邸琰茗

(北京市北運河管理處，北京 101100)

水資源是制約區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要因素，區(qū)域水資源由于受天氣系統(tǒng)、地表系統(tǒng)以及人類活動的制約，使天然狀態(tài)下的水循環(huán)過程發(fā)生顯著改變，在時間和空間尺度上存在水質(zhì)和水量的變化[1]。通過研究河道水質(zhì)的情況，探明水質(zhì)現(xiàn)狀及其時空變化特點是目前城市河道水質(zhì)研究的熱點問題[2]。近年來，北京市委市政府高度重視水環(huán)境治理工作，先后印發(fā)了《北京市加快污水處理和再生水利用設(shè)施建設(shè)三年行動方案(2013—2015年)》《北京市進一步加快推進污水治理和再生水利用工作三年行動方案(2016年7月—2019年6月)》《北京市進一步聚焦攻堅加快推進水環(huán)境治理工作實施方案》，聚焦北京水環(huán)境治理，不斷改善水環(huán)境質(zhì)量。

本文對北京市北運河2018年21個監(jiān)測斷面所包含的5個指標(biāo)進行基于統(tǒng)計學(xué)的水質(zhì)特征分析，運用多元統(tǒng)計方法對北運河水質(zhì)數(shù)據(jù)進行季節(jié)和空間聚類分析，了解水質(zhì)時空變異性及相似性，并選取3個河道重點斷面及4個重點排水口進行水質(zhì)水量分析，可掌握水質(zhì)動態(tài)變化情況，為河道管理提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

北運河發(fā)源于燕山北部軍都山南麓，自西北向東南流至通州牛牧屯出市界，先后流經(jīng)北京市通州區(qū)、河北香河、天津武清區(qū)，流域總面積6166km2，其中北京境內(nèi)4293km2，上游沙河閘到北關(guān)閘為溫榆河，河長47.5km，北關(guān)閘到下游楊洼閘出境為北京段北運河，河長40.0km。北運河水系處于暖溫帶半干旱半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，地形以平原為主，植被類型主要是暖溫帶落葉闊葉林，年平均氣溫為11～12℃，多年平均降雨量為581.7mm，降雨主要集中在6—9月[3]。

1.2 樣點及計算

2 水質(zhì)總特征及重點斷面水質(zhì)變化

2.1 水質(zhì)總特征

表1 水質(zhì)指標(biāo)的統(tǒng)計學(xué)特征 單位：mg/L

研究區(qū)水質(zhì)季節(jié)聚類圖和空間聚類圖(見圖1、圖2)顯示，季節(jié)聚類在(Dlink/Dmax)×10<25(Dlink/Dmax表示個案連鎖距離與最大連鎖距離之比)處分為兩組，7—10月聚為一組，6月、11月聚為一組，基本對應(yīng)北京的汛期和非汛期時間；空間聚類在(Dlink/Dmax)×10<25處分為兩組，方氏渠、北關(guān)老攔河閘與小中河上下游聚為一組，其余監(jiān)測點聚為一組，表明北運河主河道水質(zhì)具有顯著的時空差異。

圖1 水質(zhì)的季節(jié)聚類圖

圖2 水質(zhì)的空間聚類圖

2.2 重點斷面水質(zhì)變化

圖3 北運河北關(guān)攔河閘水質(zhì)變化

圖4 北運河榆林莊閘水質(zhì)變化

圖5 北運河楊洼閘水質(zhì)變化

綜上，北運河3個重點監(jiān)測斷面呈現(xiàn)汛期降雨水質(zhì)變差、SS和COD指標(biāo)波動顯著的規(guī)律。對照2018年北運河降雨統(tǒng)計，各監(jiān)測點SS和COD指標(biāo)升高與汛期強降雨有直接關(guān)系。在每年7—8月主汛期，北運河承擔(dān)城區(qū)的泄洪功能，城區(qū)大量混有生活污水的雨水越過雨水口的截流坎進入城市河道，順流而下至北運河，導(dǎo)致水面漂浮大量生活垃圾，SS指標(biāo)升高；同時，在強降雨期間，北運河上游溫榆河泄洪流量約100m3/s，北關(guān)閘處北運河泄洪流量約220m3/s，主河道整體水流增大，流速加快，促使各閘站河床底部沉積的淤泥等有機物上翻，COD指標(biāo)升高，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。

2.3 北運河與出境下游水質(zhì)對比

圖6 北運河與出境下游指標(biāo)對比

圖7 北運河與出境下游TP指標(biāo)對比

閘出境斷面相比水質(zhì)較差，至河北土門樓水質(zhì)好轉(zhuǎn)，推測與北運河主河道排水口分布密切相關(guān)。

3 北運河排水口水質(zhì)及排水量

3.1 北運河排水口水質(zhì)

圖8 北運河各行政區(qū)入河污染物指標(biāo)對比

3.2 北運河排水口排水量

北運河排水口類別多，主要分為生活污水、工業(yè)廢水、污水處理廠退水、混合污水及其他排水口[4]，各行政區(qū)日排水量監(jiān)測結(jié)果見圖9。由圖9可知，主河道日均排水量約50萬m3，順義區(qū)日排水量最大，朝陽區(qū)最小。

圖9 北運河流域各行政區(qū)日排水量柱狀圖

3.3 北運河各行政區(qū)重點排水口排水量

各行政區(qū)排水量最大的排水口2018年不同月份的日排水量見圖10～圖13，昌平區(qū)講禮河排水口日排水量最大，排水類型是混合污水，排水來源是講禮村混合污水及雨水，汛期排水量較大；順義區(qū)花馬溝排水口日排水量最大，排水類型是混合污水，排水主要來源是天竺污水處理廠未處理污水和周邊鄉(xiāng)村生活污水，汛期排水量較大；朝陽區(qū)老河灣出水口日排水量最大，排水類型是混合污水，排水來源主要是前葦溝污水處理站退水、前葦溝村飯店小區(qū)生活污水和機場輔路雨水；通州區(qū)減運溝排水口日排水量最大，排水類型是混合污水，排水來源主要是污水處理廠出水，其日排水量比較穩(wěn)定。可知一年內(nèi)不同區(qū)域不同月份的日排水量與排水類型、排水來源密切相關(guān)。

圖10 昌平區(qū)講禮河排水口不同月份日排水量柱狀圖

圖11 順義區(qū)花馬溝排水口不同月份日排水量柱狀圖

圖12 朝陽區(qū)老河灣出水排水口不同月份日排水量柱狀圖

圖13 通州區(qū)減運溝排水口不同月份日排水量柱狀圖

4 結(jié) 論

北運河主河道水質(zhì)具有顯著的時空差異，北關(guān)攔河閘、榆林莊閘、楊洼閘3個重點監(jiān)測斷面呈現(xiàn)汛期降雨水質(zhì)變差、SS和COD指標(biāo)波動顯著的規(guī)律，其中北關(guān)攔河閘斷面與下游榆林莊閘、楊洼閘斷面相比水質(zhì)較差，至河北土門樓斷面水質(zhì)好轉(zhuǎn)。

各行政區(qū)北運河排水口排水量順義區(qū)最大，朝陽區(qū)最小，一年內(nèi)不同區(qū)域不同月份的日排水量與排水類型、排水來源密切相關(guān)，昌平區(qū)講禮河排水口、順義區(qū)花馬溝排水口、朝陽區(qū)老河灣出水排水口、通州區(qū)減運溝排水口排水量大，應(yīng)是后期需要重點加強監(jiān)管的排水口。