丁金杰，楊志軒，趙海麗，唐 敏，胡巖江

(1.河南省安陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，河南 安陽 455000；2.安陽市生態(tài)環(huán)境局，河南 安陽 455000 )

前 言

水環(huán)境作為影響社會和經(jīng)濟發(fā)展的基本要素，其承載力及狀態(tài)對區(qū)域發(fā)展起著至關重要的作用[1-2]。安陽市既是一個典型的工業(yè)城市又是一個資源型缺水城市，全市畝均水資源占有量351m3，為全國平均水平的1/5，人均水資源占有量245m3，僅為全國平均水平的1/10[3-4]，水環(huán)境壓力較大。安陽市共有主要河流11條，按照平均綜合污染指數(shù)進行綜合評價，2020年湯河綜合排名為第10名，且第二次污染源普查結果顯示湯河是安陽市的主要污染河流之一，尤其是湯河湯陰縣段工業(yè)源污染物排放的總磷、化學需氧量、總氮、氨氮入衛(wèi)河量占總工業(yè)源入衛(wèi)河量的比例均超過50%[5-6]，對安陽市整體水環(huán)境質(zhì)量影響較大，因此對湯河水環(huán)境質(zhì)量進行全面深入的分析，并提出有針對性的治理對策具有迫切性和現(xiàn)實意義。

本文依據(jù)2012至2020年湯河水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，結合第二次全國污染源普查數(shù)據(jù)計算湯河水環(huán)境承載力指數(shù)，運用單因子評價、平均綜合污染指數(shù)、秩相關系數(shù)等方法對湯河水環(huán)境質(zhì)量變化趨勢、水環(huán)境承載力狀態(tài)、主要污染因子及入湯河的工業(yè)廢水特征、主要污染物及水質(zhì)變化趨勢進行系統(tǒng)分析，為進一步加強區(qū)域精準治污，建立湯河水環(huán)境承載力監(jiān)測預警長效機制提供技術服務和指導。

1 概況及研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

湯河起源于河南省鶴壁市牟山山麓，向東流貫安陽市湯陰縣域，于湯陰縣任固鎮(zhèn)東南注入衛(wèi)河，河流具體位置詳見圖1。湯河全長69.2km，其中湯陰縣域內(nèi)河段長51.2km，總流域面積1190km2[7-8]；其中湯陰縣內(nèi)的永通河為湯河最主要的分支，為湯陰縣納污河且季節(jié)性明顯，通常年份冬春干旱，夏季洪水季節(jié)流量增大；湯河流域屬溫帶大陸性氣候區(qū)，多年平均氣溫13.50℃。多年平均降雨量594.80 mm，降水年內(nèi)分布極不均勻，多集中在6～8月份，占全年降雨量的63.50%，且年際變化大，具有連續(xù)干旱與連續(xù)豐水的特點[9]。

圖1 河南省湯河地理位置分布圖Fig.1 Geographical distribution map of Tanghe river in Henan Province

1.2 數(shù)據(jù)來源及評價因子

文章以2012～2020年安陽市地表水手工監(jiān)測數(shù)據(jù)及2017年453家安陽市第二次全國污染源普查排污企業(yè)的普查數(shù)據(jù)為依據(jù)。水質(zhì)評價因子為《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項。

表1 安陽市河流斷面布設分布表Tab.1 Layout and distribution of river sections in Anyang city

1.3 評價斷面

選取湯河北莊、湯河水庫、湯河石辛莊3個斷面開展湯河水質(zhì)及趨勢分析；選取24個斷面開展安陽市河流水環(huán)境質(zhì)量評價，斷面布設詳見表1。其中除金堤河(大韓橋斷面)屬于黃河流域，其余河流均匯入衛(wèi)河屬海河流域，安陽市入衛(wèi)河的地表水河流監(jiān)測斷面分布情況見圖2。

圖2 安陽市主要河流及監(jiān)測斷面分布簡圖Fig.2 Distribution diagram of main rivers and monitoring sections in Anyang city

1.4 水質(zhì)評價方法

1.4.1 單項因子評價

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)對參與評價的因子進行類別評價，同一因子不同類別標準值相同時，從優(yōu)不從劣[10]。

1.4.2 綜合評價

采用河流平均綜合污染指數(shù)進行綜合評價，平均綜合污染指數(shù)主要用于同一評價范圍內(nèi)不同時段的環(huán)境質(zhì)量整體變化趨勢分析，或同一評價時段內(nèi)同級評價范圍之間的環(huán)境質(zhì)量狀況(或污染程度)的比較。指數(shù)數(shù)值越大，表示污染程度越嚴重，環(huán)境質(zhì)量較差；反之指數(shù)數(shù)值越小，表示污染程度較輕，環(huán)境質(zhì)量較好[11-12]。計算方法見公式(1)。

(1)

公式中：

P-區(qū)域(或河流)平均綜合污染指數(shù)；

Pj-第j個斷面的平均綜合污染指數(shù)；

Pi-第i個因子的污染指數(shù)；

Ci-第i個因子的年平均濃度值；

Si-第i個因子的評價標準值；

m-區(qū)域內(nèi)的監(jiān)測斷面數(shù)；

n-評價因子數(shù)。

1.4.3 趨勢分析

采用Daniel的Spearman秩相關系數(shù)法[13-14]對安陽市地表水污染物變化趨勢進行分析檢驗，計算方法見公式(2)。秩相關系數(shù)rs的正負分別表示污染的增長和下降，其絕對值的大小表示變化的強度。將秩相關系數(shù)rs的絕對值同Spearman秩相關系數(shù)統(tǒng)計表中的臨界值Wp(當顯著性水平為0.05，N=5時，Wp=0.9；N=9時，Wp=0.6)進行比較。如果當∣rs∣≥Wp則表明變化趨勢有顯著意義，反之無顯著意義。

(2)

公式中：

rs-秩相關系數(shù)；

N-時間周期總數(shù)；

Xi-污染物從小到大排列的序號；

Yi-按時間順序排列的序號；

di-變量Xi和變量Yi的差值。

1.4.4 承載力指數(shù)計算

水環(huán)境承載力評價指標體系包括水質(zhì)時間達標率和水質(zhì)空間達標率兩個評價指標，反映評價區(qū)域內(nèi)水質(zhì)在時間和空間尺度上的達標情況。參照2020年10月，生態(tài)環(huán)境部印發(fā)的《關于開展水環(huán)境承載力評價工作的通知》(環(huán)辦水體函〔2020〕538號)中的《水環(huán)境承載力評價方法(試行)》，開展安陽市水環(huán)境承載能力現(xiàn)狀評價。

(1)水質(zhì)時間達標率(A1)定義：反映評價區(qū)域內(nèi)水質(zhì)在時間尺度上的達標情況，是所有斷面(點位)水質(zhì)時間達標率的算術平均值。斷面(點位)水質(zhì)時間達標率指在一年內(nèi)不同時期水質(zhì)達標次數(shù)占總監(jiān)測次數(shù)的百分比。

(2)水質(zhì)空間達標率(A2)定義：反映評價區(qū)域內(nèi)水質(zhì)在空間尺度上的達標情況，指區(qū)域內(nèi)年度達標斷面(點位)個數(shù)占斷面(點位)總個數(shù)的百分比。

(3)水環(huán)境承載力指數(shù)(Rc)的計算方法見公式(3)。

(3)

公式中：A1：水質(zhì)時間達標率；A2：水質(zhì)空間達標率。

水環(huán)境承載力指數(shù)越大，表明區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)對社會經(jīng)濟系統(tǒng)支持能力越強。根據(jù)評價區(qū)域水環(huán)境承載力指數(shù)大小，將評價結果劃分為超載、臨界超載、未超載三種類型。當Rc<70時，判定該區(qū)域為超載狀態(tài)；當70≤Rc<90時，判定該區(qū)域為臨界超載狀態(tài)；當Rc≥90時，判定該區(qū)域為未超載狀態(tài)[15]。

2 結果與討論

2.1 湯河水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

2.1.1 水質(zhì)綜合評價

2020年，湯河水質(zhì)類別符合Ⅳ類，水質(zhì)狀況為輕度污染；北莊、湯河水庫、石辛莊3個斷面水質(zhì)類別分別符合Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類，水質(zhì)狀況分別為良好、輕度污染、中度污染。平均綜合污染指數(shù)為0.379，在安陽市11條河流水質(zhì)綜合評價中水質(zhì)僅好于硝河，為第10名。詳見圖3。

圖3 2020年安陽市地表水河流水質(zhì)狀況圖Fig.3 Water quality chart of surface rivers in Anyang city in 2020

2.1.2 主要污染因子評價

以《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838-2002)Ⅲ類標準評判，2020年湯河21項因子的年均濃度值中生化需氧量超0.1倍、化學需氧量超標0.1倍；90百分位值中溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)(超標0.2倍)、生化需氧量(超標1.3倍)、氨氮(超標0.4倍)、化學需氧量(超標0.6倍)、總磷(超標0.3倍)共6項因子超標，其余15項因子均未超標；單月超標因子主要為化學需氧量、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、溶解氧、總磷、石油類7項因子。數(shù)據(jù)詳見表2。

2.2 湯河水環(huán)境質(zhì)量變化趨勢

2.2.1 湯河“十三五”水環(huán)境質(zhì)量

“十三五”期間，湯河整體水質(zhì)符合Ⅴ類，為中度污染，綜合污染指數(shù)的秩相關系數(shù)為0.08，基本保持穩(wěn)定，但自2018年起水質(zhì)類別由劣Ⅴ類(重度污染)轉為Ⅳ類(輕度污染)。變化趨勢見圖4。

2.2.2 湯河“十三五”與“十二五”水環(huán)境質(zhì)量變化

與“十二五”相比，湯河水質(zhì)平均綜合污染指數(shù)的秩相關系數(shù)為-0.4，呈不顯著趨勢下降趨勢，但“十二五”其間湯河水質(zhì)均為劣Ⅴ類，水質(zhì)狀況為重度污染；進入“十三五”后，水質(zhì)逐漸有所改善，到2018年起水質(zhì)類別由劣Ⅴ類轉為Ⅳ類，由重度污染轉為輕度污染。詳見圖5。

2.3 湯河水環(huán)境承載力分析

參照《水環(huán)境承載力評價方法(試行)》，對安陽市主要的8條河流進行承載力評價，每條河流選取斷面見表1，結果顯示，2020年安陽市8條主要河流承載力整體水平較好，河流水環(huán)境承載力指數(shù)平均值為95.9，屬于未超載狀態(tài)；其中除安陽河屬臨界超載狀態(tài)外，其余主要7條河流均屬未超載狀態(tài)。尤其是湯河2020年水環(huán)境承載力雖然屬未超載狀態(tài)，但湯河水環(huán)境質(zhì)量仍不穩(wěn)定，與2019年相比，由臨界超載狀態(tài)轉為未超載狀態(tài)。詳見圖6。

3 污染原因分析

3.1 工業(yè)廢水排放量分析

安陽市是重要的工業(yè)城市，本地污染源排放較高，工業(yè)廢水排放量主要集中在殷都區(qū)(占33.0%)、龍安區(qū)(占18.0%)、湯陰縣(占17.9%)、滑縣(占16.4%)，但化學需氧量、氨氮、總磷、總氮4項主要污染因子均集中在湯陰縣。湯陰縣化學需氧量排放量占工業(yè)源總排放量的41.9%，氨氮排放量占工業(yè)源總排放量的34.2%，總磷排放量占工業(yè)源總排放量的40.3%；總氮排放量占工業(yè)源總排放量的36.9%。詳見表3。

表3 安陽市第二次全國污染源普查工業(yè)廢水排放占比統(tǒng)計表 Tab.3 Proportion of industrial waste discharge in the Second National Pollution Source Survey in Anyang city

3.2 工業(yè)廢水入河分布特征

安陽市的工業(yè)源化學需氧量入黃河的量占29.2%，入衛(wèi)河的量占70.8%；氨氮入黃河的量占32.9%，入衛(wèi)河的量占66.1%；總氮入黃河的量占32.8%，入衛(wèi)河的量占63.3%；總磷入黃河的量占45.1%，入衛(wèi)河的量占54.9%。而入衛(wèi)河的支流排放量主要集中在湯河，湯河排入衛(wèi)河的總磷量占總入衛(wèi)河量的73.3%，化學需氧量占總入衛(wèi)河量的57.7%，總氮占總入衛(wèi)河量的54.6%，氨氮占總入衛(wèi)河了的50.5%。詳見表4。

表4 安陽市工業(yè)源主要污染物入衛(wèi)河的量比例統(tǒng)計表Tab.4 statistics of the proportion of major pollutants from industrial sources into Weihe River in Anyang City

4 結論及建議

“十三五”期間湯河整體水質(zhì)符合Ⅴ類，為中度污染，超標因子主要為化學需氧量、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)；與“十二五”相比，湯河水質(zhì)綜合污染指數(shù)呈不顯著下降趨勢，但“十二五”其間湯河水質(zhì)均為劣Ⅴ類，水質(zhì)狀況為重度污染；進入“十三五”后，水質(zhì)逐漸有所改善，自2018年起水質(zhì)類別由劣Ⅴ類轉為Ⅳ類，由重度污染轉為輕度污染；湯河水環(huán)境承載力也由2019年的臨界超載狀態(tài)轉為2020年的未超載狀態(tài)。這主要是因為安陽市實施南水北調(diào)水入湯河、湯河水入永通河的生態(tài)調(diào)水工程，2017年以來，共調(diào)入河南水北調(diào)水量5358.53余萬m3，其中2020年生態(tài)調(diào)水1614.45萬m3。為改善湯永河水環(huán)境質(zhì)量，實施湯永河系統(tǒng)治理工程，共投資1.9億元對湯河、永通河18km河道實施清障清淤、岸坡整治、加固堤防工程，但湯河環(huán)境質(zhì)量仍不穩(wěn)定，持續(xù)改善壓力較大：

(1)上游水質(zhì)不能穩(wěn)定達標。2020湯河北莊斷面水質(zhì)類別為Ⅲ類，逐月水質(zhì)在Ⅲ～劣Ⅴ類之間波動。上游省控斷面鶴壁耿寺2015～2020年逐月水質(zhì)不能穩(wěn)定達到Ⅴ類。

(2)河流上游斷流，下游水體渾濁，生態(tài)功能退化，造成水體自凈作用明顯下降。2020年湯河石辛莊斷面共出現(xiàn)4次斷流，水質(zhì)在Ⅲ～劣Ⅴ之間波動。且湯河目前仍為無源河，水資源匱乏，上游省控斷面鶴壁耿寺段水體明顯發(fā)生渾濁，水生生物減少。

(3)存在水污染風險隱患。湯河上游分布有化工園區(qū)，城鎮(zhèn)污水收集系統(tǒng)不健全，但污水收集率仍不足70%，且企業(yè)由于管網(wǎng)不配套，不能正常運行。

建議“十四五”期間，為提高湯河水環(huán)境承載能力，改善水環(huán)境容量，提出以下建議：

(1)加強源頭治理，提升尾水水質(zhì)。加強重點行業(yè)企業(yè)監(jiān)督管理，加強園區(qū)納管企業(yè)排水管理，減少對集中式污水處理廠的運行沖擊，強化園區(qū)內(nèi)污水集中處理設施的運維監(jiān)管。實施污水處理廠尾水濕地建設，進一步提升污水處理廠尾水水質(zhì)。

(2)提高再生水回用率，加快水系連通建設。建設再生水回用系統(tǒng)，增加污水回用量，在保障基本生態(tài)用水的前提下，通過水源置換等工程，向湯河補水，推進湯河與其支流等水系連通生態(tài)修復補水工程，逐步恢復上游河段水量。

(3)開展湯河及其支流生態(tài)修復。開展湯河的生態(tài)修復，在湯河水庫入口種植喬木、灌木、草本類等植物形成生態(tài)隔離帶；加強水源涵養(yǎng)，通過湯河濕地生態(tài)保育，推進生態(tài)環(huán)境補償機制，構建沿河生態(tài)綠化景觀帶，提高環(huán)境容量[16]。