生態(tài)清潔小流域地表水水質(zhì)變化規(guī)律及成因分析
——以北京市神堂峪生態(tài)清潔小流域?yàn)槔?/h1>
2017-06-15 15:45:21魚(yú)紅霞
中國(guó)水土保持 2017年5期
楊 坤，魚(yú)紅霞
(1.北京市水土保持工作總站，北京 100036； 2.北京市環(huán)境影響評(píng)價(jià)評(píng)估中心，北京 100161)
生態(tài)清潔小流域地表水水質(zhì)變化規(guī)律及成因分析
——以北京市神堂峪生態(tài)清潔小流域?yàn)槔?/p>
楊 坤1，魚(yú)紅霞2
(1.北京市水土保持工作總站，北京 100036； 2.北京市環(huán)境影響評(píng)價(jià)評(píng)估中心，北京 100161)
生態(tài)清潔小流域；水質(zhì)變化；神堂峪；北京
以北京市懷柔區(qū)神堂峪小流域地表水8年監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，分析了小流域地表水時(shí)間、空間變化規(guī)律,并對(duì)小流域水質(zhì)總體情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明: ①小流域地表水高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)及總磷(TP)兩項(xiàng)指標(biāo)總體處于Ⅰ～ Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但多數(shù)時(shí)間總氮(TN)超標(biāo)嚴(yán)重。②從小流域地表水水質(zhì)時(shí)間變化看，高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化、季節(jié)變化不大，總體比較穩(wěn)定；地表水總氮秋季劣于夏季；從年際變化看，總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。③從小流域地表水水質(zhì)空間變化看，河流沿程兩個(gè)斷面總氮超標(biāo)明顯?；谒|(zhì)變化成因分析，對(duì)生態(tài)清潔小流域建設(shè)和管理提出了對(duì)策建議。
山區(qū)是北京的天然生態(tài)屏障和主要水源涵養(yǎng)及供給源地，也是人們休閑旅游度假勝地。隨著山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，一些小流域水資源、水環(huán)境問(wèn)題開(kāi)始出現(xiàn)并累積，一些小流域的生態(tài)功能、水源涵養(yǎng)功能、旅游休閑功能正面臨退化的風(fēng)險(xiǎn)。為了保護(hù)水源，改善生態(tài)環(huán)境，將人為活動(dòng)影響控制在小流域水環(huán)境可承載的能力范圍之內(nèi)，北京市2003年即開(kāi)始建設(shè)生態(tài)清潔小流域[1]，旨在實(shí)現(xiàn)小流域人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。通過(guò)10余年生態(tài)清潔小流域建設(shè)，不僅有效保護(hù)了首都重要水源地，優(yōu)化了農(nóng)村生產(chǎn)生活環(huán)境，而且為山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供了支撐和保障。但是，在鞏固生態(tài)治理成果過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些突出問(wèn)題，較為典型的是污染壓力增大，進(jìn)一步加大了水源保護(hù)難度[2]。為了更好地解決生態(tài)清潔小流域建設(shè)、保護(hù)與開(kāi)發(fā)問(wèn)題，我們以北京市懷柔區(qū)神堂峪生態(tài)清潔小流域2008—2015年地表水監(jiān)測(cè)資料為依據(jù)，研究分析了小流域地表水水質(zhì)變化規(guī)律，以期為提高生態(tài)清潔小流域建設(shè)與管理水平提供理論支撐。
1 研究區(qū)基本情況
神堂峪小流域位于北京市懷柔區(qū)雁棲鎮(zhèn)，地處北臺(tái)上水庫(kù)上游，屬于雁棲河流域。該小流域總面積15.629 km2，小流域主溝道全長(zhǎng)10.6 km，落差178 m，地勢(shì)北高南低，地表徑流由北向南流入北臺(tái)上水庫(kù)。主要巖石為花崗巖，其次是白云巖、片麻巖、石灰?guī)r。土壤類(lèi)型主要有淋溶褐土、褐土性土，山坡及山梁土層厚度一般小于30 cm，溝道周邊土層厚度一般大于50 cm。主要植被有山杏、荊條、酸棗、鐵獅子、板栗等，林草覆蓋率90%。多年平均降水量675 mm，最大為850 mm，最小為525 mm，6、7、8三個(gè)月的降水量占全年降水量的80%。小流域內(nèi)沿河分布了50多家規(guī)模較大的度假村(山莊)、垂釣園、休閑俱樂(lè)部等，養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖排水、生活污水、垃圾污染十分嚴(yán)重。為了保護(hù)水源，改善環(huán)境，從2005年開(kāi)始，該小流域?qū)嵤┝松鷳B(tài)清潔小流域治理工程，在河道兩側(cè)民俗戶安裝小型污水處理設(shè)施40處，小流域內(nèi)官地、神堂峪、石片3個(gè)村建設(shè)了村級(jí)污水處理工程；推廣垃圾無(wú)害化處理管理體系，實(shí)現(xiàn)了垃圾分類(lèi)專人回收、專車(chē)運(yùn)送、集中處置；修建坡面石坎14 710 m3，修護(hù)樹(shù)盤(pán)3 600個(gè)，墊土整地2 hm2，營(yíng)造水保涵養(yǎng)林10.2 hm2，完成河岸綠化1 800 m2、生態(tài)治河2處、封育保護(hù)12.34 km2。隨著當(dāng)?shù)厮h(huán)境大幅改善，民俗旅游發(fā)展更為迅速，給小流域生態(tài)保護(hù)帶來(lái)了巨大壓力。該小流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)基本情況見(jiàn)表1。
2 研究方法
2.1 樣品采集化驗(yàn)
2008—2015年，在神堂峪小流域主溝道沿途共布設(shè)了8個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)(圖1)，詳細(xì)情況見(jiàn)表2。
表1 2008—2015年神堂峪小流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)基本情況
注：數(shù)據(jù)來(lái)源于懷柔區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒(2008—2015年)。
圖1 神堂峪小流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置
編號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采樣位置水源類(lèi)型監(jiān)測(cè)指標(biāo)采樣時(shí)間1神堂峪景區(qū)出口溝道地表水2五道河溝道地表水3山野度假村截流地表水4潮嶺漁村塘壩地表水 高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、總磷(TP)、總氮(TN) 2008—2015年,每年5—10月進(jìn)行監(jiān)測(cè)。每月中旬進(jìn)行采樣,樣品采集后24h內(nèi)送水質(zhì)化驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行化驗(yàn)5上官地截流地表水6神堂峪村溝道地表水7神龍灣垂釣園溝道地表水8花苑湖度假村連拱閘地表水
2.2 數(shù)據(jù)處理
將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)樣品化驗(yàn)結(jié)果對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)》，獲得相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同指標(biāo)的水質(zhì)級(jí)別。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析不同年份、不同月份及不同位置達(dá)到某一類(lèi)水質(zhì)的水樣數(shù)量，評(píng)價(jià)小流域主溝道水質(zhì)總體狀況及時(shí)空變化特點(diǎn)。
3 結(jié)果與分析
3.1 小流域主溝道水質(zhì)總體評(píng)價(jià)
通過(guò)對(duì)2008—2015年8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，可以得出神堂峪小流域地表水水質(zhì)總體良好的結(jié)論。高錳酸鉀指數(shù)及總磷兩項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的樣品數(shù)量分別占總樣品數(shù)的95.57%、94.79%，水質(zhì)為良好(表3)。雖然總氮不作為河流水質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但從該小流域地表水總氮監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，總氮指標(biāo)值以Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)居多，達(dá)到該水質(zhì)類(lèi)別的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)量的61.72%,小流域總氮污染超標(biāo)嚴(yán)重。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，小流域水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定良好，得益于生態(tài)清潔小流域治理工程建設(shè)了一批小型污水處理設(shè)施，并建立了工程運(yùn)行管護(hù)機(jī)制，確保對(duì)村莊、度假村、民俗戶排放的污水進(jìn)行了處理，達(dá)標(biāo)排放。分析發(fā)現(xiàn)，總氮達(dá)到Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的樣品比例已達(dá)到24.48%，總氮超標(biāo)原因可以排除河流本底值超標(biāo)因素。有研究表明，小流域所在的雁棲河流域入河總氮污染負(fù)荷中，養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖廢水污染約占86%，是流域最主要的污染源[3]。通過(guò)進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該小流域存在較多養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)，其養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的廢水未經(jīng)有效處理，應(yīng)是地表水總氮超標(biāo)的一個(gè)重要原因。
表3 不同水質(zhì)級(jí)別的樣品比例 %
3.2 小流域主溝道水質(zhì)時(shí)間分布規(guī)律
(1)高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化不大，水質(zhì)總體穩(wěn)定。分析發(fā)現(xiàn)，高錳酸鉀指數(shù)各年處于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)的比例分別為95.83%、93.75%、100%、83.33%、97.92%、100%、95.83%、97.92%(圖2)；總磷各年處于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)的比例分別為81.25%、 91.67%、93.75%、97.92%、100%、100%、97.92%、95.83%，水質(zhì)總體穩(wěn)定(圖3)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該小流域由于地處北臺(tái)上水庫(kù)上游，水源保護(hù)工作得到重視，沿河村莊、民俗旅游戶及度假村、餐飲點(diǎn)的污水均進(jìn)行管網(wǎng)收集，并持續(xù)有效處理，達(dá)標(biāo)排放，大幅削減了水污染負(fù)荷，鞏固了水環(huán)境治理成果。
圖2 CODMn達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的樣品比例
圖3 TP達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的樣品比例
(2)高錳酸鉀指數(shù)和總磷月變化不明顯，總氮秋季劣于夏季。小流域地表水高錳酸鉀指數(shù)和總磷季節(jié)變化不大，其中，各月高錳酸鉀指數(shù)為Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的比例達(dá)到90%以上，總磷為Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的比例達(dá)到95%以上。而小流域地表水總氮季節(jié)變化明顯，秋季比夏季差，秋季總氮超標(biāo)嚴(yán)重，90%以上的樣品水質(zhì)達(dá)到Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)(圖4)，這個(gè)變化規(guī)律反映出小流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展類(lèi)型對(duì)地表水質(zhì)影響較大。每年8—10月，是該小流域旅游旺季，小流域不僅生態(tài)環(huán)境好，還有“虹鱒魚(yú)一條溝”的美譽(yù)，吸引了眾多食客，促進(jìn)了溝內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展， 但沿河這些水產(chǎn)養(yǎng)殖點(diǎn)污水治理難度大，污染治理效果較差，導(dǎo)致河水中總氮秋季超標(biāo)最多。
圖4 TN達(dá)到Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)的樣品比例
(3)總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。小流域地表水總氮超標(biāo)情況從2009年開(kāi)始呈逐年上升趨勢(shì)，至2013年達(dá)到最高點(diǎn)，之后開(kāi)始逐年下降(圖5)。對(duì)地表水總氮變化的成因分析發(fā)現(xiàn)，2009年以后山區(qū)溝域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，小流域冷水魚(yú)養(yǎng)殖的規(guī)模逐年擴(kuò)大，與一般的村莊生活污水不同，魚(yú)池養(yǎng)殖廢水定期排放，且污染物含量低，一次性排水量大，處理難度增加，加之養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖排水管理不夠規(guī)范，總氮超標(biāo)樣品比例逐年增加，氮污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。2013年開(kāi)始，懷柔區(qū)大力整治雁棲湖流域水環(huán)境，清理垃圾、雜草及水面漂浮物，水環(huán)境每日維護(hù)，并加大對(duì)區(qū)域內(nèi)河道、水面的整治力度，對(duì)重點(diǎn)部位加強(qiáng)巡查，對(duì)養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖排水加強(qiáng)管理，嚴(yán)厲打擊破壞水環(huán)境行為， 總氮超標(biāo)樣品比例也開(kāi)始逐年回落。
圖5 TN達(dá)到Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)的樣品比例
3.3 小流域主溝道水質(zhì)空間分布規(guī)律
(1)高錳酸鉀指數(shù)和總磷空間分布規(guī)律不明顯。從小流域水質(zhì)的沿程變化過(guò)程可知，地表水有機(jī)污染較輕，水質(zhì)較好，高錳酸鉀指數(shù)沿程各斷面90%的樣品屬于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，分布無(wú)明顯規(guī)律(圖6)；總磷次之，沿程各斷面85%的樣品屬于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)變化無(wú)顯著特點(diǎn)(圖7)。
圖6 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)CODMn達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的樣品比例
(2)沿程兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮超標(biāo)嚴(yán)重。從圖8可以看出，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮超標(biāo)最多。原因是這兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近分布著眾多魚(yú)池和民俗旅游接待點(diǎn)，對(duì)河流水質(zhì)影響較大，總氮超標(biāo)明顯。受水體自凈作用和沿線污染源排放的雙重影響，小流域地表水總氮呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，即當(dāng)排入該河段的污染物量大于該河段的水體自凈能力時(shí)，排污河段水質(zhì)超標(biāo)樣品較多；但如果該河段水體凈化作用大于排入該河段的污染物量時(shí)，水質(zhì)呈逐漸改善趨勢(shì)，下游水質(zhì)超標(biāo)樣品比例就低于上游。
圖7 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的樣品比例
圖8 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)TN達(dá)到Ⅴ～劣Ⅴ類(lèi)的樣品比例
4 結(jié)論與建議
4.1 結(jié) 論
(1)小流域地表水水質(zhì)總體良好，高錳酸鉀指數(shù)及總磷兩項(xiàng)指標(biāo)總體處于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；多數(shù)時(shí)間總氮超標(biāo)嚴(yán)重，造成總氮超標(biāo)嚴(yán)重的原因主要是漁業(yè)養(yǎng)殖廢水排放。
(2)在小流域地表水水質(zhì)時(shí)間變化上，高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化及季節(jié)變化不大，總體穩(wěn)定。地表水總氮秋季劣于夏季。從年際變化看，總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。
(3)在小流域地表水水質(zhì)空間變化上，高錳酸鉀指數(shù)和總磷空間分布規(guī)律不明顯；河流沿程有兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮超標(biāo)嚴(yán)重，兩處監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近排污點(diǎn)應(yīng)是污染重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象。
4.2 建 議
(1)加強(qiáng)小流域污染防治對(duì)于維護(hù)小流域水環(huán)境至關(guān)重要，小流域污染治理應(yīng)作為生態(tài)清潔小流域建設(shè)的主要措施給予重視。同時(shí)，應(yīng)建立小流域污水處理設(shè)施運(yùn)行管護(hù)機(jī)制，通過(guò)明確責(zé)任、保障經(jīng)費(fèi)、落實(shí)監(jiān)管，提高小流域內(nèi)污水處理設(shè)施的運(yùn)行效率，特別是做好旅游旺季排污管理工作。
(2)控制小流域產(chǎn)業(yè)規(guī)模。在小流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向上，應(yīng)確立適宜的資源開(kāi)發(fā)模式與強(qiáng)度，限制損害生態(tài)功能的產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張，從源頭上做好預(yù)防。利用價(jià)格杠桿，收取排污費(fèi)，并根據(jù)小流域納污容量，合理控制小流域的旅游人口規(guī)模和養(yǎng)殖規(guī)模，使流域水環(huán)境繼續(xù)改善，最終實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)和旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
(3)采用濕地處理技術(shù)加強(qiáng)河道水質(zhì)凈化。在重點(diǎn)排污區(qū)域，依據(jù)地形地勢(shì)條件，結(jié)合河道防洪規(guī)劃和生態(tài)景觀帶建設(shè)需要，在排污口下游布設(shè)一定面積的濕地，利用水生或濕生植被滯留和吸收N、P等物質(zhì)，降低河流N、P污染負(fù)荷。
[1] 畢小剛，楊進(jìn)懷，李永貴，等.北京市建設(shè)生態(tài)清潔型小流域的思路與實(shí)踐[J].中國(guó)水土保持，2005(1)：18-20．
[2] 史忠峰.懷柔區(qū)溝域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的幾點(diǎn)思考——以“不夜谷、夜渤海、白河灣”為例[J].北京水務(wù)，2014(1):60-62.
[3] 蔣艷，馬巍，彭期冬，等.雁棲河流域點(diǎn)源氮磷污染負(fù)荷量的計(jì)算與分析[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2013，11(2):117-124.
(責(zé)任編輯 張培虎)
S157；X824
A
1000-0941(2017)05-0005-04
楊坤(1977—)，男，陜西漢中市人，高級(jí)工程師，碩士，從事水土保持研究與管理工作。
2017-01-21
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楊 坤，魚(yú)紅霞
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生態(tài)清潔小流域地表水水質(zhì)變化規(guī)律及成因分析
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(1.北京市水土保持工作總站，北京 100036； 2.北京市環(huán)境影響評(píng)價(jià)評(píng)估中心，北京 100161)
生態(tài)清潔小流域；水質(zhì)變化；神堂峪；北京
以北京市懷柔區(qū)神堂峪小流域地表水8年監(jiān)測(cè)資料為基礎(chǔ)，分析了小流域地表水時(shí)間、空間變化規(guī)律,并對(duì)小流域水質(zhì)總體情況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明: ①小流域地表水高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)及總磷(TP)兩項(xiàng)指標(biāo)總體處于Ⅰ～ Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但多數(shù)時(shí)間總氮(TN)超標(biāo)嚴(yán)重。②從小流域地表水水質(zhì)時(shí)間變化看，高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化、季節(jié)變化不大，總體比較穩(wěn)定；地表水總氮秋季劣于夏季；從年際變化看，總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。③從小流域地表水水質(zhì)空間變化看，河流沿程兩個(gè)斷面總氮超標(biāo)明顯?；谒|(zhì)變化成因分析，對(duì)生態(tài)清潔小流域建設(shè)和管理提出了對(duì)策建議。
山區(qū)是北京的天然生態(tài)屏障和主要水源涵養(yǎng)及供給源地，也是人們休閑旅游度假勝地。隨著山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，一些小流域水資源、水環(huán)境問(wèn)題開(kāi)始出現(xiàn)并累積，一些小流域的生態(tài)功能、水源涵養(yǎng)功能、旅游休閑功能正面臨退化的風(fēng)險(xiǎn)。為了保護(hù)水源，改善生態(tài)環(huán)境，將人為活動(dòng)影響控制在小流域水環(huán)境可承載的能力范圍之內(nèi)，北京市2003年即開(kāi)始建設(shè)生態(tài)清潔小流域[1]，旨在實(shí)現(xiàn)小流域人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。通過(guò)10余年生態(tài)清潔小流域建設(shè)，不僅有效保護(hù)了首都重要水源地，優(yōu)化了農(nóng)村生產(chǎn)生活環(huán)境，而且為山區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供了支撐和保障。但是，在鞏固生態(tài)治理成果過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一些突出問(wèn)題，較為典型的是污染壓力增大，進(jìn)一步加大了水源保護(hù)難度[2]。為了更好地解決生態(tài)清潔小流域建設(shè)、保護(hù)與開(kāi)發(fā)問(wèn)題，我們以北京市懷柔區(qū)神堂峪生態(tài)清潔小流域2008—2015年地表水監(jiān)測(cè)資料為依據(jù)，研究分析了小流域地表水水質(zhì)變化規(guī)律，以期為提高生態(tài)清潔小流域建設(shè)與管理水平提供理論支撐。
1 研究區(qū)基本情況
神堂峪小流域位于北京市懷柔區(qū)雁棲鎮(zhèn)，地處北臺(tái)上水庫(kù)上游，屬于雁棲河流域。該小流域總面積15.629 km2，小流域主溝道全長(zhǎng)10.6 km，落差178 m，地勢(shì)北高南低，地表徑流由北向南流入北臺(tái)上水庫(kù)。主要巖石為花崗巖，其次是白云巖、片麻巖、石灰?guī)r。土壤類(lèi)型主要有淋溶褐土、褐土性土，山坡及山梁土層厚度一般小于30 cm，溝道周邊土層厚度一般大于50 cm。主要植被有山杏、荊條、酸棗、鐵獅子、板栗等，林草覆蓋率90%。多年平均降水量675 mm，最大為850 mm，最小為525 mm，6、7、8三個(gè)月的降水量占全年降水量的80%。小流域內(nèi)沿河分布了50多家規(guī)模較大的度假村(山莊)、垂釣園、休閑俱樂(lè)部等，養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖排水、生活污水、垃圾污染十分嚴(yán)重。為了保護(hù)水源，改善環(huán)境，從2005年開(kāi)始，該小流域?qū)嵤┝松鷳B(tài)清潔小流域治理工程，在河道兩側(cè)民俗戶安裝小型污水處理設(shè)施40處，小流域內(nèi)官地、神堂峪、石片3個(gè)村建設(shè)了村級(jí)污水處理工程；推廣垃圾無(wú)害化處理管理體系，實(shí)現(xiàn)了垃圾分類(lèi)專人回收、專車(chē)運(yùn)送、集中處置；修建坡面石坎14 710 m3，修護(hù)樹(shù)盤(pán)3 600個(gè)，墊土整地2 hm2，營(yíng)造水保涵養(yǎng)林10.2 hm2，完成河岸綠化1 800 m2、生態(tài)治河2處、封育保護(hù)12.34 km2。隨著當(dāng)?shù)厮h(huán)境大幅改善，民俗旅游發(fā)展更為迅速，給小流域生態(tài)保護(hù)帶來(lái)了巨大壓力。該小流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)基本情況見(jiàn)表1。
2 研究方法
2.1 樣品采集化驗(yàn)
2008—2015年，在神堂峪小流域主溝道沿途共布設(shè)了8個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)樣點(diǎn)(圖1)，詳細(xì)情況見(jiàn)表2。
表1 2008—2015年神堂峪小流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)基本情況
注：數(shù)據(jù)來(lái)源于懷柔區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒(2008—2015年)。
圖1 神堂峪小流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置
編號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采樣位置水源類(lèi)型監(jiān)測(cè)指標(biāo)采樣時(shí)間1神堂峪景區(qū)出口溝道地表水2五道河溝道地表水3山野度假村截流地表水4潮嶺漁村塘壩地表水 高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、總磷(TP)、總氮(TN) 2008—2015年,每年5—10月進(jìn)行監(jiān)測(cè)。每月中旬進(jìn)行采樣,樣品采集后24h內(nèi)送水質(zhì)化驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行化驗(yàn)5上官地截流地表水6神堂峪村溝道地表水7神龍灣垂釣園溝道地表水8花苑湖度假村連拱閘地表水
2.2 數(shù)據(jù)處理
將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)樣品化驗(yàn)結(jié)果對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)》，獲得相應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同指標(biāo)的水質(zhì)級(jí)別。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析不同年份、不同月份及不同位置達(dá)到某一類(lèi)水質(zhì)的水樣數(shù)量，評(píng)價(jià)小流域主溝道水質(zhì)總體狀況及時(shí)空變化特點(diǎn)。
3 結(jié)果與分析
3.1 小流域主溝道水質(zhì)總體評(píng)價(jià)
通過(guò)對(duì)2008—2015年8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，可以得出神堂峪小流域地表水水質(zhì)總體良好的結(jié)論。高錳酸鉀指數(shù)及總磷兩項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的樣品數(shù)量分別占總樣品數(shù)的95.57%、94.79%，水質(zhì)為良好(表3)。雖然總氮不作為河流水質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，但從該小流域地表水總氮監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，總氮指標(biāo)值以Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)居多，達(dá)到該水質(zhì)類(lèi)別的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)量的61.72%,小流域總氮污染超標(biāo)嚴(yán)重。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，小流域水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定良好，得益于生態(tài)清潔小流域治理工程建設(shè)了一批小型污水處理設(shè)施，并建立了工程運(yùn)行管護(hù)機(jī)制，確保對(duì)村莊、度假村、民俗戶排放的污水進(jìn)行了處理，達(dá)標(biāo)排放。分析發(fā)現(xiàn)，總氮達(dá)到Ⅰ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的樣品比例已達(dá)到24.48%，總氮超標(biāo)原因可以排除河流本底值超標(biāo)因素。有研究表明，小流域所在的雁棲河流域入河總氮污染負(fù)荷中，養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖廢水污染約占86%，是流域最主要的污染源[3]。通過(guò)進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該小流域存在較多養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)，其養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的廢水未經(jīng)有效處理，應(yīng)是地表水總氮超標(biāo)的一個(gè)重要原因。
表3 不同水質(zhì)級(jí)別的樣品比例 %
3.2 小流域主溝道水質(zhì)時(shí)間分布規(guī)律
(1)高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化不大，水質(zhì)總體穩(wěn)定。分析發(fā)現(xiàn)，高錳酸鉀指數(shù)各年處于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)的比例分別為95.83%、93.75%、100%、83.33%、97.92%、100%、95.83%、97.92%(圖2)；總磷各年處于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)的比例分別為81.25%、 91.67%、93.75%、97.92%、100%、100%、97.92%、95.83%，水質(zhì)總體穩(wěn)定(圖3)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該小流域由于地處北臺(tái)上水庫(kù)上游，水源保護(hù)工作得到重視，沿河村莊、民俗旅游戶及度假村、餐飲點(diǎn)的污水均進(jìn)行管網(wǎng)收集，并持續(xù)有效處理，達(dá)標(biāo)排放，大幅削減了水污染負(fù)荷，鞏固了水環(huán)境治理成果。
圖2 CODMn達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的樣品比例
圖3 TP達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的樣品比例
(2)高錳酸鉀指數(shù)和總磷月變化不明顯，總氮秋季劣于夏季。小流域地表水高錳酸鉀指數(shù)和總磷季節(jié)變化不大，其中，各月高錳酸鉀指數(shù)為Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的比例達(dá)到90%以上，總磷為Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的比例達(dá)到95%以上。而小流域地表水總氮季節(jié)變化明顯，秋季比夏季差，秋季總氮超標(biāo)嚴(yán)重，90%以上的樣品水質(zhì)達(dá)到Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)(圖4)，這個(gè)變化規(guī)律反映出小流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展類(lèi)型對(duì)地表水質(zhì)影響較大。每年8—10月，是該小流域旅游旺季，小流域不僅生態(tài)環(huán)境好，還有“虹鱒魚(yú)一條溝”的美譽(yù)，吸引了眾多食客，促進(jìn)了溝內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展， 但沿河這些水產(chǎn)養(yǎng)殖點(diǎn)污水治理難度大，污染治理效果較差，導(dǎo)致河水中總氮秋季超標(biāo)最多。
圖4 TN達(dá)到Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)的樣品比例
(3)總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。小流域地表水總氮超標(biāo)情況從2009年開(kāi)始呈逐年上升趨勢(shì)，至2013年達(dá)到最高點(diǎn)，之后開(kāi)始逐年下降(圖5)。對(duì)地表水總氮變化的成因分析發(fā)現(xiàn)，2009年以后山區(qū)溝域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，小流域冷水魚(yú)養(yǎng)殖的規(guī)模逐年擴(kuò)大，與一般的村莊生活污水不同，魚(yú)池養(yǎng)殖廢水定期排放，且污染物含量低，一次性排水量大，處理難度增加，加之養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖排水管理不夠規(guī)范，總氮超標(biāo)樣品比例逐年增加，氮污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。2013年開(kāi)始，懷柔區(qū)大力整治雁棲湖流域水環(huán)境，清理垃圾、雜草及水面漂浮物，水環(huán)境每日維護(hù)，并加大對(duì)區(qū)域內(nèi)河道、水面的整治力度，對(duì)重點(diǎn)部位加強(qiáng)巡查，對(duì)養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)養(yǎng)殖排水加強(qiáng)管理，嚴(yán)厲打擊破壞水環(huán)境行為， 總氮超標(biāo)樣品比例也開(kāi)始逐年回落。
圖5 TN達(dá)到Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)的樣品比例
3.3 小流域主溝道水質(zhì)空間分布規(guī)律
(1)高錳酸鉀指數(shù)和總磷空間分布規(guī)律不明顯。從小流域水質(zhì)的沿程變化過(guò)程可知，地表水有機(jī)污染較輕，水質(zhì)較好，高錳酸鉀指數(shù)沿程各斷面90%的樣品屬于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，分布無(wú)明顯規(guī)律(圖6)；總磷次之，沿程各斷面85%的樣品屬于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)變化無(wú)顯著特點(diǎn)(圖7)。
圖6 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)CODMn達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的樣品比例
(2)沿程兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮超標(biāo)嚴(yán)重。從圖8可以看出，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮超標(biāo)最多。原因是這兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近分布著眾多魚(yú)池和民俗旅游接待點(diǎn)，對(duì)河流水質(zhì)影響較大，總氮超標(biāo)明顯。受水體自凈作用和沿線污染源排放的雙重影響，小流域地表水總氮呈波動(dòng)變化趨勢(shì)，即當(dāng)排入該河段的污染物量大于該河段的水體自凈能力時(shí)，排污河段水質(zhì)超標(biāo)樣品較多；但如果該河段水體凈化作用大于排入該河段的污染物量時(shí)，水質(zhì)呈逐漸改善趨勢(shì)，下游水質(zhì)超標(biāo)樣品比例就低于上游。
圖7 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)TP達(dá)到Ⅰ～Ⅱ類(lèi)的樣品比例
圖8 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)TN達(dá)到Ⅴ～劣Ⅴ類(lèi)的樣品比例
4 結(jié)論與建議
4.1 結(jié) 論
(1)小流域地表水水質(zhì)總體良好，高錳酸鉀指數(shù)及總磷兩項(xiàng)指標(biāo)總體處于Ⅰ～Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；多數(shù)時(shí)間總氮超標(biāo)嚴(yán)重，造成總氮超標(biāo)嚴(yán)重的原因主要是漁業(yè)養(yǎng)殖廢水排放。
(2)在小流域地表水水質(zhì)時(shí)間變化上，高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化及季節(jié)變化不大，總體穩(wěn)定。地表水總氮秋季劣于夏季。從年際變化看，總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)。
(3)在小流域地表水水質(zhì)空間變化上，高錳酸鉀指數(shù)和總磷空間分布規(guī)律不明顯；河流沿程有兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮超標(biāo)嚴(yán)重，兩處監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近排污點(diǎn)應(yīng)是污染重點(diǎn)監(jiān)管對(duì)象。
4.2 建 議
(1)加強(qiáng)小流域污染防治對(duì)于維護(hù)小流域水環(huán)境至關(guān)重要，小流域污染治理應(yīng)作為生態(tài)清潔小流域建設(shè)的主要措施給予重視。同時(shí)，應(yīng)建立小流域污水處理設(shè)施運(yùn)行管護(hù)機(jī)制，通過(guò)明確責(zé)任、保障經(jīng)費(fèi)、落實(shí)監(jiān)管，提高小流域內(nèi)污水處理設(shè)施的運(yùn)行效率，特別是做好旅游旺季排污管理工作。
(2)控制小流域產(chǎn)業(yè)規(guī)模。在小流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向上，應(yīng)確立適宜的資源開(kāi)發(fā)模式與強(qiáng)度，限制損害生態(tài)功能的產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張，從源頭上做好預(yù)防。利用價(jià)格杠桿，收取排污費(fèi)，并根據(jù)小流域納污容量，合理控制小流域的旅游人口規(guī)模和養(yǎng)殖規(guī)模，使流域水環(huán)境繼續(xù)改善，最終實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)和旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
(3)采用濕地處理技術(shù)加強(qiáng)河道水質(zhì)凈化。在重點(diǎn)排污區(qū)域，依據(jù)地形地勢(shì)條件，結(jié)合河道防洪規(guī)劃和生態(tài)景觀帶建設(shè)需要，在排污口下游布設(shè)一定面積的濕地，利用水生或濕生植被滯留和吸收N、P等物質(zhì)，降低河流N、P污染負(fù)荷。
[1] 畢小剛，楊進(jìn)懷，李永貴，等.北京市建設(shè)生態(tài)清潔型小流域的思路與實(shí)踐[J].中國(guó)水土保持，2005(1)：18-20．
[2] 史忠峰.懷柔區(qū)溝域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的幾點(diǎn)思考——以“不夜谷、夜渤海、白河灣”為例[J].北京水務(wù)，2014(1):60-62.
[3] 蔣艷，馬巍，彭期冬，等.雁棲河流域點(diǎn)源氮磷污染負(fù)荷量的計(jì)算與分析[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2013，11(2):117-124.
(責(zé)任編輯 張培虎)
S157；X824
A
1000-0941(2017)05-0005-04
楊坤(1977—)，男，陜西漢中市人，高級(jí)工程師，碩士，從事水土保持研究與管理工作。
2017-01-21
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