楊媛媛,佘志鵬,夏夢(mèng)潔,朱大為

(1.西安浐灞生態(tài)區(qū)博士后科研工作站，陜西 西安 710024；2.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127；3.秦嶺國(guó)家植物園，陜西 西安 710061；4.國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司，陜西 西安 710048)

城市河流與人類的發(fā)展密切相關(guān)，具有供應(yīng)水源、防洪排澇、保護(hù)生態(tài)和美化環(huán)境等作用。城市河流水質(zhì)直接影響著城市的整體風(fēng)貌和居民的生活質(zhì)量，是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈[1]。隨著城市的不斷發(fā)展，城市建設(shè)嚴(yán)重影響了城市水環(huán)境，水質(zhì)不斷惡化，為滿足人民對(duì)美好生活的愿望，需要不斷改善水質(zhì)。西安浐灞生態(tài)區(qū)位于陜西省西安市東北部，浐灞生態(tài)區(qū)內(nèi)有浐河和灞河2條河流，浐河和灞河合稱浐灞河流域，作為渭河的主要支流。本研究以浐灞河流域城市段的浐灞生態(tài)區(qū)為研究對(duì)象探索城市建設(shè)，對(duì)河流水質(zhì)的影響具有重要意義。

浐灞生態(tài)區(qū)曾經(jīng)是西安東部納污場(chǎng)，每年接納污水量近7.0×107t，占西安市污水排放總量的1/6。2008年10月，西安浐灞生態(tài)區(qū)被國(guó)家水利部批準(zhǔn)列入全國(guó)第10、西部首個(gè)國(guó)家級(jí)水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)項(xiàng)目試點(diǎn)區(qū)域。浐灞河流域經(jīng)歷了水系整治與修復(fù)、污染治理與污水回用、濕地保護(hù)與修復(fù)、生態(tài)景觀和生物工程、雨水利用、生態(tài)監(jiān)測(cè)等6大方面的水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)試點(diǎn)工作。

但是浐灞生態(tài)區(qū)依然面臨著水資源不足，上游污水不斷流入等問(wèn)題，河流水質(zhì)的改善仍然存在嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。刑萌等[2]分析了浐灞河硝酸鹽污染物的溯源，研究表明，浐灞河下游即浐灞生態(tài)區(qū)段，硝酸鹽含量較高的生活污水及工業(yè)廢水的貢獻(xiàn)比例高達(dá)30%以上。杜麥等[3]基于多元統(tǒng)計(jì)分析浐灞河水質(zhì)污染特征，發(fā)現(xiàn)浐灞河水體主要受到化學(xué)需氧量、總磷、總氮、氨氮、溶解氧和電導(dǎo)率的污染，這些污染物主要來(lái)源于城市生活污水和工業(yè)廢水的排入。本研究通過(guò)分析2018—2020年連續(xù)3年的河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，研究浐灞河流域浐灞生態(tài)區(qū)段的水質(zhì)現(xiàn)狀，探討下一步的重點(diǎn)治理方向。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

浐灞生態(tài)區(qū)是全國(guó)首個(gè)以生態(tài)命名的開(kāi)發(fā)區(qū)，位于西安東北部。浐灞生態(tài)區(qū)內(nèi)有浐河和灞河2條河流，合稱浐灞河流域，浐灞生態(tài)區(qū)位于浐灞河流域下游，作為渭河的主要支流。浐灞河流域四季冷暖干濕分明，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候。浐灞生態(tài)區(qū)用水量占整個(gè)流域耗水量的59.1%，但區(qū)域河段地表水資源量不足全流域的10%，區(qū)域平均年降雨量570mm。浐灞河是西安市東北部重要的城中河，也是美麗西安重要的景觀廊道和生態(tài)屏障。

1.2 試驗(yàn)方案

本研究采用浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)環(huán)境局在2018年1月—2020年12月期間對(duì)浐灞生態(tài)區(qū)內(nèi)浐灞河流域水體的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行水質(zhì)分析。浐灞生態(tài)區(qū)共有9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，其中灞河5個(gè)，分別為：東城大道監(jiān)測(cè)點(diǎn)、東三環(huán)橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)、北三環(huán)橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)和三郎村監(jiān)測(cè)點(diǎn)；瀍河4個(gè)，分別為：南繞城監(jiān)測(cè)點(diǎn)、咸寧橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)、華清橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)和浐入灞監(jiān)測(cè)點(diǎn)。具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布如圖1所示。

圖1 西安浐灞生態(tài)區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布示意圖

監(jiān)測(cè)期間如無(wú)特殊情況每月采樣2次，其中2018年10月、2020年2月全月未采樣監(jiān)測(cè)，2020年5月下半月、10月下半月和12月下半月未采樣監(jiān)測(cè)，因此2018年1月—2020年12月期間共采樣測(cè)定65次。水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括：化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)和總磷(TP)。

1.3 樣品測(cè)定

化學(xué)需氧量(COD)采用HJ 828—2017《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定-重鉻酸鹽法》[4]。氨氮(NH3-N)采用HJ 535—2009《水質(zhì)氨氮的測(cè)定-納氏試劑分光光度法》[5]進(jìn)行測(cè)量。溶解氧(DO)使用便攜式溶解氧儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?？偭?TP)采用GB/T 11893—1989《水質(zhì)總磷的測(cè)定-鉬酸銨分光光度法》[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 溶解氧和化學(xué)需氧量變化特征

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)3年的水體溶解氧含量變化特征如圖2所示。

圖2 水體溶解氧含量變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，2018年1—9月9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水體溶解氧相比其他時(shí)間段偏低，根據(jù)GB 38383—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[7]，水體溶解氧含量指標(biāo)主要滿足Ⅱ—Ⅲ類水質(zhì)要求。從2018年11月開(kāi)始，9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體含溶解氧含量提高，滿足Ⅰ—Ⅱ類水質(zhì)要求。綜合各監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果分析，2018—2020年間水體溶解氧含量滿足Ⅲ類水質(zhì)要求占比97.3%，溶解氧指標(biāo)控制良好。這主要得益于浐灞生態(tài)區(qū)段設(shè)置了13座橡膠壩。有研究發(fā)現(xiàn)，橡膠壩可以提高水體對(duì)有機(jī)物的降解自凈能力，一方面，橡膠壩降低了水流速，使得單位水面的相對(duì)復(fù)氧效率和水生植物及藻類的光合作用增加。另一方面，水流經(jīng)過(guò)橡膠壩形成的跌水，相當(dāng)于曝氣過(guò)程，使水流充分吸收氧氣，增加了水體的溶解氧量[8]。

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)3年的水體化學(xué)需氧量變化特征如圖3所示。

圖3 水體化學(xué)需氧量變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)3年水體化學(xué)需氧量差異大，其中三郎村、秦漢大道和浐入灞監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體化學(xué)需氧量高，南繞城、咸寧橋和東城大道監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體化學(xué)需氧量低。化學(xué)需氧量是反映水體受污染程度的直接指標(biāo)，結(jié)合圖1浐灞生態(tài)區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布圖可以發(fā)現(xiàn)，南繞城、東城大道、咸寧橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于浐灞河生態(tài)區(qū)段中上游，三郎村、秦漢大道和浐入灞監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于浐灞河生態(tài)區(qū)段下游，隨著河流流經(jīng)城市段，污染物匯入多，水質(zhì)在逐漸變差。化學(xué)需氧量年際間變化大，2019年河流水體化學(xué)需氧量總體高于2018、2020年，其次是2020年。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，綜合各監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果分析，2018—2020年間浐灞河水化學(xué)需氧量滿足Ⅲ類水質(zhì)要求占比59.3%。相比2004年之前的劣Ⅴ類，浐灞河生態(tài)區(qū)段水質(zhì)已有了顯著提升，但是對(duì)水體化學(xué)需氧量的控制還需加強(qiáng)。

化學(xué)需氧量是用來(lái)表征水中的還原性物質(zhì)濃度高低的指標(biāo)，水體中的還原性物質(zhì)包括各種有機(jī)物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等，但主要是有機(jī)物[9]。由于水體有機(jī)質(zhì)含量沒(méi)有測(cè)定，化學(xué)需氧量只能側(cè)面反應(yīng)水體有機(jī)質(zhì)的高低，針對(duì)這一情況，建議后續(xù)增加水體有機(jī)質(zhì)的測(cè)定，為針對(duì)性控制浐河和灞河水體污染物提供直接依據(jù)。

2.2 氨氮和總磷含量變化特征

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)3年的水體氨氮含量變化特征如圖4所示。

圖4 水體氨氮含量變化特征

2018年浐灞河9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，灞河三郎村、秦漢大道和浐河浐入灞監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體氨氮含量高，尤其是灞河三郎村監(jiān)測(cè)點(diǎn)，8—9月水體氨氮含量在6～8mg/L，超標(biāo)嚴(yán)重；浐河南繞城監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體氨氮含量相對(duì)較低。2019年灞河三郎村水體氨氮含量顯著降低，灞河秦漢大道、浐河浐入灞監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體氨氮含量較其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)偏高。2020年灞河三郎村、秦漢大道和浐河浐入灞監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體氨氮含量相對(duì)偏高，浐河南繞城監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體氨氮含量相對(duì)較低。這與監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處河流位置相關(guān)，隨著河流流經(jīng)城市段，水體中氨氮含量在增加。文獻(xiàn)[2]對(duì)浐河和灞河河水硝酸鹽氮同位素組成及其空間特征進(jìn)行了研究，表明河水受污染程度從上游到下游呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。除了監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的差異，同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)在年內(nèi)和年際間變化也很大。總體呈現(xiàn)出冬春季水體氨氮含量高于夏秋季，這與河流流量變化關(guān)系大，浐灞河在夏秋季迎來(lái)汛期[10]，對(duì)河流污染物的稀釋效果相比冬春季好。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，綜合各監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果分析，2018—2020年間浐河和灞河水體氨氮含量滿足Ⅲ類水質(zhì)要求占比70.6%。但仍需加強(qiáng)水體氨氮含量的管控，尤其是冬春季。

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)3年的水體總磷含量變化特征如圖5所示。

圖5 水體總磷含量變化特征

分析發(fā)現(xiàn)，2018年浐灞河9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，灞河三郎村、秦漢大道、浐河浐入灞、咸寧橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體總磷含量高，其中浐河南繞城監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)別時(shí)段總磷含量突增。2019年，灞河秦漢大道、北三環(huán)橋、浐河浐入灞、華清橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體總磷含量高。2020年，浐河4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體總磷含量高，可見(jiàn)浐河總磷指標(biāo)劣于灞河。另外，8—9月水體總磷含量都會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值，且與監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置無(wú)關(guān)。根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，綜合各監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果分析，2018—2020年間浐河和灞河總磷含量滿足Ⅲ類水質(zhì)要求占比75.4%。水體中的磷元素是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化最關(guān)鍵的元素[11-12]，浐灞河生態(tài)區(qū)段連續(xù)3年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示水體總磷含量較高，尤其是8—9月，做好水體富營(yíng)養(yǎng)化防治依舊關(guān)鍵。

2.3 浐灞生態(tài)區(qū)地表水水質(zhì)分析

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)連續(xù)3年的水體水質(zhì)變化特征如圖6所示。

圖6 各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)變化特征

從連續(xù)3年浐灞河水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)占比大于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水質(zhì)，尤其是2019年水質(zhì)差。9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，灞河?xùn)|城大道、東三環(huán)橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)于北三環(huán)橋、秦漢大道和三郎村監(jiān)測(cè)點(diǎn)；浐入灞監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)很差?？傮w特點(diǎn)是浐灞生態(tài)區(qū)浐灞河流域上游水質(zhì)優(yōu)于下游水質(zhì)。

以上分析表明，雖然浐灞河流域浐灞生態(tài)區(qū)段已經(jīng)擺脫劣Ⅴ類水質(zhì)，但是Ⅳ—Ⅴ類水質(zhì)占比較大。因此，下一步應(yīng)持續(xù)加大生態(tài)治理力度，改善Ⅳ—Ⅴ類水質(zhì)，提高Ⅰ—Ⅲ類水質(zhì)占比，打造生態(tài)環(huán)境更加優(yōu)美、人與自然更加和諧的浐灞生態(tài)區(qū)。

3 結(jié)論

通過(guò)2018—2020年連續(xù)3年監(jiān)測(cè)結(jié)果分析可見(jiàn),浐、灞河地表水水質(zhì)通過(guò)水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修復(fù)工作取得了很大改善，已經(jīng)擺脫劣Ⅴ類水質(zhì)，但是Ⅳ—Ⅴ類水質(zhì)占比大于Ⅰ—Ⅲ類，仍需加大管控、進(jìn)一步改善水質(zhì)。水體溶解氧指標(biāo)良好，97.3%符合Ⅲ類水質(zhì)要求；化學(xué)需氧量、氨氮和總磷指標(biāo)滿足Ⅲ類水質(zhì)要求的占比分別為59.3%、70.6%和75.4%?；瘜W(xué)需氧量隨著河流流經(jīng)城市段，含量不斷增加。氨氮隨著河流流經(jīng)城市段，含量增加，并且冬春季含量高于夏秋季。總磷與河流是否流經(jīng)城市段關(guān)系不大，但是8—9月是高峰，應(yīng)高度關(guān)注。浐河和灞河水質(zhì)類型主要取決于水體化學(xué)需氧量指標(biāo)，其次是氨氮和總磷。