樊 璐，成愛芳

(寶雞文理學(xué)院 地理與環(huán)境學(xué)院，陜西 寶雞 721013)

0 引言

水是人類生存和社會(huì)發(fā)展不可替代的資源，也是可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本條件之一[1]。同時(shí)隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越多國(guó)家及人民對(duì)于水資源的關(guān)注度不斷增加，在許多國(guó)家，水資源已經(jīng)被視為戰(zhàn)略資源，是不可替代的資源。但是，隨著農(nóng)業(yè)、工業(yè)和城市化的不斷發(fā)展，水資源短缺和水環(huán)境惡化已成為全球性的問題[2]。渭河是黃河最大的一級(jí)支流，起源于甘肅省定西市渭源縣西南的鳥鼠山北側(cè)，經(jīng)由甘肅省天水后從寶雞進(jìn)入陜西省境內(nèi)，流經(jīng)陜西省關(guān)中平原，在渭南市潼關(guān)縣匯入黃河。渭河干流全長(zhǎng)818 km，流域總面積13.5×104km2。陜西省境內(nèi)的渭河干流全長(zhǎng)502.4 km，流域面積6.7×104km2，占陜西省境內(nèi)黃河流域總面積的50%，是陜西省境內(nèi)最大的河流[3]。作為陜西境內(nèi)最大的河流，渭河的水質(zhì)與沿岸居民的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。而渭河流域是陜西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為繁榮的地區(qū)，可以說渭河就是陜西省的“母親河”。隨著近幾年來對(duì)渭河流域水資源開發(fā)強(qiáng)度的不斷增加，導(dǎo)致渭河水環(huán)境生態(tài)受損，水質(zhì)不斷變差，水質(zhì)型缺水等多種環(huán)境問題越來越突出。因此要用科學(xué)的方法對(duì)渭河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為制定出科學(xué)合理的規(guī)劃管理制度和合理高效的治污方案，減少污染物的排放，有效的保護(hù)流域生態(tài)環(huán)境，減緩流域生態(tài)功能退化，使上游的水質(zhì)得到改善提供科學(xué)依據(jù)。陜-甘交界區(qū)處于渭河關(guān)中段前端這一特殊的地理位置，作為交界區(qū)水域，其河岸帶的水體功能在很大程度上會(huì)對(duì)相鄰省份的沿岸居民造成影響。本文選取了交界區(qū)近七年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)其水質(zhì)狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

目前國(guó)內(nèi)外的研究者已經(jīng)提出幾十種水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究方法，常用的評(píng)價(jià)水質(zhì)的方法主要有IPSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[4]、內(nèi)梅羅指數(shù)法[5]、單因子分析法[6、7]、綜合污染指數(shù)法[8]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[9、10]、灰色聚類法[10]、以及主成分分析法[11、12]等方法，研究結(jié)果總體表現(xiàn)出渭河水質(zhì)污染存在較大的南北空間差異[13]。渭河上游流域的主要污染來源包括有生活污水的排放、畜牧業(yè)養(yǎng)殖以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的化肥農(nóng)藥的殘留隨降水進(jìn)入渭河水體所造成的面源污染。例如：生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染是寶雞至咸陽(yáng)段影響渭河水質(zhì)的主要因素[14]；渭河的部分主要支流有機(jī)污染綜合指數(shù)逐漸下降, 其支流水質(zhì)有所改善[15]。但是大部分研究都是以渭河流域的某一段或入黃斷面做為研究對(duì)象，對(duì)渭河陜-甘交界區(qū)的研究相對(duì)較少。渭河陜-甘交界區(qū)處于渭河關(guān)中段前端這一特殊的地理位置，作為交界區(qū)水域，其水體功能在很大程度上會(huì)對(duì)相鄰省份的沿岸居民造成影響。對(duì)于此處水質(zhì)的研究以及變化分析等同于對(duì)兩處相似水體進(jìn)行研究，其研究結(jié)果將對(duì)陜西、甘肅兩省沿岸居民的生存發(fā)展進(jìn)程具有重要意義。

1 研究區(qū)域概況

渭河流域地處大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，屬于干旱和濕潤(rùn)地區(qū)過渡帶，交界區(qū)水域狀況受其影響表現(xiàn)為春暖干旱，在西太平洋副熱帶高壓的控制下，夏季炎熱、多雨、干旱，秋季涼爽濕潤(rùn)，冬季受蒙古高壓的影響，氣候干燥寒冷，降水稀少[16]。年均氣溫12～14℃，多年平均降水量約為600 mm，其年內(nèi)的降水量主要是集中在夏季和秋季[17]。陜-甘交界區(qū)是渭河進(jìn)入陜西省之前的區(qū)域，該流域的水質(zhì)狀況不僅對(duì)兩岸甘肅、陜西交界處城市的發(fā)展有著重要的影響，同時(shí)也和渭河兩岸生物的水生態(tài)環(huán)境有著重要的關(guān)聯(lián)。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

選擇渭河干流上陜-甘省界的天水牛背斷面作為分析斷面，待分析的數(shù)據(jù)為天水牛背水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面2011-2018年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，來自于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站發(fā)布的全國(guó)主要流域重點(diǎn)斷面水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)周報(bào)。評(píng)價(jià)指標(biāo)為DO、CODMn、NH3-N和PH*值。

2.2 研究方法

2.2.1 單因子評(píng)價(jià)法 單因子評(píng)價(jià)法有兩種評(píng)價(jià)方法: 一種是將某一個(gè)斷面的參評(píng)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與《GB3838 - 2002 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》)進(jìn)行比較，然后以參加評(píng)價(jià)的指標(biāo)中的最高類別指標(biāo)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定該斷面的水質(zhì)類別；第二種是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)各項(xiàng)參評(píng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后用單項(xiàng)污染指數(shù)對(duì)同類的水質(zhì)污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]。本文將采取第二種方法進(jìn)行比較。

2.2.2 綜合污染指數(shù)法 水質(zhì)綜合污染指數(shù)法的評(píng)價(jià)需要先對(duì)單因子污染指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，在單因子污染指數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合污染指數(shù)的計(jì)算。

(1)

(2)

在公式中，Ci表示污染物濃度, Si為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值, n為參與評(píng)價(jià)的項(xiàng)目數(shù)[18]。標(biāo)準(zhǔn)值取自《標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類水質(zhì)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。

3 研究結(jié)果

3.1 不同降水時(shí)期水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)

基于陜西甘肅省界天水牛背斷面2011-2018年DO、CODMn、NH3-N的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，依據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，渭河屬于三類水源，水質(zhì)需要達(dá)到水質(zhì)的Ⅲ類達(dá)標(biāo)要求[19]，對(duì)渭河陜甘省界斷面進(jìn)行單因子水質(zhì)分析。根據(jù)渭河年內(nèi)水資源變化特征劃分水期，分別確定豐水期(7-10月)、平水期(3-6月)和枯水期(1-2月、11-12月)[20]。

圖1 水期和年尺度的水質(zhì)指標(biāo)變化

圖1是根據(jù)水期和年尺度的水質(zhì)指標(biāo)變化，可以知道：DO和CODMn正好呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)，枯水期DO、CODMn和NH3-N的質(zhì)量濃度均高于豐水期，在2011年到2016年間表現(xiàn)尤其明顯。且DO的質(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)出先增后減再增的變化趨勢(shì)，達(dá)標(biāo)率為100%；CODMn的的質(zhì)量濃度呈先下降后上升再下降的變化趨勢(shì)，達(dá)標(biāo)率為100%。NH3-N的含量在2011到2016年間的枯水期呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，在2012的平水期出現(xiàn)驟減后一直保持平緩，枯水期的含量?jī)H在2016年未達(dá)標(biāo)，但是2014、2015和2018年的含量接近Ⅲ類水質(zhì)的臨界值。由此可見，對(duì)于渭河陜-甘交界區(qū)來說，NH3-N是渭河該段的主要污染因子，并且在枯水期渭河水質(zhì)污染最嚴(yán)重，平水期較次之，豐水期的水質(zhì)最好，因?yàn)樨S水期(7-9月)正處于夏秋季多雨期，有豐富降水作為河流的補(bǔ)給來源，使得河流徑流量大，加上該水期水溫高，水體的自凈能力強(qiáng)，所以水質(zhì)較好；與之相反，枯水期(1-2月、11-12月)處于冬季，降水稀少，導(dǎo)致河流徑流量變小，水溫降低，水體自凈能力變?nèi)?，故而水質(zhì)最差。

通過對(duì)2011-2018 年間的水質(zhì)監(jiān)測(cè)周數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，有21個(gè)監(jiān)測(cè)周的監(jiān)測(cè)水質(zhì)為Ⅳ類，6個(gè)監(jiān)測(cè)周的監(jiān)測(cè)水質(zhì)為Ⅴ類，8 個(gè)監(jiān)測(cè)周的監(jiān)測(cè)水質(zhì)為劣Ⅴ類水質(zhì)。主要的超出標(biāo)準(zhǔn)的污染因子是高錳酸鹽指數(shù)和氨氮。天水牛背斷面的整體水質(zhì)在最近七年的總體水質(zhì)綜合污染屬于輕度至中度污染。通過對(duì)資料的查詢與統(tǒng)計(jì)，渭源縣、隴西縣2015 年兩縣廢水排放總量 1075.6 萬噸，農(nóng)業(yè)污染物排放COD336.9 t· a-1，氨氮 58t · a-1，總氮606.2 t · a-1。工業(yè)污染排放COD1069.5 t · a-1，氨氮 15.5 t · a-1，總氮 23.3 t · a-1。生活污染排放COD 4557.3 t· a-1，氨氮559.8 t· a-1，總氮845.9t · a-1[21]?？偨Y(jié)分析來看，渭河上游流域的主要污染來源包括有生活污水的排放、畜牧業(yè)養(yǎng)殖以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所使用的化肥農(nóng)藥的殘留隨降水進(jìn)入渭河水體所造成的污染。

3.2 年水質(zhì)狀況綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)綜合污染指數(shù)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析的標(biāo)準(zhǔn)即為綜合污染指數(shù)的大小，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，當(dāng)綜合污染指數(shù)小于等于0.8時(shí)，水質(zhì)合格；當(dāng)綜合污染指數(shù)大于0.8，小于等于1.0時(shí)，水質(zhì)基本合格；當(dāng)綜合污染指數(shù)大于1.0，小于等于2.0時(shí)，水質(zhì)呈現(xiàn)出中度污染；當(dāng)綜合污染指數(shù)大于2.0時(shí)，水質(zhì)即為重度污染。通過計(jì)算得到2011年建站以后到2018年的年均值，見表1。再利用公式(1)(2)對(duì)所獲取的天水牛背斷面2011

到2018年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到水質(zhì)綜合污染指數(shù)為 0.91，然后以表2為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照，可以得到該斷面的水質(zhì)綜合污染指數(shù)在0.8到1.0之間，水質(zhì)基本合格。

表1 2011到2018年渭河天水牛背斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)年均值 (mg·L-1)

表2 綜合污染指數(shù)分級(jí)評(píng)價(jià)

3.3 渭河年水質(zhì)變化趨勢(shì)

根據(jù)表1的年均值，運(yùn)用公式(1)(2)計(jì)算出表3各評(píng)價(jià)因子每年的綜合污染指數(shù)，然后繪制成圖2，可以清楚的看到渭河水質(zhì)的綜合污染指數(shù)在2012年到2017年間不斷升高，這表示在這段時(shí)間內(nèi)，渭河水質(zhì)逐年變差，從2017年開始到2018年一年的時(shí)間，水質(zhì)逐漸變好，與2013年水質(zhì)情況基本持平。

表3 各評(píng)價(jià)因子綜合污染指數(shù)

圖2 年綜合污染指數(shù)變化趨勢(shì)

3.4 研究區(qū)水質(zhì)存在的問題

隨著近年來社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，渭河沿岸人民的生活水平大大提高，沿岸工業(yè)以及畜牧養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活用水量不斷增加，同時(shí)污水的排放量也不斷增加，導(dǎo)致渭河流域的環(huán)境污染負(fù)荷上升，生態(tài)環(huán)境惡化，再加上近年來渭河上游隴西段的徑流量變小，導(dǎo)致河床萎縮，無法保障生態(tài)水量，使污水廠等排出的廢水成為河流特別是河流枯水期的主要水源，導(dǎo)致河水污染物超標(biāo)，水質(zhì)污染嚴(yán)重。同時(shí)由于渭河上游沿岸城市的人口主要都集中在渭河兩岸河谷區(qū)域，雖然該地區(qū)的農(nóng)業(yè)和畜牧禽畜養(yǎng)殖分布及其廣泛，但是由于落后的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量大，使得水資源消耗特別大，再加上渭河上游流域正處于六盤山貧困區(qū)，農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)落后，沿岸居民的保護(hù)意識(shí)薄弱，大量的生活垃圾被隨意堆置，還有大量未經(jīng)處理的生活污水隨意排放，甚至直接向河流中排放。導(dǎo)致渭河上游流域水污染情況加重。

4 結(jié)論

(1)渭河流域陜-甘交界區(qū)水質(zhì)基本合格，個(gè)別年份屬于中度污染。水質(zhì)狀況呈現(xiàn)出先惡化，后轉(zhuǎn)好的變化趨勢(shì)。

(2)渭河陜-甘交界區(qū)的水質(zhì)變化與渭河的水量有關(guān)，枯水期的徑流量減小，水體自凈能力弱，水質(zhì)較差；豐水期徑流量變大，水體自凈能力增強(qiáng)，水質(zhì)變好。

(3)在2012年到2017年間水質(zhì)呈惡化趨勢(shì)，從2017年開始水質(zhì)逐漸轉(zhuǎn)好，主要污染因子為NH3-N。

(4)在2011年到2018年間，天水牛背斷面有21個(gè)監(jiān)測(cè)周的監(jiān)測(cè)水質(zhì)為Ⅳ類，6個(gè)監(jiān)測(cè)周的監(jiān)測(cè)水質(zhì)為Ⅴ類，8 個(gè)監(jiān)測(cè)周的監(jiān)測(cè)水質(zhì)為劣Ⅴ類水質(zhì)。主要的超出標(biāo)準(zhǔn)的污染因子是氨氮。