韓雪，孫麗，周冰

（河北省環(huán)境監(jiān)測中心站，河北石家莊050037）

河北省“十二五”規(guī)劃考核斷面水質(zhì)狀況分析

韓雪，孫麗，周冰

（河北省環(huán)境監(jiān)測中心站，河北石家莊050037）

對照《重點流域水污染防治規(guī)劃（2011—2015年）》中海河流域考核目標(biāo)，分析了河北省“十二五”期間考核斷面的水質(zhì)狀況，結(jié)果顯示39.3%的斷面水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)到考核目標(biāo)要求。對于8個常年不達(dá)標(biāo)的重污染斷面，采用2011—2015年的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)，運用因子分析法分析了主要污染物及來源，結(jié)果顯示河流污染正在從有機污染為主向多因子共同影響的混合型污染過渡。針對“十二五”期間的水質(zhì)狀況，分析了污染成因，提出持續(xù)改善水環(huán)境質(zhì)量的對策與建議。

海河流域；“十二五”規(guī)劃；考核目標(biāo)；因子分析法

海河流域地處京畿要地，流域總面積32.06萬km2，人口密集，工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，水污染嚴(yán)重，是我國水污染治理重點流域之一。海河流域水資源的主要特點是水資源總量少，降雨時空分布不均，經(jīng)常出現(xiàn)連續(xù)枯水年，近年來水資源量更是逐漸衰減，流域水資源開發(fā)率106%［1］，資源性缺水與污染性缺水并存。河北省91%的國土面積位于海河流域境內(nèi)，占流域總面積的52%，河北省河流水質(zhì)的改善程度直接決定海河流域整體水質(zhì)的改善程度。在《重點流域水污染防治規(guī)劃（2011—2015年）》［2］確定的81個海河流域考核斷面中，33個斷面直接考核河北省，其中30個斷面屬于河北省常規(guī)監(jiān)測斷面、3個斷面由外省監(jiān)測。這里重點對河北省監(jiān)測的30個斷面的水質(zhì)進行分析與評價。

因子分析法作為一種多元統(tǒng)計分析方法，與指數(shù)評價法等評價方法相比，能夠在最大限度地保留原始數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，對高維變量進行綜合和簡化，并且能夠客觀地確定各個指標(biāo)的權(quán)重，避免了主觀隨意性，因此較其他方法有一定的優(yōu)越性。張驥等將因子分析法應(yīng)用于天津市主要河流的水質(zhì)評價中，評價結(jié)果表明天津地區(qū)河流水質(zhì)受有機污染物和氮營養(yǎng)鹽的影響明顯，這與工業(yè)廢水和生活污水排放密切相關(guān)［3］。張德同運用因子分析法對白城市及周邊地區(qū)的地表水水質(zhì)進行了客觀評價，分析結(jié)果清晰明確，為水資源管理與保護提供了科學(xué)依據(jù)［4］。

1　分析方法

1.1斷面水質(zhì)評價方法［5］

（1）考核因子?！兜乇硭h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項指標(biāo)［6］。

（2）考核斷面。依據(jù)《重點流域水污染防治規(guī)劃（2011—2015年）》確定，考核時段為2011—2015年，水質(zhì)狀況評價采用每月1次的人工監(jiān)測值。

（3）斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。按照單因子評價法，對考核斷面進行評價，達(dá)到規(guī)劃目標(biāo)的監(jiān)測次數(shù)占年度監(jiān)測總次數(shù)的百分比。2012、2013、2014、2015年單個斷面達(dá)標(biāo)率依次分別不低于50%、60%、70%和80%，即視為該斷面達(dá)標(biāo)。季節(jié)性河流的斷面以該斷面實際有水的月份計算斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，無水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的月份不計入考核月份。

水質(zhì)達(dá)標(biāo)率計算公式為：

式中：G斷面為考核斷面的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率（%）；N達(dá)標(biāo)為考核斷面的達(dá)標(biāo)次數(shù)（次）；N監(jiān)測為考核斷面總監(jiān)測次數(shù)（次）。

1.2因子分析法

因子分析法是主成分分析法的推廣和深化［7］，它是把一些具有錯綜復(fù)雜關(guān)系的變量歸納為少數(shù)幾個綜合因子的一種多變量統(tǒng)計分析方法。而主成分分析法是將水質(zhì)污染特征因素作為待求因子，建立水質(zhì)污染特征因素與測點間的數(shù)學(xué)模型，再由該數(shù)學(xué)模型計算出各點位相對污染程度的一種統(tǒng)計分析方法［8］。與主成分分析法相比，由于可以使用旋轉(zhuǎn)技術(shù)幫助解釋因子，因子分析法在解釋方面更加有優(yōu)勢。

其主要過程是［7-9］：

設(shè)有p個監(jiān)測點，每個測點有n個變量，由此構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣：

將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，再由n個變量兩兩之間的相關(guān)系數(shù)構(gòu)成一個n階方陣：

稱為相關(guān)系數(shù)矩陣，顯然它是對稱矩陣，再用雅可比法求出R陣的特征值和特征向量，特征值為λi（i=1，2，…，n），特征向量為ai（i=1，2，…，n），由線性代數(shù)可知R的特征矩陣為：

其對角元就是相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值，將全部特征值λi（i=1，2，3，…，n）按大小排列為λ1＞λ2＞λ3…＞0。一般取大于1的特征值個數(shù)來確定m值。然后，求m個公共因子的荷載矩陣A：

在實際分析時，為了對公共因子變量的含義有比較清楚的認(rèn)識，往往對荷載矩陣進行極大化旋轉(zhuǎn)，使得每個公共因子上的最高荷載變量的數(shù)目最少［9］。計算各公共因子的得分，其計算公式為：

式中：aij是主軸ai的第j個分量。所以主成分Fi是原變量X1，X2，…，Xp的線性組合，組合系數(shù)恰好為aij，從這個角度又可以說Fi是一個新的綜合變量。

2　結(jié)果與討論

2.1斷面水質(zhì)評價

在實際監(jiān)測的28個考核斷面中（來家莊和小范橋2個斷面常年斷流不計入），60.7%的斷面水質(zhì)可以穩(wěn)定達(dá)到“十二五”規(guī)劃的目標(biāo)要求，21.4%的斷面只有部分年份達(dá)到目標(biāo)要求，17.9%的斷面無一年份達(dá)到目標(biāo)要求。

（1）21.4%的斷面水質(zhì)部分年份達(dá)標(biāo)，存在污染隱患。這些斷面的水質(zhì)時好時壞，有的是受上游影響，有的是存在污染隱患，需要加強對工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)面源的管理，保證水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。引水干渠等河流干枯時期不定，也應(yīng)加強日常監(jiān)管，防止污水排入河道，保證水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

（2）17.9%的斷面水質(zhì)常年不達(dá)標(biāo)，需要重點治理。這些斷面的水質(zhì)常年處于不達(dá)標(biāo)狀態(tài)，主要分布在河北省中南部和東部，有的是受上游影響，有的是無自然徑流，有的已經(jīng)成為城市納污河，需要重點治理，加大監(jiān)管力度。

2.2重污染斷面主要污染因子分析

對不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的8個Ⅴ—劣Ⅴ類斷面，選取氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、化學(xué)需氧量、總磷、陰離子表面活性劑、揮發(fā)酚、氟化物、石油類9個主要污染指標(biāo)，采用2011—2015年的月監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過河北省地表水水環(huán)境空間分析系統(tǒng)及統(tǒng)計分析軟件SPSS20［10］運用因子分析法對其主要污染物進行分析歸類。分析結(jié)果，見表1。

表1　2011—2015年度因子分析法結(jié)果

由表1可以看出，2011—2015年每年的主要污染因子都在發(fā)生變化，2011—2012年以有機污染為主，包括生化需氧量、化學(xué)需氧量等，公共因子分成3類；2013—2014年則呈現(xiàn)出多因子污染狀態(tài)，公共因子分成4類。由于生態(tài)補償監(jiān)測、總量減排等措施的實行，河流治理以化學(xué)需氧量的去除和削減為主，有機污染逐步減輕，其他污染因子逐漸顯現(xiàn)出來。

根據(jù)上述因子分析結(jié)果，結(jié)合環(huán)境統(tǒng)計和重點污染源統(tǒng)計中對行業(yè)污染物的分類，將污染因子與相關(guān)行業(yè)進行了關(guān)聯(lián)，結(jié)果見表2。

表2　污染因子與相關(guān)行業(yè)

3　結(jié)論與建議

3.1污染原因分析

根據(jù)以上分析結(jié)果，結(jié)合河北省河流污染現(xiàn)狀，總結(jié)出河北省海河流域“十二五”規(guī)劃考核斷面不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的原因如下：

（1）河北省“十二五”規(guī)劃考核斷面中的Ⅴ類—劣Ⅴ類斷面污染因子復(fù)雜，尤其是位于下游的河段因受上游來水水質(zhì)的影響，污染嚴(yán)重，治理難度大。

（2）河北省水資源量少，除灤河有自然徑流外，其余河流多為人工調(diào)控河流，多數(shù)河流枯水期基本上無水或斷流，平水期徑流量小或形不成徑流，有些河道基本干涸［11］。

（3）由于河北省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，污染物排放量大，河流自凈能力極弱，環(huán)境容量幾乎為零，多數(shù)河流成為城市污水和工業(yè)廢水的納污河，河流幾乎失去生態(tài)功能，河流污染嚴(yán)重。

（4）河流人工調(diào)控功能強，生態(tài)功能脆弱。河北省海河流域內(nèi)，在各河流上建造的登記注冊的各類水庫就有上千座，控制著各河流來水的95%［11］；河流修建堤壩、行洪道100余條，將自然的河流人工切分成若干段，由自然的生態(tài)河流演變?yōu)榉侄慰刂频娜斯ふ{(diào)控河流。筑壩的河流，就像自來水管中的水流，受閘壩的控制改變自然的季節(jié)流量模式，河流因筑壩而經(jīng)歷化學(xué)、物理和生物變化，會極大地改變原有的水質(zhì)狀況，加劇河流的水質(zhì)污染。

（5）河道復(fù)雜，治理難度大。由于河道斷流形成多處首尾不相接的溝、坑，河道不暢，成為接納污水的容器；河道內(nèi)壩閘眾多，水流方向經(jīng)常變動，造成管理難度大，治理效果與百姓直觀的反應(yīng)不一致。

（6）政府職能部門之間缺乏有效的溝通和協(xié)調(diào)，上下游城市缺少統(tǒng)一聯(lián)動，部門利益、局部利益為重，影響了海河流域水質(zhì)的改善效果。

3.2“十三五”期間改善河流水質(zhì)的對策與建議

2015年4月，國務(wù)院印發(fā)了《水污染防治行動計劃》［12］。同年12月，河北省委省政府印發(fā)了《河北省水污染防治工作方案》，將考核斷面增加至118個，力爭到2030年末全省主要河流水質(zhì)優(yōu)良（達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類）的比例總體達(dá)到55%以上，喪失使用功能（劣于Ⅴ類）的水體斷面比例基本消除。要達(dá)到這些目標(biāo)，亟需盡快采取有效措施，大力改善海河流域水質(zhì)。根據(jù)流域特點，提出以下幾點建議：

（1）盡快完善地表水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，全面反映海河流域水環(huán)境質(zhì)量狀況，為水質(zhì)改善及時提供科學(xué)、客觀、全面的技術(shù)依據(jù)。

（2）盡快建成地表水自動監(jiān)測預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)，提高應(yīng)急反應(yīng)能力，有效遏制偷排偷放現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）加強能力建設(shè)，提升環(huán)境監(jiān)管能力［13］。完善監(jiān)測與監(jiān)管協(xié)調(diào)機制，充分利用監(jiān)測數(shù)據(jù)作為技術(shù)支撐，對排污單位采取針對性措施，確保目標(biāo)完成。

（4）加強部門合作，構(gòu)建符合自然規(guī)律的水生態(tài)系統(tǒng)。重新審視境內(nèi)水庫、堤壩和河渠，進行統(tǒng)一規(guī)劃，按照河流的自然形態(tài)，在保證防洪抗旱的基礎(chǔ)上，進行河道的規(guī)整、修復(fù)，拆除已失去功能的壩、渠等，采取有效措施減輕大壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響，恢復(fù)海河流域的生態(tài)功能［14］。

（5）強化污水處理廠的升級改造和管理。一要加快污水管網(wǎng)的建設(shè)速度，提高污水收集率；二要加速污水處理廠的升級改造，提高脫磷、脫氮效率，保證穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放［15］；三要精細(xì)化管理，保證污水處理效果。

（6）加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，嚴(yán)格產(chǎn)業(yè)環(huán)境準(zhǔn)入，加大落后產(chǎn)能淘汰力度，逐步減少工業(yè)污染源的排放，減輕河流的負(fù)擔(dān)。

（7）在農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)中，注重規(guī)劃，加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和配套工程的建設(shè)，切實做好農(nóng)業(yè)面源污染防治工作，積極推廣畜禽養(yǎng)殖場污染防治技術(shù)，降低農(nóng)業(yè)對生態(tài)環(huán)境的影響［16］。

（8）以海河流域為整體，充分考慮上下游關(guān)系，保證水環(huán)境功能劃分合理、科學(xué)，水質(zhì)目標(biāo)嚴(yán)格、可達(dá)。建立會商機制，采取聯(lián)防聯(lián)控措施，防止類似山西省苯胺泄漏污染事件的再發(fā)生，保證海河流域規(guī)劃的落實，有效改善海河流域水質(zhì)。

［1］周濤，楊朝翰，史福全.南水北調(diào)東線通水后海河流域水資源配置分析［J］.海河水利，2010（3）：59-60.

［2］環(huán)境保護部.關(guān)于印發(fā)《重點流域水污染防治規(guī)劃（2011-2015年）》的通知（環(huán)發(fā)〔2012〕58號）［EB/OL］. http：//www.mep.gov.cn/gkm l/hbb/bwj/201206/t20120601_ 230802.htm，2012－10－08/2016－03－12.

［3］張驥，高翔，周晶.因子分析法在天津市主要河流水質(zhì)污染程度綜合評價中的應(yīng)用［J］.安全與環(huán)境工程，2013，20（1）：65-68.［4］張德同.因子分析法在白城市水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］.東北水利水電，2014（12）：39-40.

［5］環(huán)境保護部.關(guān)于印發(fā)《重點流域水污染防治專項規(guī)劃實施情況考核指標(biāo)解釋》的函（環(huán)辦函〔2012〕1202號）［EB/ OL］.http：//www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201210/t2012102 9_240621.htm，2012－10－08/2016－03－12.

［6］環(huán)境保護部辦公廳.地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法（試行）［Z］.北京：環(huán)境保護部辦公廳，2011.

［7］伊燕平，盧文喜，辛欣，等.因子分析法在金泉工業(yè)園區(qū)地下水水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2012，28（1）：10-12.［8］倪云龍.水環(huán)境監(jiān)測點位優(yōu)化數(shù)學(xué)模型探討［J］.江蘇環(huán)境科技，2007，20（2）：58-60.

［9］陳東景，馬安青，徐中民，等.因子分析法在水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］.水文，2002，22（3）：29-31.

［10］吉祝美，方里，張俊，等.主成分分析法在SPSS軟件中的操作及在河流水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］.環(huán)?？萍?，2012，18（4）：38-43.

［11］姬振海.“十一五”河北環(huán)境質(zhì)量變化趨勢研究［M］.石家莊：河北科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

［12］國務(wù)院.水污染防治行動計劃［M］.北京：人民出版社，2015.

［13］嵇曉燕，劉廷良，劉京，等.興凱湖中國區(qū)域水質(zhì)及污染現(xiàn)狀調(diào)查研究［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2013，29（6）：79-84.

［14］毛戰(zhàn)坡，王雨春，彭文啟，等.筑壩對河流生態(tài)系統(tǒng)影響研究進展［J］.水科學(xué)進展，2005，16（1）：134-140.

［15］荊紅衛(wèi)，郭婧.北京市地表水環(huán)境面臨的主要問題及防治對策［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2006，22（6）：81-85.

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1004-7328（2016）05-0014-04

10.3969/j.issn.1004-7328.2016.05.005

2016—05—12

韓雪（1981—），女，工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測工作。