唐劍津，陳艷萍，陳志剛

（新余市生態(tài)環(huán)境污染防治中心，江西 新余 338000）

我國疆域遼闊，不同地區(qū)的水文氣象條件有所不同，東西部的經(jīng)濟(jì)發(fā)展也不均衡，水污染態(tài)勢表現(xiàn)出時空差異性。但是，各個層級流域水生態(tài)環(huán)境治理的布局與管控未綜合分析此差異性，因而造成確定的方案不具備適用性，對此，相關(guān)部門應(yīng)全面考慮流域水污染的特點(diǎn)及影響因素，再基于治理差異性的需要，兼顧氣象和經(jīng)濟(jì)條件等，構(gòu)建河流類型劃分方法。

1 河流流域介紹

某河流流域面積大概有3.2×103km2，干流長度一共約達(dá)到374 km，屬于一條關(guān)鍵的支流。這一流域地勢為西高東低，最高、最低海拔依次是4 836 m與2 169 m，地方氣候是大陸性氣候，年降水量為460.5 mm。水系總體呈樹枝狀，包含較多的支流，而其中的斷面為干流在城市的出境斷面。研究數(shù)據(jù)源自普查，涉及到多個縣的經(jīng)濟(jì)與社會建設(shè)統(tǒng)計(jì)資料，按照現(xiàn)有研究成果劃分控制子單元。

2 河流類型劃分的方法

對河流開展分類的核心在于建立科學(xué)的指標(biāo)體系，使用有效的分類方式。因?yàn)楦鱾€河流污染與生態(tài)破壞等有所差異，所采取的治理措施也不一樣，所以應(yīng)該基于河流分類，根據(jù)各類河流特征，明確相應(yīng)的治理技術(shù)。通過建立相關(guān)的指標(biāo)體系，采取聚類分析方式對河流進(jìn)行分類。對于河流類型的劃分方法，本文主要從以下方面進(jìn)行分析，以供參考。

2.1 建立分類指標(biāo)體系

為相對全面地衡量流域的狀況，按照水生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及影響因素，遵循相關(guān)原則，以多方面為切入點(diǎn)，構(gòu)建分類指標(biāo)體系。第一，水環(huán)境指標(biāo)。一般以水體污染度表示，而通過承載率可以相對全面地表示水體污染度。使用比較普遍的是COD以及氨氮，所以，選擇二者的承載率作為水環(huán)境指標(biāo)。第二，社會經(jīng)濟(jì)及人口指標(biāo)。以支持農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)等發(fā)展的指標(biāo)表示，通過耕地面積的占比表示對農(nóng)業(yè)發(fā)展的支撐程度，用資產(chǎn)投資額表示對工業(yè)發(fā)展的支持，通過GDP表示對社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的支持，用人口密度表示對人口發(fā)展的支持，GDP與投資額源于統(tǒng)計(jì)資料。第三，水環(huán)境指標(biāo)。其涉及到表示水量高低及水質(zhì)情況的指標(biāo)，通過地表水豐裕度來表示水量多少，以水環(huán)境脆弱程度表示水質(zhì)狀況。第四，水生態(tài)指標(biāo)。需要全方位表征抗干擾的恢復(fù)能力，通過綠地覆蓋情況表示生境質(zhì)量高低，而恢復(fù)能力與生態(tài)廊道存在很大關(guān)系，用連通度表示。連通度可用連接度指數(shù)表示，其計(jì)算需要使用ArcGIS軟件。具體而言，要將數(shù)據(jù)進(jìn)行格柵化處理，然后導(dǎo)入計(jì)算COHESION。對于連接度指數(shù)，無論是景觀還是類型水平，均有著較好的適用性。對綠地覆蓋度計(jì)算同樣也要使用ArcGIS軟件，以研究河流作為基準(zhǔn)，兩岸各五十米是緩沖區(qū)，再對植物面積進(jìn)行計(jì)算，與總面積比較獲得覆蓋度。

2.2 用最短距離聚類法進(jìn)行河流分類

根據(jù)相似性對事物進(jìn)行分類實(shí)際上是一種無監(jiān)督分類，其中涉及到多種類型，比如動態(tài)及圖論聚類。在河流分類中，對于系統(tǒng)聚類，不需要提前掌握分類結(jié)構(gòu)，可以將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，結(jié)合親疏關(guān)系進(jìn)行分類，而此次研究事先并不掌握應(yīng)分成幾類，也就是還不了解分類結(jié)構(gòu)，所以，系統(tǒng)聚類相對適用。因?yàn)槊恳活愔笜?biāo)存在不同的量綱，可采取標(biāo)準(zhǔn)化方式消除量綱，本研究選擇極差標(biāo)準(zhǔn)化方式。經(jīng)常使用的系統(tǒng)聚類一般有兩種，即直接與最短距離聚類。第一種聚類根據(jù)距離最短原則，結(jié)合順序選取分類目標(biāo)，按照分類狀況繪出聚類譜系圖，對于數(shù)據(jù)較多的樣本具有較好的適用性。第二種聚類基于m階距離矩陣，尋找dpq=min{dij}，把分類目標(biāo)歸為Gr，由drk=min{dpk，dqk}（k不等于p或者q）可以獲得各類和新類距離，進(jìn)而獲得（m-1）階距離矩陣，直至都合一，對于數(shù)據(jù)不多的樣本具有較好的適用性。顯而易見，第二種聚類方法更適合此次研究。

2.3 水污染和生態(tài)破壞特點(diǎn)解析及技術(shù)時序安排判別準(zhǔn)則

參考現(xiàn)有研究成果獲取劃分結(jié)果后，基于考察和統(tǒng)計(jì)資料，采集獲得指標(biāo)數(shù)據(jù)，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，選擇聚類方式對河流進(jìn)行分類[1]。按照可視化結(jié)果，根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)了解不同類型河流的特點(diǎn)，解析水生態(tài)環(huán)境問題。再基于各種水污染及生態(tài)破壞特點(diǎn)，思考不同類型河段應(yīng)該實(shí)施的治理及修復(fù)措施及制對策，同時要引入相關(guān)命名規(guī)則對不同類型河段進(jìn)行命名。按照水生態(tài)環(huán)境狀況，列出環(huán)保及生態(tài)修復(fù)舉措。根據(jù)實(shí)際情況，明確技術(shù)運(yùn)用的時間節(jié)點(diǎn)，再判定時序安排，其中涉及到多項(xiàng)判別準(zhǔn)則，比如需求性及可行性分析。對于技術(shù)適宜性研究：要結(jié)合氣候及地理要求，判斷是否適合這一區(qū)域，如果不適合則不考慮運(yùn)用；如果適合，則應(yīng)該深入分析是否運(yùn)用與何時運(yùn)用。對于需求性分析：一些技術(shù)既使適合、同時具體運(yùn)用中存在需求，也應(yīng)該進(jìn)行深入分析并明確時序安排。對不僅適合本地區(qū)運(yùn)用，還存在運(yùn)用需求的技術(shù)，要研究技術(shù)的成熟度：一些技術(shù)相對成熟，可以直接運(yùn)用，無論是處于中期還是前期，該類技術(shù)都有著較好的適用性；一些技術(shù)不夠成熟，則要等今后成熟后，在遠(yuǎn)期運(yùn)用。針對適宜運(yùn)用、存在需求同時相對成熟的技術(shù)，應(yīng)該結(jié)合經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行衡量：針對成本不高并且收益相對理想的技術(shù)，在前期運(yùn)用，及時獲取收益；針對所需成本投入相對突出的技術(shù)，在獲得初始效果的前提下，可以在中期開始運(yùn)用[2]。

3 河流流域分類情況以及各類河段特征解析與管制舉措

3.1 河流流域分類情況

聚類結(jié)果如圖1所示，控制子單元HY-1、2、3和HB-1、2等處在流域上游，人類活動帶來的影響較小、環(huán)境較好、系統(tǒng)抵抗力及可靠性相對突出，分成第一類，定為水源保護(hù)及生態(tài)保育區(qū)；控制子單元HHZ-1、2和DT-2、3等被農(nóng)林活動嚴(yán)重影響、具有污染及水土流失現(xiàn)象的分成第二類；控制子單元DT-4處在城鄉(xiāng)過渡帶、設(shè)施建設(shè)難以符合需求、工業(yè)污染突出、群眾環(huán)保意識不強(qiáng)的分成第三類；HZ-1大部分處在河流流域中游、核心產(chǎn)業(yè)是養(yǎng)殖業(yè)的分成第四類，作為養(yǎng)殖污染控制區(qū)；XN-1處在城市地區(qū)、被人們活動嚴(yán)重影響的分成第五類，作為管制和水體修復(fù)區(qū)[3]。

3.2 各類河段特征解析與管制舉措

第一類河段人為干擾不大，只存在少許的農(nóng)牧業(yè)污染源，選擇的管制舉措：水源地生態(tài)保育及環(huán)保。第二類河段化肥以及殺蟲劑等污染突出，選取的管制舉措：農(nóng)田節(jié)水，以廢水治理為中心。第三類河段工業(yè)污染突出、水體凈化率不高，選取的管理措施：以工業(yè)點(diǎn)源污染處理為主。第四類河段污染源是養(yǎng)殖中廢水的排放，選擇的管理舉措：對養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行科學(xué)劃分，同時引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)集中化，加強(qiáng)建設(shè)廢物治理設(shè)施。第五類河段存在很多問題，比如水體凈化能力沒有符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，有黑臭水體現(xiàn)象，選取的管制舉措：以雨污分流和修復(fù)整治為主，詳情見表1。

表1 不同河段特點(diǎn)分析與管制建議

4 各類河段治理和修復(fù)可選擇的技術(shù)以及技術(shù)適宜引入和運(yùn)用的時段

4.1 各類河段治理和修復(fù)可選擇的技術(shù)

第1類河段可以選擇的技術(shù)包括生態(tài)預(yù)警及保育技術(shù)、紅線與保護(hù)區(qū)劃定等。第2類河段可以選擇的技術(shù)包括尾水水量預(yù)測、對面源污染進(jìn)行管制、對水質(zhì)情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控及濕地與沉沙池凈化等。第3類河段可以選擇的技術(shù)包括水質(zhì)處理效率提升技術(shù)，借助人工濕地對污水進(jìn)行治理、通過物聯(lián)網(wǎng)來對偷排與漏排進(jìn)行監(jiān)督與管理、中水回用技術(shù)等。對于第4類河段可以選擇的技術(shù)包括對禁養(yǎng)區(qū)進(jìn)行劃定、生態(tài)保育與重金屬處理技術(shù)等。對于第5類河段可以選擇的技術(shù)包括中水回用以及雨污分流技術(shù)，CSO與過濾帶凈化等。適應(yīng)于研究區(qū)第一類河段的技術(shù)有：生態(tài)紅線和保護(hù)區(qū)劃定、生態(tài)保育以及預(yù)警技術(shù)等；適用于研究區(qū)第二類河段的技術(shù)有：灌溉節(jié)水，濕地與沉沙池凈化，水質(zhì)與水量預(yù)測技術(shù)以及實(shí)時監(jiān)控技術(shù)；適用于研究區(qū)第三類河段的技術(shù)有：中水回用以及污水治理等；適用于研究區(qū)第四類河段的技術(shù)有：生態(tài)紅線以及禁養(yǎng)區(qū)劃定、廢水治理與使用技術(shù)、重金屬處理等；適用于研究區(qū)第五類河段的技術(shù)有：黑臭水體治理，比如采取人工方式進(jìn)行增氧，CSO控制以及中水回用等。

4.2 技術(shù)適宜引入和運(yùn)用的時段

針對第一類河段，保護(hù)區(qū)及生態(tài)紅線的劃定、生態(tài)保育及預(yù)警技術(shù)適合地區(qū)的氣候與地理?xiàng)l件，同時存在需求，技術(shù)較為成熟且滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此在前期開始運(yùn)用。對于天地一體化監(jiān)管，契合地方氣候與地理情況同時存在需求、技術(shù)較為成熟卻不滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此在中期開始運(yùn)用。針對第二類河段，灌溉節(jié)水適合地方氣候與地理?xiàng)l件，同時存在需求、技術(shù)較為成熟滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此在前期開始運(yùn)用?；谖菜|(zhì)以及水量，預(yù)測和實(shí)時監(jiān)控技術(shù)契合地方氣候與地理情況，同時存在需求、技術(shù)較為成熟卻不滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此在中期開始運(yùn)用。沉淀池及濕地等凈化技術(shù)適合地方地理以及氣候條件，同時存在需求，但和地方具體結(jié)合度較低，因此在遠(yuǎn)期開始運(yùn)用。針對第三類河段，中水回用以及污水治理技術(shù)適合地方氣候以及地理?xiàng)l件，同時存在需求、技術(shù)較為成熟且滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此在前期開始運(yùn)用。物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管技術(shù)契合地方氣候與地理情況，同時存在需求、技術(shù)較為成熟卻不滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此在中期開始運(yùn)用。針對第四類河段，生態(tài)紅線以及禁養(yǎng)區(qū)劃定與生態(tài)保育，契合地方氣候與地理情況同時存在需求，技術(shù)較為成熟且滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此在前期開始運(yùn)用。廢水處理及所使用的技術(shù)適合地方氣候及地理?xiàng)l件，同時存在需求，技術(shù)較為成熟卻不滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此在中期開始運(yùn)用。重金屬處理契合地方氣候與地理情況并存在需求，預(yù)計(jì)今后養(yǎng)殖深入統(tǒng)一化后會發(fā)生相對突出的入河現(xiàn)象，目前問題較小，故而在遠(yuǎn)期開始運(yùn)用。針對第五類河段，水體處理以及中水回用適合地方氣候以及地理情況，同時存在著技術(shù)需求，技術(shù)較為成熟且有著較好的經(jīng)濟(jì)性，故而在前期開始運(yùn)用。CSO控制以及污水箱涵技術(shù)適合地方氣候以及地理情況，同時存在著技術(shù)需求、技術(shù)較為成熟但經(jīng)濟(jì)性較低，因此在中期開始運(yùn)用，CSO控制涉及到較多有關(guān)技術(shù)，無法實(shí)現(xiàn)一次性完成，應(yīng)該結(jié)合實(shí)況在遠(yuǎn)期應(yīng)用這些技術(shù)。管網(wǎng)破損檢測契合地方氣候以及地理情況，同時存在需要、但當(dāng)下并非嚴(yán)重問題，故而在遠(yuǎn)期開始運(yùn)用。

5 結(jié)語

以某一河流流域?yàn)槔?，基于?gòu)建河流分類方式，對多個子單元開展污染物特點(diǎn)分析，為更好地健全分類方法體系提供思路，為生態(tài)修復(fù)與河道治理等提供參考。將GDP以及COD承載率等作為指標(biāo)建立分類指標(biāo)體系，通過系統(tǒng)聚類把這些子單元分成多種流域類型。按照流域分類結(jié)果，分析不同河段的污染物特點(diǎn)，進(jìn)而根據(jù)地方實(shí)況提出治理以及修復(fù)措施，同時根據(jù)有關(guān)的命名規(guī)則對不同河流命名。根據(jù)決策樹判別準(zhǔn)則，以需求性以及可靠性分析為切入點(diǎn)，指明不同技術(shù)合適的引入和運(yùn)用時段。