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(長江科學(xué)院 流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010)

1 研究背景

根據(jù)近20 a長江水資源現(xiàn)狀分析，發(fā)現(xiàn)目前長江流域水資源管理的主要問題是水污染治理和水資源保護(hù)[1]，前者是治“壞水”，后者是?！昂盟?。近2 a來，長江經(jīng)濟(jì)帶在“不搞大開發(fā)，共抓大保護(hù)”、綠色發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，先后開展了環(huán)保督查、水源地保護(hù)督查、入河排污口排查、岸線利用及固體廢棄物排查、天然水域圍網(wǎng)養(yǎng)殖清理等一系列專項(xiàng)行動，同時(shí)大力推進(jìn)河湖長制，水污染治理和水資源保護(hù)力度逐漸加大，這些行動最終會反映到長江水質(zhì)的改善上。本文通過近5 a來逐月的水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)監(jiān)測資料評判上述系列保護(hù)行動實(shí)施后長江水質(zhì)改善效果，并根據(jù)各水域水污染情況提出有針對性的保護(hù)措施。

水功能區(qū)評價(jià)及管理制度是根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展實(shí)際情況于2002年起建立的一項(xiàng)重要水資源保護(hù)制度[2]，并納入新《水法》，按照“好水好用、壞水壞用”的原則，在主要江、河、湖、庫劃分了不同的水功能區(qū)，并制定了相應(yīng)的水質(zhì)管理目標(biāo)，以保證水資源的開發(fā)利用發(fā)揮最佳社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。水功能區(qū)采用2級區(qū)劃體系[3]：一級區(qū)分為保護(hù)區(qū)、緩沖區(qū)、開發(fā)利用區(qū)和保留區(qū)4類，主要協(xié)調(diào)河流上、下游間水資源保護(hù)要求；二級區(qū)是在一級區(qū)的開發(fā)利用區(qū)中根據(jù)用途再細(xì)分為飲用水源區(qū)、工業(yè)用水區(qū)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)、漁業(yè)用水區(qū)、景觀娛樂用水區(qū)、過渡區(qū)和排污控制區(qū)7類，根據(jù)用水目的設(shè)立相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，目的是協(xié)調(diào)同一開發(fā)利用區(qū)內(nèi)不同用水部門之間的關(guān)系。水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)包括水溫、pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮(湖庫)、氰化物、砷、揮發(fā)酚、汞、銅、鉛、鋅、硒、鎘、鉻(六價(jià))、氟化物、石油類、糞大腸菌群、陰離子表面活性劑、硫化物24項(xiàng)，飲用水源區(qū)還需增加5項(xiàng)(硝酸鹽、硫酸鹽、氯化物、鐵、錳)補(bǔ)充項(xiàng)目。依照《地表水資源質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范》(SL 395—2007)，水功能區(qū)水質(zhì)類別達(dá)標(biāo)評價(jià)采用單因子評價(jià)法。本文數(shù)據(jù)主要來源于2014年1月—2018年4月逐月的長江干流及主要支流《長江流域水資源質(zhì)量公報(bào)》[4]和《長江流域水資源公報(bào)》[5]等資料。

2 長江水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況

表1為長江及二級區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率變化情況。其中2014年數(shù)據(jù)為該年1—12月份平均值，而近1 a值為2017年5月—2018年4月1個(gè)年度的平均值，后者可以反映近期水環(huán)境保護(hù)系列專項(xiàng)行動的成效。

表1 近年來長江流域水功能區(qū)一級區(qū)及二級區(qū)飲用水源區(qū)河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)率變化情況(按河長計(jì)算)Table 1 Changes in the standard-reaching rate of riverwater quality in first-class water function region anddrinking water source area of second-class water functionregion in Changjiang River Basin in recent years(calculated according to river length)

圖1為長江流域水功能區(qū)一級區(qū)過去4.5 a中每月的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率示意圖，其中河流按河長評價(jià)(以下均按河長評價(jià))，最低達(dá)標(biāo)率發(fā)生在2014年7月，為63.5%，最高達(dá)標(biāo)率出現(xiàn)在2017年10月，達(dá)到91.7%。2014年全年平均達(dá)標(biāo)率為70.3%，近1 a平均達(dá)標(biāo)率88.9%，后者提高了18.6%，說明河流水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率在過去4.5 a中穩(wěn)步提高。2006年，長江水利委員會曾經(jīng)開展過水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)[6]，當(dāng)年長江干流重點(diǎn)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為73.3%，說明從2006—2014年長江干流水質(zhì)達(dá)標(biāo)率處于下降階段；到2015年才超過2006年的水平，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率達(dá)到79.7%。湖庫按面積計(jì)算，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率始終比河流低，最低時(shí)段在2014年11月，僅為14.1%，最高為2018年3月，達(dá)到71.6%。雖然湖庫達(dá)標(biāo)率提高幅度很大，但湖庫達(dá)標(biāo)率年內(nèi)變幅也很大，1 a內(nèi)達(dá)標(biāo)率可以上下波動2倍以上，說明湖庫水質(zhì)受水文季節(jié)性變化和水利工程調(diào)控等因素影響十分顯著，達(dá)標(biāo)率很不穩(wěn)定。

圖1 長江流域水功能區(qū)一級區(qū)河流、湖庫水質(zhì)達(dá)標(biāo)變化情況Fig.1 Changes in the standard-reaching rate of water quality of rivers and lakes in first-class water function region in Changjiang River Basin

圖2為長江流域水功能區(qū)二級區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況，其中：河流達(dá)標(biāo)率從2014年的75.2%提高到近1 a的86.8%，提高了11.6%；湖庫二級區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率最高時(shí)與河流差不多，但年內(nèi)變幅巨大，幾乎每年都有個(gè)別月份達(dá)不到40%。

圖2 長江流域水功能區(qū)二級區(qū)河流、湖庫水質(zhì)達(dá)標(biāo)變化情況Fig.2 Changes in the standard-reaching rate of water quality of rivers and lakes in second-class water function region in Changjiang River Basin

圖3為長江流域水功能區(qū)二級區(qū)中飲用水源區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況，其中：河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)率從2014年的74.5%提高到近1 a的86.9%，提高了12.4%；同期湖庫水質(zhì)達(dá)標(biāo)率從2015年的37.0%降到近1 a的23.3%，下降了13.7%。由此可知，作為水源地的湖庫水質(zhì)還在惡化中，導(dǎo)致長江流域生活生產(chǎn)用水的水源地越來越依賴長江干流及主要支流河流型水源地。目前許多引調(diào)水工程和水系連通工程都是基于此目的而上馬，主要原因就是城鎮(zhèn)附近的湖庫水質(zhì)越來越差，只能舍近求遠(yuǎn)。

圖3 長江流域水功能區(qū)二級區(qū)中飲用水源區(qū)河流、湖庫水質(zhì)達(dá)標(biāo)變化情況Fig.3 Changes in the standard-reaching rate of water quality of rivers and lakes in drinking water source area of second-class water function region in Changjiang River Basin

3 長江干流主要河段及支流水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況

圖4(a)、圖4(b)、圖4(c)分別為長江干流各江段、主要支流和兩湖水系河流水功能一級區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率情況。從表1和圖4可見：除金沙江石鼓以下江段和鄱陽湖水系外，長江干流沿線、主要支流及洞庭湖水系的河流水功能一級區(qū)達(dá)標(biāo)率都有所提高，提高最明顯的是長江上游干流宜賓—宜昌江段，其次是岷沱江，主要原因是這些河段2014年達(dá)標(biāo)率起點(diǎn)低，后期進(jìn)步大；改善最小的是洞庭湖水系和嘉陵江，原因是兩者前期達(dá)標(biāo)率起點(diǎn)較高，后期進(jìn)步小。從年內(nèi)各月達(dá)標(biāo)率來看(見表2)，長江干流中下游和大部分主要支流都是枯水季水質(zhì)較差，汛期水質(zhì)相對較好，說明長江水質(zhì)總體尚好的主要原因是巨大的水量和流量，也間接說明點(diǎn)源污染仍然是影響江河水質(zhì)達(dá)標(biāo)率的主要因素，而金沙江石鼓以下干流、嘉陵江等山區(qū)河流水質(zhì)最差月份時(shí)常出現(xiàn)在汛期，說明山區(qū)型河流在汛期因水土流失常常造成面源污染加重。

圖4 長江流域干流、支流主要河段及兩湖水系河流水功能區(qū)一級區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率情況Fig.4 Changes in the standard-reaching rate of river water quality in first-class water function region in the mainstreams and tributaries of Changjiang River Basin, as well as in the Dongting Lake Basin and the Poyang Lake Basin

表2 2014—2017年長江流域水功能區(qū)一級區(qū)河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)率年內(nèi)最低月份情況(按河長計(jì)算)Table 2 Months with the lowest rate of riverwater quality reaching standard in first-class waterfunction region in Changjiang River Basin from 2014to 2017(calculated according to river length)

圖5(a)和圖5(b)分別為長江干流和主要支流河流水功能區(qū)二級區(qū)中飲用水源區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率情況。從表1和圖5可見:河流飲用水源區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率比較高，其中金沙江石鼓以下江段和鄱陽湖水系中五河水質(zhì)達(dá)標(biāo)率保持在100%，改善比較大的是宜賓—宜昌江段和湖口以下干流，分別提高了50.6%和29.2%，而烏江卻在退步，達(dá)標(biāo)率下降了21.6%，主要超標(biāo)項(xiàng)目是總磷。從圖5(b)可見，烏江飲用水源區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率近幾年變幅很大，2015年11月、2016年3月、2016年8—9月、2017年5—7月達(dá)標(biāo)率僅20.5%，而其他月份基本都在100%，達(dá)標(biāo)率很不穩(wěn)定。長江流域水資源二級區(qū)飲用水源區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率年內(nèi)變幅明顯，其中長江干流上游比下游變幅大，主要支流比干流變幅大，說明水量越大，達(dá)標(biāo)率越穩(wěn)定。再如圖5(a)中，2015年7月，金沙江石鼓以下和宜賓—宜昌干流飲用水源區(qū)達(dá)標(biāo)率曾經(jīng)出現(xiàn)同步下降現(xiàn)象，其中金沙江石鼓以下干流從100%下降到23%，說明該月份可能發(fā)生突發(fā)水污染事故。

圖5 長江干流和主要支流河流水功能區(qū)二級區(qū)中飲用水源區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率情況Fig.5 Changes in the standard-reaching rate of river water quality reaching standard in drinking water source area of second-class water function region in the main streams and tributaries of Changjiang River Basin

4 影響水質(zhì)達(dá)標(biāo)率的原因探討

影響河流水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率的主要項(xiàng)目為氨氮、總磷、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量和高錳酸鹽指數(shù)等；影響湖泊水質(zhì)達(dá)標(biāo)率主要項(xiàng)目為總磷、氨氮和高錳酸鹽指數(shù)等；影響水庫水質(zhì)達(dá)標(biāo)率主要項(xiàng)目為總磷、高錳酸鹽指數(shù)和五日生化需氧量等。湖庫超標(biāo)項(xiàng)目在河流中都存在，只是影響3類水體項(xiàng)目的權(quán)重不同。影響飲用水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率的主要超標(biāo)項(xiàng)目在2014年是總磷、鐵、錳、氨氮，到2017年變?yōu)榭偭?、錳、鐵、五日生化需氧量和高錳酸鹽指數(shù)，上述第1項(xiàng)總磷沒有變化，后幾項(xiàng)次序和內(nèi)容有所變化。

由于長江不同地區(qū)自然條件和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展差距巨大，各水域水文特性、地球物理化學(xué)特性和人類活動造成的污染物質(zhì)不同，所以各河段、湖泊和水庫主要超標(biāo)項(xiàng)目及影響程度也不同。2006年，長江主要污染物質(zhì)是COD、氨氮、總磷和總氮，其中COD和氨氮在入河點(diǎn)源中的貢獻(xiàn)率分別占到54.2%和55.9%[7]，表明COD和氨氮主要是點(diǎn)源污染造成的，與工業(yè)和生活廢污水大量排放密切相關(guān)，而當(dāng)年總氮和總磷占入河點(diǎn)源中的貢獻(xiàn)率僅分別為21.4%和24.5%，表明當(dāng)時(shí)氮和磷主要是面源污染造成的。近年來城鎮(zhèn)廢污水處理能力大幅提高，COD和氨氮排放總量逐步減少，但總磷等營養(yǎng)物質(zhì)的處理沒有跟上，不僅面源中的營養(yǎng)物質(zhì)隨著化肥使用量的增長而繼續(xù)增加外，在點(diǎn)源廢污水排放中的比重也增加，所以，總磷污染越來越嚴(yán)重。例如前述烏江水質(zhì)達(dá)標(biāo)率下降，主要超標(biāo)項(xiàng)目就是總磷，洞庭湖、鄱陽湖、太湖等大型湖泊第一超標(biāo)項(xiàng)目是總磷，滇池和巢湖2014年第一超標(biāo)項(xiàng)是總磷，而現(xiàn)在是COD和總磷[8]。根據(jù)秦延文等[9]分析，從2016年開始，總磷已經(jīng)成為長江主要污染因子，其中上游污染最為嚴(yán)重，枯/平水期總磷污染較重，豐水期污染較輕。造成長江流域總磷較高的主要原因是磷礦開采和磷化工污染、農(nóng)田大量使用化肥、城鎮(zhèn)生產(chǎn)生活污水排放、大規(guī)模畜禽養(yǎng)殖和水域網(wǎng)箱養(yǎng)殖、農(nóng)村垃圾及生活污水排放等。近年來，長江流域城鎮(zhèn)污水處理能力成倍增長，但絕大多數(shù)污水處理廠沒有增加除磷設(shè)備，磷的排放量并沒有減少。按照《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)，總磷即使達(dá)到一級A 標(biāo)準(zhǔn)(0.5 mg/L)排放，也達(dá)不到GB 3838—2002 V類水的標(biāo)準(zhǔn)，處理后中水中的氮、磷仍然是江河湖庫的主要污染源。目前農(nóng)業(yè)面源污染還沒有得到有效控制，進(jìn)入水體中的磷和氮總量仍然較大，特別是磷進(jìn)入水體中后很難消除。由于梯級水庫的建成和運(yùn)行，許多河流蓄水時(shí)，庫區(qū)成為湖泊態(tài)，水體流動性大幅降低，氮磷物質(zhì)容易置留和沉積，常常引起庫彎水華的發(fā)生。相當(dāng)多的城市河流，為了擴(kuò)大水面景觀已經(jīng)修建了許多壅水閘壩，使水體在形態(tài)上是河流，但多數(shù)時(shí)間呈現(xiàn)出湖庫特性，很容易造成水體富營養(yǎng)化加重，如果按湖庫標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)水質(zhì)，達(dá)標(biāo)率會明顯下降。所以，目前長江幾乎所有水體都面臨總磷等營養(yǎng)物質(zhì)超標(biāo)的難題。

采用單因素評價(jià)水功能區(qū)是比較嚴(yán)格的，在20多個(gè)指標(biāo)中只要有1項(xiàng)超標(biāo)就算該水質(zhì)超標(biāo)，所以，在應(yīng)用評價(jià)成果時(shí)，需要根據(jù)水功能實(shí)際要求綜合考慮，例如在湖庫水質(zhì)評價(jià)中，總氮一般單獨(dú)評價(jià)，因?yàn)榘纯偟u價(jià)，太湖、鄱陽湖、巢湖、洞庭湖、丹江口水庫都是Ⅳ類水質(zhì)[8]，實(shí)際上丹江口水庫除了總氮外，其他指標(biāo)始終保持在Ⅱ類水平，完全達(dá)到飲用水源的要求。

5 結(jié) 論

本文根據(jù)近5 a長江水資源質(zhì)量公報(bào)逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)，初步分析了長江及其水資源二級區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況。分析表明：在過去幾年中，除個(gè)別河段外，水功能區(qū)一級區(qū)、二級區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率都明顯提高，說明近年來加大水污染防治和水資源保護(hù)取得了初步成效，但也要看到水功能區(qū)二級區(qū)，特別是飲用水源區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率年內(nèi)變幅較大，而且湖庫作為城鎮(zhèn)最方便、最經(jīng)濟(jì)的飲用水源地，其達(dá)標(biāo)率近年來仍然呈現(xiàn)下降趨勢，使得長江流域4億多人口的飲用水越來越依靠河流型水源地，城市附近許多中小湖庫由于受富營養(yǎng)化或者水污染影響已經(jīng)失去飲用水源地功能，這是一件十分遺憾的事。影響長江水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率的主要項(xiàng)目排序已經(jīng)由氨氮、總磷、COD等向總磷、氨氮、COD變化，所以，僅采用氨氮、COD雙指標(biāo)評價(jià)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率已經(jīng)不合適，應(yīng)該將總磷也作為最基本的評價(jià)項(xiàng)目，至少應(yīng)該采用3個(gè)指標(biāo)評價(jià)。

影響江河湖庫水質(zhì)達(dá)標(biāo)率主要有2方面因素：一是外因——污染源；二是內(nèi)因——水域納污能力。顯然控制污染源是根本之策，而提高水體納污能力，如引調(diào)好水進(jìn)來、增加水量和水體流動性等措施只能是輔助性的調(diào)控手段。為了進(jìn)一步提高水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率，首先需要根據(jù)各水域主要超標(biāo)項(xiàng)目，找準(zhǔn)主要污染源，減少這些污染物質(zhì)的排放；然后再根據(jù)水域水文條件和水利工程調(diào)控能力，適當(dāng)增加枯水季水量和流量，促進(jìn)水體的流動性，提高環(huán)境容量。對于大江大河和大型水庫，點(diǎn)源和面源污染控制仍然不能放松，一方面需要提升污水處理標(biāo)準(zhǔn)，增加剔除氮和磷的處理能力，控制營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體；另一方面需要加強(qiáng)農(nóng)業(yè)面源污染治理，嚴(yán)格執(zhí)行水源地保護(hù)綜合措施。對于大型湖泊，富營養(yǎng)化的治理要從流域整體考慮，從源頭控制，需要深入到農(nóng)村、田間和社區(qū)，采取綜合治理措施，而且要做好“持久戰(zhàn)”的準(zhǔn)備；對于中小水庫和湖泊，目前污染問題依然比較嚴(yán)重，點(diǎn)源、面源和內(nèi)源污染三者疊加，雖然物理(截污、換水、清淤等)治理效果快，但長期穩(wěn)定水質(zhì)還是要靠生物措施，需要重建良性的水生態(tài)系統(tǒng)。總之，如果繼續(xù)加強(qiáng)水污染治理和水資源保護(hù)，持續(xù)推進(jìn)河湖長制和《水污染防治行動計(jì)劃》，一河(湖)一策地治理，長江流域水環(huán)境質(zhì)量會進(jìn)一步提高。

水功能區(qū)管理制度是根據(jù)我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平和生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀發(fā)展而來的，應(yīng)該是階段性的制度，目的是依據(jù)人類用水和生態(tài)環(huán)境用水要求，分別確定各水域納污能力，進(jìn)行定量化的水質(zhì)管理[10]：如果入河湖污染物質(zhì)超過水體的納污能力，就需要削減污染物質(zhì)排放；如果達(dá)標(biāo)了，說明該水域尚有納污能力，也說明該地區(qū)水資源保護(hù)工作做得好，可以通過排污權(quán)交易獲得生態(tài)補(bǔ)償收益。從長遠(yuǎn)看，按現(xiàn)在的保護(hù)力度，到2035年有希望使長江各水域水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到95%以上，主要水體都可以恢復(fù)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到人和水生生物基本的用水功能要求，不必要再分“好水”和“壞水”，這正是歐美等發(fā)達(dá)國家目前的水環(huán)境水平，到那時(shí)水功能區(qū)管理制度也會退出歷史舞臺。