沙子營閘上游COD 和BOD 值增加的原因。

3 清河水環(huán)境保障對策

北京市清河閘斷面水質(zhì)受降雨影響不明顯，主要是降雨對河道底泥產(chǎn)生攪動引起的河道渾濁。沙子營閘斷面水質(zhì)受降雨影響明顯，影響因素主要來自污水管網(wǎng)、揚(yáng)塵及地表徑流、水土流失、農(nóng)業(yè)面源等方面。為保障清河汛期水生態(tài)環(huán)境，提升汛期水環(huán)境抗風(fēng)險(xiǎn)能力，建議從以下方面加強(qiáng)管控措施：

a.完善清河周邊污水管網(wǎng)，提升污水處理廠處理能力。同時(shí)，要加強(qiáng)對沙子營閘上游各個(gè)水口的排查，加強(qiáng)對雨污合流口的整治，有效控制雨天合流制溢流污染。

b.加強(qiáng)河道清理，定期做好河道漂浮物及水綿等的清撈。另外，在河道種植適量的挺水植物和沉水植物，減少底泥擾動。同時(shí)，加強(qiáng)河道兩岸路面保潔力度及揚(yáng)塵治理。

c.結(jié)合海綿城市建設(shè)理念，優(yōu)化水土保持措施。通過植物措施、永久措施和臨時(shí)性措施有機(jī)結(jié)合，合理利用植草溝、雨水花園、透水磚鋪裝、淺灘種植、喬灌木綠化等措施，達(dá)到凈化雨水、保持水土的目的。

d.加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染防控，有效控制氮磷。推進(jìn)綠色氮肥使用，限定施肥量，推廣綠色農(nóng)業(yè)。另外，對種植灌溉水進(jìn)行尾水凈化，開展排灌系統(tǒng)生態(tài)化改造。

e.加強(qiáng)降雨天氣巡查巡視，尤其對各個(gè)水口進(jìn)行長期監(jiān)測。對發(fā)現(xiàn)的雨天偷排等現(xiàn)象嚴(yán)格執(zhí)法，并加大處罰力度，杜絕雨天偷排現(xiàn)象發(fā)生。

4 結(jié) 語

本文對清河2 個(gè)市級斷面清河閘及沙子營閘水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)與汛期降雨關(guān)系進(jìn)行分析，認(rèn)為汛期降雨對清河水質(zhì)有一定影響，對沙子營閘影響較大，降雨時(shí)沙子營閘水質(zhì)指標(biāo)COD、BOD、濁度值均有增加。為保證清河汛期時(shí)水生態(tài)環(huán)境，減少降雨對水質(zhì)的影響，提升汛期水環(huán)境抗風(fēng)險(xiǎn)能力，建議從完善周邊污水管網(wǎng)、加強(qiáng)雨污合流口整治、加強(qiáng)河道水面及岸坡道路清理、優(yōu)化水土保持措施、加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染防控、強(qiáng)化河道巡查及執(zhí)法等幾個(gè)方面來加強(qiáng)管控。