郭麗峰， 孟憲智， 周緒申， 張 輝， 張 樂

(1.海河流域水環(huán)境監(jiān)測中心，天津 300170；2.水利部海河水利委員會水資源保護(hù)科學(xué)研究所，天津 300170；3.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南開封 475004)

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灤河干流水質(zhì)時空變化分析

郭麗峰1， 孟憲智1， 周緒申1， 張 輝2， 張 樂3

(1.海河流域水環(huán)境監(jiān)測中心，天津 300170；2.水利部海河水利委員會水資源保護(hù)科學(xué)研究所，天津 300170；3.河南大學(xué)環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院，河南開封 475004)

根據(jù)2007～2011年水質(zhì)監(jiān)測資料，對灤河干流CODMn和NH3-N濃度的時空變化進(jìn)行分析。結(jié)果表明，2010年枯水期污染物濃度較低，而平水期濃度則較高；2007～2011年污染物濃度呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，即水質(zhì)有所改善。以2010和2011年為例，對灤河干流進(jìn)行簡單的水質(zhì)水量聯(lián)合評價，郭家屯和烏龍磯站點(diǎn)水量較大時水質(zhì)較差，水量較小時水質(zhì)較好，呈現(xiàn)面源污染的特點(diǎn)；灤縣站點(diǎn)水量較大時水質(zhì)較好，水量較小時水質(zhì)相對較差，呈現(xiàn)點(diǎn)源污染的特點(diǎn)。

灤河流域；水質(zhì)；水量；時空變化

水環(huán)境是人類生存環(huán)境中非常重要的一部分，水環(huán)境問題已成為21世紀(jì)危及全球的重大國際問題[1]。隨著水環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重，從水環(huán)境變化與人類社會發(fā)展相互作用的角度出發(fā)，河流水質(zhì)變化已成為世界各國眾多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題[2-3]。同時，河流水質(zhì)也是流域水環(huán)境管理決策部門關(guān)心的核心問題，其時空分布特征可以為流域水環(huán)境管理者提供動態(tài)信息[4]。

滿足一定使用功能，具有一定質(zhì)量的水才能稱為水資源。因此定量評價不同等級水質(zhì)的水量大小和時空分布更具有實(shí)際意義[5]。筆者根據(jù)灤河干流2007～2011年水質(zhì)監(jiān)測資料，從時間和空間兩個維度對灤河干流水質(zhì)的變化趨勢和分布特征進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并評價了2010和2011年的水質(zhì)水量，為今后水污染的全面治理和決策提供科學(xué)依據(jù)[6]。

1 材料與方法

1.1 灤河流域概況灤河發(fā)源于河北省張家口地區(qū)的巴彥古爾圖山北麓，流經(jīng)內(nèi)蒙古正藍(lán)旗、多倫縣和河北省承德、唐山兩地區(qū)，于河北省樂亭縣兜網(wǎng)鋪?zhàn)⑷氩澈砙7]。灤河全長888 km，流域面積4.48 萬km2，主要支流有興州河、伊遜河、武烈河、瀑河、灑河、青龍河等。地勢由西北向東南傾斜，流域上游為壩上、圍場高原區(qū)，地表呈波動狀起伏，多風(fēng)蝕洼地；中游為冀北、燕山丘陵區(qū)，河谷深切；下游為燕山山前平原和灤河三角洲平原，受人類活動影響劇烈。白城子以上為灤河上游，稱為閃電河；白城子以下至灤河河口為灤河中下游，稱為灤河。

灤河干流全長509 km，共劃分為10個水功能區(qū)[8]：灤河內(nèi)蒙多倫工業(yè)用水區(qū)位于內(nèi)蒙古多倫縣境內(nèi)，主要提供工農(nóng)業(yè)用水；灤河蒙冀緩沖區(qū)位于內(nèi)蒙古和河北省交界處，為省界緩沖區(qū)；灤河河北承德保留區(qū)1和灤河河北承德保留區(qū)2位于河北省承德市隆化縣和灤平縣境內(nèi)，其中保留區(qū)1是灤河干流在河北省的源頭，保留區(qū)2開發(fā)利用程度不高；灤河河北承德飲用水源區(qū)位于河北省承德市和承德縣境內(nèi)，主要功能是為上述2個縣市提供飲用水，但目前水質(zhì)較差，不具備飲用水功能；灤河河北承德、唐山緩沖區(qū)位于河北省承德市承德縣和興隆縣境內(nèi)，是水源地保護(hù)區(qū)的上游；潘家口水庫水源地保護(hù)區(qū)和大黑汀水庫水源地保護(hù)區(qū)位于河北省唐山市遷西縣境內(nèi)，為調(diào)水水源地，主要為天津市、河北省唐山市提供城市生活飲用水；灤河河北唐山工業(yè)用水區(qū)位于河北省唐山市的遷安市和灤縣境內(nèi)，主要提供工農(nóng)業(yè)用水；灤河河北唐山、秦皇島工業(yè)用水區(qū)經(jīng)過河北省唐山市的灤縣、樂亭縣和河北省秦皇島市的昌黎縣，在樂亭縣的兜網(wǎng)鋪入海，主要提供工農(nóng)業(yè)用水。灤河干流水功能區(qū)劃狀況見表1。

1.2 監(jiān)測點(diǎn)及參數(shù)選擇筆者以灤河干流為研究對象，根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測斷面的代表性和監(jiān)測資料的收集情況，選取灤河干流郭家屯、三道河子、烏龍磯、潘家口水庫壩上(簡稱潘壩上)、大黑汀水庫壩上(簡稱汀壩上)、灤縣和姜各莊7個監(jiān)測站點(diǎn)進(jìn)行分析。研究區(qū)域及監(jiān)測斷面分布情況見圖1。

水利部海河水利委員會發(fā)布的《海河流域水資源質(zhì)量公報(bào)》(表2)表明，2007～2011年灤河干流存在不同程度的水質(zhì)污染，主要污染物為高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)和氨氮(NH3-N)。因此，筆者選取可以反映灤河干流水污染特點(diǎn)的CODMn和NH3-N作為水體污染時空變化分析的評價指標(biāo)。水質(zhì)評價依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[9]中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值(表3)，分全年均值、豐水期(6～9月)、平水期(3～5月)和枯水期(1～2月和10～12月)進(jìn)行分析。

表1 灤河干流水功能區(qū)劃

注：標(biāo)*的表示面積。

1.3 研究方法主要收集了灤河干流不同時段的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)和對比分析的方法，分別從年內(nèi)變化、年際變化以及沿程變化3個方面進(jìn)行水質(zhì)變化特征分析，同時進(jìn)行水質(zhì)水量聯(lián)合評價。按照灤河干流監(jiān)測斷面的沿程分布，分別選取郭家屯、烏龍磯和灤縣3個站點(diǎn)，對2010年水體中CODMn和NH3-N濃度的年內(nèi)變化、2007～2010年年際變化情況進(jìn)行分析；并分析2007～2011年CODMn和NH3-N年平均濃度和多年平均濃度沿程變化情況；分別對郭家屯、烏龍磯和灤縣3個站點(diǎn)2007和2010年水質(zhì)水量進(jìn)行聯(lián)合評價。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)時間變化郭家屯、烏龍磯和灤縣3個監(jiān)測站點(diǎn)2010 年CODMn和NH3-N濃度的年內(nèi)變化趨勢如圖2所示，

表2 灤河主要監(jiān)測斷面水質(zhì)狀況

表3 CODMn和NH3-N水質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn) mg/L

總體來看，枯水期污染物濃度較低，平水期濃度則較高。上游郭家屯站點(diǎn)CODMn和NH3-N濃度呈現(xiàn)波動趨勢，最大濃度均出現(xiàn)在平水期的4月，分別為12.7和1.0 mg/L，豐水期的8月濃度也較高；中游的烏龍磯站點(diǎn)CODMn和NH3-N濃度呈降低趨勢，最高濃度均出現(xiàn)在平水期，均為6.7 mg/L，CODMn的最低濃度出現(xiàn)在枯水期的11月，而NH3-N的最低濃度則出現(xiàn)在豐水期的7月；下游灤縣站點(diǎn)CODMn濃度基本保持不變，在3 mg/L上下波動，而NH3-N濃度則呈現(xiàn)下降趨勢，從枯水期的1.6 mg/L降到0.4 mg/L。

上述3個站點(diǎn)CODMn和NH3-N濃度的年際變化趨勢如圖3所示，總體來看，研究區(qū)域2種污染物濃度2007～2011年呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，即水質(zhì)有所改善。CODMn濃度在郭家屯站點(diǎn)呈現(xiàn)先迅速降低、繼而緩慢升高的趨勢，烏龍磯站點(diǎn)在5.2 mg/L左右波動，灤縣站點(diǎn)呈現(xiàn)逐年下降趨勢。NH3-N濃度在郭家屯和灤縣站點(diǎn)呈現(xiàn)逐年降低趨勢，在烏龍磯站點(diǎn)呈現(xiàn)先升高又降低的趨勢。

2.2 水質(zhì)的空間變化各站2007～2011年CODMn和NH3-N平均濃度變化情況與年平均濃度沿程變化情況相同，從上游到下游均呈現(xiàn)先升高又逐漸降低然后又升高趨勢(圖4和圖5)。其中CODMn濃度在郭家屯站點(diǎn)可以達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，三道河子站點(diǎn)明顯升高，主要是受灤平縣周臺子鐵礦場的排污影響。2007年承德灤平縣周臺子鐵礦場廢污水入河量中COD的平均濃度達(dá)到190 mg/L，超過Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)8.5倍，其他年份也存在這樣的情況。經(jīng)過三道河子站點(diǎn)后逐漸降低，均達(dá)到相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)。到姜各莊站點(diǎn)又明顯升高，超過了相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)，主要是受唐山灤縣排污的影響。2007年灤縣廢污水入河量中COD的平均濃度達(dá)到183 mg/L，超過Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)8.2倍。

NH3-N濃度沿程變化與CODMn的濃度有所差別，郭家屯和三道河子站點(diǎn)基本保持在Ⅱ類水平，烏龍磯站點(diǎn)突然升高，超過了相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)(Ⅲ類)，達(dá)到7個站點(diǎn)的最高濃度值。主要是由于武烈河的水質(zhì)污染嚴(yán)重，其最下游的承德站點(diǎn)在2007～2010年間的NH3-N濃度平均值為8.3 mg/L，超過Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)7.3倍，匯入灤河后對烏龍磯監(jiān)測斷面造成一定的影響。值得注意的是，承德灤平縣周臺子村鐵礦場的廢污水中NH3-N含量較低(平均濃度為0.9 mg/L)，對灤河中NH3-N濃度基本不構(gòu)成污染。經(jīng)過烏龍磯站點(diǎn)后，潘壩上和汀壩上兩個站點(diǎn)明顯降低，達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，主要是由于水庫的自凈能力較強(qiáng)，水質(zhì)得到較大的改善。灤縣和姜各莊站點(diǎn)又逐漸升高，主要是由于沿程遷西縣、遷安市和灤縣的排污對水質(zhì)造成一定的影響，但兩個站點(diǎn)濃度均能滿足相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)(Ⅲ類)。

2.3 水質(zhì)水量聯(lián)合評價郭家屯、烏龍磯和灤縣站點(diǎn)水質(zhì)水量聯(lián)合評價成果如圖6所示，可見，2007和2010年郭家屯和烏龍磯站點(diǎn)水量較大時水質(zhì)較差，水量較小時水質(zhì)較好；灤縣站點(diǎn)水量較大時水質(zhì)較好，水量較小時水質(zhì)相對較差。

上游的郭家屯站點(diǎn)水量最大的4和7月，水質(zhì)較差，為Ⅴ類和劣Ⅴ類，而水量最小的1月，水質(zhì)最好，可達(dá)到Ⅱ類；中游的烏龍磯站點(diǎn)和郭家屯情況基本相同，水量最大的8月，水質(zhì)較差，為Ⅴ類和劣Ⅴ類，而水量較小的11月，水質(zhì)最好，達(dá)到Ⅱ類；下游的灤縣站點(diǎn)與上游2個站點(diǎn)情況不同，水量最大的6和8月，水質(zhì)較好，達(dá)到Ⅱ類，而水量較小的2月，水質(zhì)為劣Ⅴ類。

3 主要結(jié)論與建議

對灤河干流典型污染物的年際和年內(nèi)變化進(jìn)行分析，結(jié)果表明：

(1)從時間變化來看，枯水期CODMn和NH3-N濃度較低，平水期濃度則較高。2007～2011年2種污染物濃度呈現(xiàn)逐漸降低趨勢，即水質(zhì)有所改善。

(2)從空間變化來看，從上游到下游均呈現(xiàn)先升高又逐漸降低然后又升高趨勢。CODMn濃度在郭家屯站點(diǎn)以上較低，可以達(dá)到地表水水質(zhì)Ⅲ類；郭家屯至三道河子明顯升高，主要是由于灤平縣周臺子鐵礦場的排污造成；三道河子至灤縣又逐漸降低，均達(dá)到相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)(Ⅲ類)；灤縣-河口明顯升高，主要是受唐山灤縣排污的影響。NH3-N濃度沿程變化與CODMn的濃度有所差別，三道河子站點(diǎn)以上保持在Ⅱ類水平；三道河子-烏龍磯突然升高，達(dá)到7個站點(diǎn)的最高濃度值，主要是由于武烈河的水質(zhì)污染嚴(yán)重，匯入灤河后對烏龍磯站點(diǎn)造成一定的影響；烏龍磯-汀壩上濃度明顯降低，達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，主要是由于水庫的自凈能力較強(qiáng)，水質(zhì)得到較大的改善；汀壩上-河口濃度又逐漸升高，主要是由于沿程遷西縣、遷安市和灤縣的排污對水質(zhì)造成一定的影響，但均能達(dá)到相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)(Ⅲ類)。

(3)水質(zhì)水量聯(lián)合評價結(jié)果表明，郭家屯和烏龍磯站點(diǎn)水量較大時水質(zhì)較差，水量較小時水質(zhì)較好，呈現(xiàn)面源污染的特點(diǎn)；灤縣站點(diǎn)水量較大時水質(zhì)較好，水量較小時水質(zhì)相對較差，呈現(xiàn)點(diǎn)源污染的特點(diǎn)。

總之，水質(zhì)變化是點(diǎn)源和面源綜合作用的結(jié)果，灤河兩岸工礦企業(yè)、生活污水以及上游的水土流失對河流水質(zhì)造成了一定的影響。因此，對河流進(jìn)行污染治理首先應(yīng)加強(qiáng)入河排污口的監(jiān)督管理，并對污水排放進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將生活污水收集到城市污水管網(wǎng)，經(jīng)污水處理廠處理后再排放。同時，也不能忽視面源的影響，上游要積極推進(jìn)水土保護(hù)工作，加強(qiáng)小流域綜合治理，減少水土流失造成的面源污染。

[1] 解瑩,李敘勇,王慧亮,等. 灤河流域上游地區(qū)主要河流水污染特征及評價[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2012，32(2): 645-653.

[2] 郭巍.渭河陜西段主要監(jiān)控?cái)嗝嫠|(zhì)變化趨勢分析[J].安全與環(huán)境工程，2010，17(5):47-50.

[3] 牛珊珊,張亞娟,陳潔,等.渭河干流水質(zhì)時空變化特征分析[J].人民黃河，2012, 35(1): 39-41.

[4] 徐華山,徐宗學(xué),唐芳芳,等. 漳衛(wèi)南運(yùn)河流域水質(zhì)時空變化特征及其污染源識別[J].環(huán)境科學(xué)，2012, 33(2):359-369.

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[7] 王剛,嚴(yán)登華,黃站峰,等. 灤河流域徑流的長期演變規(guī)律及其驅(qū)動因子[J].干旱區(qū)研究，2011，28(6):998-1044.

[8] 國務(wù)院關(guān)于全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃(2011-2030年)的批復(fù)(國函〔2011〕167號)[Z].2011.

[9] 國家環(huán)境保護(hù)總局, 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

Analysis on Temporal-spatial Variation of Water Quality in Mainstream of Luanhe River

GUO Li-feng, MENG Xian-zhi, ZHOU Xu-shen et al

(Water Environmental Monitoring Center of Haihe River Basin, Tianjin 300170)

According to water quality monitoring data during 2007-2011, the temporal-spatial variation of CODMnand NH3-N in mainstream of Luanhe River was analyzed. The results showed that: the pollutant concentration was low in the dry season, while it was comparatively high in the normal water season in 2010. The pollutant concentration decreased and the water quality improved during 2007-2011. The correlation was analyzed in terms of integrating water quality and quantity, based on the data collected over the period from 2010 to 2011. The water quality of Guojiatun and Wulongji sample was good with a small amount of water and was poor with large quantity of water, which presents the characteristics of non-point source pollution. The water quality of Luanxian sample was good with large quantity and was poor with a small amount of water, which presents the characteristics of point source pollution.

Luanhe River Basin; Water quality; Water quantity; Spatial-temporal variation

國家國際科技合作專項(xiàng)(2013DFA71340)；國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07203-002)；水利部技術(shù)引進(jìn)項(xiàng)目(201412)；水利部科技推廣項(xiàng)目(TG1408)。

郭麗峰(1980- )，女，河北張家口人，工程師，碩士，從事遙感應(yīng)用與水資源保護(hù)方面的研究工作。

2014-11-25

S 181.3

A

0517-6611(2015)01-196-04