陳樹沛 ，譚光輝

(江門市新會區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 江門 529100)

引 言

隨著我國社會和經濟的迅速發(fā)展，越來越多的工業(yè)廢水與生活污水流入城市水體中，導致黑臭水體現(xiàn)象越發(fā)普遍。2022年4月住房和城鄉(xiāng)建設部、生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展改革委、水利部聯(lián)合印發(fā)了《深入打好城市黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)實施方案》，可見黑臭水體治理在十四五期間一個重要的任務[1]。經濟發(fā)展快速的廣東珠三角地區(qū)水網交集，其中黑臭水體因流經區(qū)域對象眾多，有著其特殊性和復雜性[2]。目前研究珠三角城區(qū)黑臭水體的文獻主要針對治理效果的較多[3～6]，詳細對水質狀況及污染特征進行分析，探究黑臭水體形成原因的文章較少。

英洲海水道是廣東省江門市新會區(qū)主城區(qū)內一條重要的內河，起點位于會城街道大滘村下淺水閘，由北向南流經會城街道的大滘村、東甲村、西甲村、梅江村、茶坑村、天馬村、新會經濟開發(fā)區(qū)，從茶坑村沙尾處匯入潭江，干流全長12.15km。隨著經濟和社會發(fā)展，因為城區(qū)環(huán)境基礎設施老舊和城市管理不足，越來越多的生活污水、農業(yè)污水以及部分工業(yè)污水排入河涌，使得英洲海城區(qū)段出現(xiàn)季節(jié)性或終年黑臭現(xiàn)象，2018年5月被列入江門市黑臭水體治理清單。本研究通過對2019～2020年英洲海城區(qū)段黑臭水體進行監(jiān)測并對污染程度進行判定，分析水體時空變化特征，聯(lián)合運用相關性分析和主成分分析法對水體狀況進行研究，探究黑臭水體成因。掌握水體水質狀況和污染特征是進行水體治理的前提，本研究可為管理部門今后英洲海城區(qū)段黑臭水體的治理提供技術支撐和科學依據，亦為珠三角地區(qū)黑臭水體研究提供有效參考。

1 研究內容與方法

1.1 研究區(qū)域概況

江門市新會區(qū)地處廣東省珠三角地區(qū)，作為新會區(qū)中心的會城街道其建成區(qū)面積約40.43km，戶籍人口約28萬人(見圖1)。英洲海水道城區(qū)段起點為大滘沖與會城河交匯處，終點在南車路以北、廣雅學校附近。干流長約9km，含支流總長約18km，河面面積約0.2721km2，主要分為西荷里、城南沖支流、梅江環(huán)村河支流、東甲河、東甲老圍沖支流、大滘河、沙氣口-深沖河等七個部分。

圖1 江門市新會區(qū)會城街道建成區(qū)地理位置圖Fig.1 Geographical location map of Huicheng Street，Xinhui District，Jiangmen City

1.2 監(jiān)測數(shù)據來源

1.2.1 監(jiān)測點位設置

結合英洲海城區(qū)段現(xiàn)場實際狀況，根據《城市黑臭水體整治工作指南》的采樣原則，主要對其深沖河支流、城南沖支流、梅江環(huán)村河支流、東甲老圍沖支流、大滘沖和西荷里支流等六個主要支流進行監(jiān)測，共布設13個監(jiān)測點位(參見表1和圖2)。

表1 英洲海城區(qū)段黑臭水體監(jiān)測點位Tab.1 Monitoring sites of black-odorous water in Urban Section of Yingzhouhai river

圖2 英洲海城區(qū)段黑臭水體監(jiān)測點位圖Fig.2 Monitoring Site Map of black-odorous water in Urban Section of Yingzhouhai river

1.2.2 監(jiān)測項目和采樣頻率

本輪監(jiān)測時間為2019年與2020年，共24個月；監(jiān)測頻次均為2次/月(每2周一次)。根據《城市黑臭水體整治工作指南》要求，本次監(jiān)測項目為透明度、溶解氧、氧化還原電位、氨氮共4項，具體監(jiān)測分析方法見表2。

表2 監(jiān)測分析方法與檢出限Tab.2 Monitoring analysis method and detection limit

1.3 研究方法

目前，我國城市內河黑臭河道的評判主要依據《城市黑臭水體治理工作指南》中的城市黑臭水體污染程度分級標準，其以上述四個指標為主要判定和分級可分為：不黑不臭、輕度黑臭和重度黑臭，具體指標要求見表3。

表3 城市黑臭水體污染分級標準Tab.3 Classification standards for urban black-odorous water Pollution

本研究根據獲得的監(jiān)測數(shù)據對英洲海城區(qū)段黑臭水體程度進行分級判定，分析四個指標的時空變化情況和水質變化狀況。作為多元統(tǒng)計的常用分析方法，相關性分析可以衡量兩個或多個變量之間相關程度，而主成分分析法把多個變量線性變換從而選出重要影響變量[8-9]。通過斯皮爾曼(Spearman)相關性統(tǒng)計學方法對英洲海城區(qū)段各個監(jiān)測指標之間進行分析，研究相互關系，并結合主成分分析找出主要的影響指標，避免主觀臆斷，從而可以了解英洲海城區(qū)段黑臭水體水質的變化機理。

2 結果與討論

2.1 監(jiān)測結果

根據各斷面每月數(shù)據匯總處理，得出英洲海城區(qū)段主要監(jiān)測河段水質監(jiān)測結果如表4所示。

表4 新會區(qū)英洲海城區(qū)段黑臭水體2019～2020年水質統(tǒng)計Tab.4 Water quality statistics of urban black-odorous water in Yingzhouhai river section of Xinhui District from 2019 to 2020

2.2 英洲海城區(qū)段黑臭水體水質狀況

由圖3～圖7可知，英洲海城區(qū)段各監(jiān)測河段水質總體表現(xiàn)為2020年優(yōu)于2019。除了大滘沖和西荷里支流2020年氧化還原電位年均值降低外，監(jiān)測河段的透明度、溶解氧和氧化還原電位總體逐步增加，氨氮逐漸降低。在六個監(jiān)測河段中，大滘沖水質相對較好，其后依次為深沖河、城南沖支流、東甲老圍沖支流、西荷里支流和梅江環(huán)村河支流。

圖3 英洲海城區(qū)段各監(jiān)測河段透明度年變化對比Fig.3 Comparison of annual variation of transparency in each monitoring section of Urban Section of Yingzhouhai river

圖4 英洲海城區(qū)段各監(jiān)測河段溶解氧年變化對比Fig.4 Comparison of annual variation of dissolved oxygen in each monitoring section of Urban Section of Yingzhouhai river

圖5 英洲海城區(qū)段各監(jiān)測河段氧化還原電位年變化對比Fig.5 Comparison of annual variation of oxidation-reduction potential in each monitoring section of Urban Section of Yingzhouhai river

圖6 英洲海城區(qū)段各監(jiān)測河段氨氮年變化對比Fig.6 Comparison of annual variation of ammonia nitrogen in each monitoring section of Urban Section of Yingzhouhai river

圖7 英洲海城區(qū)段各監(jiān)測河段監(jiān)測指標改善率Fig.7 The improvement rate of monitoring indexes of each monitoring river section in Urban Section of Yingzhouhai river

2.3 英洲海城區(qū)段黑臭水體時空變化特征

2.3.1 溶解氧的變化

溶解氧總體表現(xiàn)上為汛期大于非汛期，空間上為上游優(yōu)于下游。英洲海城區(qū)段水體2019～2020年各采樣點溶解氧平均值范圍為1.5～4.0mg/L，其中2019年全年平均值范圍為1.5～4.0mg/L，2020年全年平均值范圍為2.3～4.0mg/L，2020年年均值為3.1mg/L，優(yōu)于2019年年均值2.4mg/L。其中除大滘沖兩年溶解氧均超過Ⅳ類標準(3mg/L)外，2019年其他河段均在Ⅳ類標準以下，而隨著一系列整治工作的開展，到2020年除了城南沖支流和西荷里支流，其他河段可以達到Ⅳ類標準。

2.3.2 氨氮濃度分布特征

英洲海城區(qū)段氨氮空間上為上游優(yōu)于下游。濃度2019年全年平均值范圍為1.96～11.8mg/L，年均值為7.89mg/L。除大滘沖外，其他的河段均高于2mg/L(V類水質標準限值)，總體表現(xiàn)為非汛期氨氮高于汛期，表明汛期水量的增大對水中污染物存在一定稀釋作用。而2020年氨氮濃度較2019年有較明顯降低，全年平均值范圍為2.00～8.55 mg/L，年均值為5.43mg/L。但除大滘沖外，其他的河段仍均高于V類水質標準限值。城南沖支流和東甲老圍沖支流降幅較為明顯。

2.3.3 透明度變化特征

兩年內各河段透明度總體數(shù)值以及汛期影響相差程度不明顯；2019年全年透明度平均值范圍為30～33cm，而2020年全年透明度平均值范圍為32～42cm，較2019年有所提高。

2.3.4 氧化還原電位變化特征

2019年全年氧化還原電位平均值范圍為-6～85mV，2020年全年氧化還原電位平均值范圍為14～78mV，總體優(yōu)于2019年。除了大滘沖和西荷里支流2020年年均值降低外，其他河段均上升?？傮w均值上，大滘沖相對較高，其次為深沖河支流、東甲老圍沖支流和西荷里支流，再次到城南沖支流以及梅江環(huán)村河支流；空間上為上游優(yōu)于下游，汛期氧化還原電位高于非汛期。

2.4 英洲海城區(qū)段黑臭水體評價分析

新會區(qū)城市管理和綜合執(zhí)法局于2019年制定了英洲海水道(城區(qū)段)黑臭水體綜合整治工作方案并開始實施相關工作，完成了一系列黑臭水體整治任務。2020年以來，新會英洲海項目新建管網約14.5km，新建管網截流污水量約3500t/d，改造排水口648個。重點對英洲海水道(城區(qū)段)實施了清淤疏浚治理，并開展英洲海水道(城區(qū)段)堤圍維修養(yǎng)護和修復改造。利用河道周邊水系，合理調配江門水道水資源進入英洲海進行生態(tài)補水。以《城市黑臭水體治理工作指南》黑臭水體污染程度分級為標準，根據2019～2020年英洲海城區(qū)段6個監(jiān)測河段逐次水質數(shù)據為依據，各河段黑臭狀況評價見表4。從表中可以發(fā)現(xiàn)，大滘沖和深沖河支流是6個監(jiān)測河段中較好的，兩年都維持“不黑不臭”，而東甲老圍沖支流從2019年的“輕度黑臭”向“不黑不臭”改善，城南沖支流、梅江環(huán)村河支流和西荷里支流則一直維持在“輕度黑臭”。

統(tǒng)計各年度黑臭狀況發(fā)生概率見表5。隨著治理工作的開展，相比2019年，經過系列“行政措施+工程措施”，2020年“重度黑臭”的發(fā)生概率已經降低，大部分河段的“不黑不臭”情況發(fā)生幾率增大，但距離消除黑臭水體這一目標仍有一定差距。為保證治理效果的持續(xù)性，還需對英洲海城區(qū)段進行長期管控[10]。

表5 英洲海城區(qū)段6個監(jiān)測河段黑臭狀況概率Tab.5 Probability of black-odorous conditions of 6 monitoring sections in Urban Section of Yingzhouhai river (%)

2.4 英洲海城區(qū)段黑臭水體環(huán)境因素分析

2.4.1 相關性分析

把將氧化還原電位、透明度、溶解氧和氨氮濃度4個指標，分別與黑臭狀況進行相關性分析。數(shù)據分析前用峰度系數(shù)(Kurtosis和Skewness)方法檢驗其是否滿足正態(tài)分布。經正態(tài)性檢驗顯示，氧化還原電位、透明度、溶解氧、氨氮濃度和黑臭狀況不符合正態(tài)分布，故采用斯皮爾曼(Spearman)相關系數(shù)法對英洲海城區(qū)段黑臭水體各監(jiān)測指標之間進行相關性分析。如果Spearman相關系數(shù)為正，則兩者呈正相關；否則，兩者為呈負相關。相關系數(shù)的絕對值越大，明兩者的相關性越強。結果如表6所示。

表6 英洲海城區(qū)段黑臭水體監(jiān)測指標之間的Spearman相關系數(shù)Tab.6 Spearman correlation coefficient among monitoring indexes of black-odorous water in Urban Section of Yingzhouhai river

從表6統(tǒng)計結果可知：

(1)河段的透明度、溶解氧、氧化還原電位與氨氮濃度呈顯著負相關，顯著性水平較高。一般認為，水中氨氮等污染物濃度降低，水體向好發(fā)展，水體透明度會增大。氨氮作為水體污染物，其消耗分解取決與水中的溶解氧多少和水中其他物質的影響。溶解氧高，微生物好氧活動活躍，氨氮分解較快[11]。而氧化還原電位對微生物的生長繁殖及存活有很大影響[12]，隨著氧化還原電位的降低，各種微生物的活性隨之發(fā)生改變，一般最先表現(xiàn)為氮呼吸，產生氨氮、亞硝酸鹽。

(2)氧化還原電位、透明度與溶解氧呈顯著正相關，其中溶解氧與氧化還原電位顯著性水平較高，可知測量河流的氧化還原電位可以反映水中溶解氧的變化，從中了解水體污染狀態(tài)。水中溶解氧增加，水體中微生物在好氧環(huán)境下加快對污染物的消耗，一定程度可以增加水體的能見程度。另外，水的溶解氧含量在一定條件下對氧化還原電位有直接影響：當溶解氧增加時，氧化還原電位也隨之變大，當溶解氧減少時，氧化還原電位變小。水體中氧化還原電位值高，說明水中溶解氧充足[13]。在好氧微生物的作用，河流與底泥中的有機物分解為氨氮，并進一步轉變成硝酸鹽和亞硝酸鹽，水中含硫物質也轉化為硫酸根離子等氧化態(tài)，河流水質和底質良好[14]。反之，當氧化還原電位值低時，厭氧微生物起主導作用，消耗大量氧氣，降低河水含氧量，使得河中污染物以亞硝酸鹽、硫化氫、亞鐵態(tài)和甲烷等形式存在大量積聚，底泥逐漸黑化，水質也隨之惡化。

(3)透明度、溶解氧、氧化還原電位、氨氮濃度均與黑臭狀況的顯著性水平均較高。其中氧化還原電位、溶解氧、氨氮濃度與河道黑臭狀況關聯(lián)性較明顯，而透明度則相對另外三個指標顯得相關性較弱。其中，透明度、溶解氧、氧化還原電位與河流黑臭情況呈負相關：透明度、溶解氧、氧化還原電位越低，河流黑臭情況更厲害。而河流黑臭狀況與水中氨氮相關系數(shù)最高，說明氨氮濃度對河道黑臭狀況的影響最大；其相關系數(shù)呈正相關，氨氮增加，河流容易變黑臭。因此，在清除黑臭水體時應注意采取更多的生態(tài)修復措施降低氨氮濃度[13]。

2.4.2 主成分分析結果

通過對4個指標的數(shù)據進行標準化處理，達到消除數(shù)據間不同數(shù)量級和量綱的影響。

由表7可知,KMO統(tǒng)計量為0.673(>0.500),Bartlett球形檢驗值小于0.001，表明獨立變量存在相互關系，主成分分析法有較好的適用性，研究數(shù)據符合主成分分析的要求[15]。相關系數(shù)矩陣(表8)反映出大部分監(jiān)測指標間的相關系數(shù)大于0.3，可見透明度、溶解氧、氧化還原電位、氨氮四個之間具有一定關聯(lián)性，適合進行因子分析。根據主成分分析結果計算得出四個監(jiān)測指標的權重為：氨氮0.31、氧化還原電位0.28、溶解氧0.27、透明度0.14?？芍?，4個監(jiān)測指標在黑臭水體評價中的作用依次為：氨氮>氧化還原電位>溶解氧>透明度，氨氮是最主要的污染指標，為限制性因子，而氧化還原電位和溶解氧次之，這個也印證了相關性分析的結論。

表7 KMO 和Bartlett 檢驗Tab.7 KMO and Bartlett tests

表8 成份得分系數(shù)矩陣Tab.8 Component score coefficient matrix

2.5 英洲海城區(qū)段黑臭水體成因分析

2.5.1 城市黑臭水體污染源排放

通過上述相關性分析與主成分分析可知，英洲海城區(qū)段黑臭狀況與水中氨氮相關系數(shù)最高，氨氮是最主要污染指標；而水中氨氮主要由于沿程污水的匯入導致。從現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)，英洲海城區(qū)段沿河部分生活污水、農業(yè)污水會直排入河，這些污水中普遍含有氮、磷和有機污物，這也印證了監(jiān)測期間水中氨氮較高，是黑臭水體指標的限制性因子。珠三角地區(qū)黑臭水體污染源一般分布廣且無序分散，沿程居民區(qū)特別城中村、老街巷等的建筑雜亂分布，污水收集困難，截污管道施工實施條件受限，導致排水系統(tǒng)雨污分流不徹底。外源性污染物消耗河流中溶解氧，水體最后變?yōu)閰捬趸蛉毖跚闆r[16]。可見從源頭對進入水體的污染物進行控制，控源截污是最基本的治理措施。

2.5.2 底泥內源污染物釋放

由于河道自然流動、人類各種活動等外部干擾和一系列復雜的物理、化學和微生物作用，沉積在城區(qū)段的底泥會再懸浮，其中污染物發(fā)生轉變，溶解釋放回水體中，造成二次污染。此外，大量底泥為微生物生長繁殖提供了良好的生存基質和空間，放線菌等微生物通過新陳代謝使底泥發(fā)生甲烷化、反硝化等一系列反應，產生的氣體又使得底泥進一步浮起，使水體發(fā)黑發(fā)臭[17]。例如在調查期間，城南沖支流和梅江環(huán)村河支流水體渾濁發(fā)黑區(qū)域都有較明顯冒氣泡現(xiàn)象，還不時散發(fā)臭味。而監(jiān)測數(shù)據也發(fā)現(xiàn)這些河段的氧化還原電位相對較低，水體處于厭氧狀態(tài)，水體和底質惡化，這提醒我們日常要注意定期對河道進行輪浚清淤。

2.5.3 水體流動性差

由于新會區(qū)地勢平緩，河道坡度小，部分支流河段如東甲老圍沖支流等水量少，水體流動性較低，泥沙容易沉積導致河床升高，使得水循環(huán)不良。調查發(fā)現(xiàn)部分河段中人為設置了一些閘門之類的構筑物也切斷了水體的自然循環(huán)，河內水流緩慢。污染物隨著時間的推移而發(fā)生積累，進一步削弱了水體自我凈化能力，加劇了黑臭水體發(fā)生的機會。未來應在條件合適情況下，減少構筑物對水體流動的阻礙，引入活水，使河道水流處在自流狀態(tài)，增強水體復氧能力。

2.5.4 部分河段硬質化

英洲海為城區(qū)重要的雨水和防洪排澇通道，不少河段采用混凝土、漿砌塊石等材料進行了硬質化護岸處理以提高抗沖刷能力。例如深沖河兩側以硬質護岸為主，這也是不少城市常見的處理方法。但材料的阻滲功能會一定程度隔絕了水體和外界的交換聯(lián)系，這在一定程度上破壞了城市河道生態(tài)環(huán)境，不利于水體自凈和生態(tài)系統(tǒng)的自我恢復。與此不同的是大滘沖，其是各河段相對兩岸人為改變較少的，兩岸原生態(tài)維持較多。對比監(jiān)測數(shù)據可以發(fā)現(xiàn)，大滘沖的溶解氧和氧化還原電位比深沖河要高，水中氨氮相對較低。后續(xù)在治理上可以通過植草溝、生態(tài)護岸、透水磚等生態(tài)措施，對硬化河岸進行生態(tài)化改造，恢復岸線生態(tài)功能。

3 結 論

(1)隨著一系列“行政措施+工程措施”的整治工作的開展，英洲海城區(qū)段各監(jiān)測河段水質總體表現(xiàn)為2020年優(yōu)于2019：除了大滘沖和西荷里支流2020年氧化還原電位年均值降低外，監(jiān)測河段的透明度、溶解氧和氧化還原電位總體逐步增加，氨氮逐漸降低。2020年“重度黑臭”的發(fā)生概率已經降低，大部分河段的“不黑不臭”情況發(fā)生幾率增大。

(2)河段空間上為上游水質優(yōu)于下游，透明度、溶解氧、氧化還原電位與氨氮濃度呈顯著負相關，溶解氧與氧化還原電位、透明度與溶解氧呈顯著正相關。透明度與河道黑臭的相關關系相對另外三個指標較弱，氧化還原電位、溶解氧、氨氮濃度與河道黑臭狀況均有較高的相關關系。

(3)4個監(jiān)測指標在黑臭水體評價中的作用依次為：氨氮>氧化還原電位>溶解氧>透明度，氨氮濃度對河道黑臭狀況的影響最大?？梢姾恿髦苓吷钗鬯?、農業(yè)污水是導致黑臭水體形成的一個主要原因。

(4)現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)河道底泥的內源污染物釋放、河段人工構筑物的設置與河道的硬質化護岸處理對于黑臭水體形成都有著一定影響。

(5)英洲海城區(qū)段黑臭水體治理不單作為一項珠三角的系統(tǒng)化黑臭水體治理工程，更是一項民生工程。它不僅彰顯新會區(qū)宜居宜業(yè)的生態(tài)環(huán)境，更能實現(xiàn)“綠水青山”的生態(tài)價值。一系列黑臭水體整治雖然取得一定成效，但距離消除黑臭水體這一目標還有著一定差距。為此，我們在后續(xù)黑臭治理時，必須繼續(xù)立足水體水質狀況，加強監(jiān)控與管理，注重降低氮營養(yǎng)鹽濃度，需采取更多的生態(tài)修復措施；充分發(fā)揮河長制、湖長制作用，鞏固黑臭水體整治效果，防止黑臭水體反彈，實現(xiàn)水環(huán)境長治久清。