2017—2019年汾河流域水环境质量变化趋势分析

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作者:无, 字数:12566

  摘 要:汾河被称为山西的“母亲河”,是黄河第二大支流。汾河流域的地表水质遭到严重破坏,水资源短缺的矛盾更加突出,严重制约了山西省经济发展。为改善汾河水质,各级政府采取了一系列修复措施。以2017—2019年汾河流域12个监测断面的化学需氧量和氨氮含量数据为例,运用单因子评价法与Spearman秩相关系数法分析其变化趋势及形成原因,并对修复效果进行评价,为汾河水环境治理提供理论依据。结果发现,2017—2019年汾河流域的化学需氧量与氨氮含量显著下降,水质有较明显的改善,特别是汾河中游地区这两种污染指数浓度值在3年内大幅度下降。
  关键词:汾河流域;水环境质量;变化趋势
  文章编号:1004-7026(2020)19-0064-04         中国图书分类号:X821        文献标志码:A
   汾河流域总面积为39 471 km2,是山西省最大的河流,占全省面积的1/4,流域主要包括忻州、太原、晋中、吕梁、临汾、运城6市45县,干流全长716 km[1]。汾河养育着全省约40%的人口,对省内农业生产、工业发展和人们的日常生活起着重要作用[2-3]。
   近年来,工厂废水与生活污水肆意排入汾河,化学需氧量和氨氮等有机物超标造成了水体富营养化[4],再加上自我净化能力差,致使汾河水质污染,严重破坏了水生态环境。
   2006年,66.7%的监测断面水质超Ⅴ类标准,2016年流域中劣Ⅴ类断面占比达62%,水质整体依然呈重度污染态势。汾河水质恶化,加剧了水资源短缺引发的矛盾[5],严重影响人们的日常生活和山西的经济发展。
   近年来,对该流域的水质研究已成为山西省生态环境战略的重点。为治理和改善汾河水质,山西省生态环境部门统一协调监督,对汾河流域进行了全方位的系统治理[6]。
   水质分析是水污染治理工作的基础内容,合理有效分析水质可以因地制宜进行治理方案的制定,对汾河流域的污染防治具有重要意义。通过分析2017—2019年汾河流域的氨氮含量与化学需氧量,研究汾河流域水质变化趋势,以期为汾河水污染治理提供理论依据。
  1  资料与方法
  1.1  数据来源
   研究数据来自山西省生态环境厅地表水水质月报与山西省人民政府网站关于汾河流域治理情况的相关数据。选择2017—2019年汾河流域12个监测断面的氨氮含量与化学需氧量数据,根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)对汾河水体水质指标进行评价。
  1.2  研究方法
  1.2.1  单因子评价法
   确定水质类别,需要在选择的污染指标中进行计算,选择最差的水质指标判断水质类别。水质指数Ii的计算公式如下[7]。
   Ii=Ci /Lij                          (1)
   式(1)中:Ci为第i类污染物测定值;Lij为第i类污染物评价标准。Ii=1时,表示水体未污染;Ii>1时,表示水体污染。
  1.2.2  Spearman秩相关系数法
   Spearman秩相关系数是一个非参数性质的秩统计参数,用来度量两个变量之间联系的强弱[8]。采用SPSS软件分析2017—2019年汾河流域12个断面的化学需氧量和氨氮含量在时间上的差异显著性。
  2  汾河水质变化趋势分析
  2.1  氨氮与化学需氧量浓度变化分析
   根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002),汾河发源地雷鸣市水质标准为I类,河西村到上兰为Ⅲ类,小店桥到庙前村断面为Ⅴ类[9-10]。通过单因子评价法计算两种污染物的水质指数来判别是否达标。当两种污染物的水质指数均≤1时为达标,反之则不达标。2017年有4个监测断面达标,2018年有5个监测断面达标,2019年有7个监测断面达标。
   从3年的达标情况来看,汾河水质逐渐变好,但达标的监测断面主要集中在上中游区域,中下游区域的污染仍较为严重。从不达标的监测断面分析可知,氨氮污染情况比化学需氧量严重,许多监测断面都由于氨氮超标导致不达标,例如临汾市上平望监测断面。2017—2019年的劣Ⅴ类水质比例分别为58%、58%和42%。劣Ⅴ类水质数量的减少与污染物浓度值的大幅度下降说明近年来汾河流域治理的成效显著,见表1。
  2.2  总体水质类别变化情况
   由图1、图2数据可以看出,2017年汾河Ⅰ-Ⅲ类水质比例不超过40%,劣Ⅴ类水质断面比例大于50%,1月甚至超过了70%,污染非常严重。2018年汾河Ⅰ-Ⅲ类水质比例整体上升至50%左右,劣Ⅴ类水质断面比例最高没超过60%。
   2019年汾河Ⅰ-Ⅲ类水质比例整体仍保持在50%左右,劣Ⅴ类水质断面比例明显下降,除1、2月外均在50%以下,4月比例降低到30%,说明汾河水质量环境在逐渐改善。
  2.3  上、中、下游水质变化趋势分析
   汾河流域12个监测断面可分为上、中、下游3部分,其中雷鸣寺断面、河西村横断面、汾河水库出口断面、寨上水文站断面、上兰断面为河流上游;小店桥断面、温南社断面、王庄桥南断面为河流中游;临汾断面、上平望断面、河津大桥断面与庙前村断面为河流下游。
   根據《地表水环境质量标准》,上游的污染物限定值划为Ⅲ类水质标准。由图3可知,汾河上游的化学需氧量浓度比较稳定且逐年降低,达到Ⅱ类水质标准;氨氮含量除2017年2月超过Ⅲ类水质标准外,其余月份均达到Ⅱ类水质标准,并呈逐年下降趋势。氨氮浓度变化有较为明显的季节变化特征,每年冬春之际浓度值会达到一个峰值,在峰值后迅速下降并小幅波动变化直到下一个峰值到来。     根据《地表水环境质量标准》,将中游的污染物限定值划为Ⅴ类水质标准。由图4可知,相较于上游地区来说,中游地区污染较严重。汾河中游化学需氧量浓度波动幅度比较大,2017年达到劣Ⅴ类水质标准,最高含量可达100.1 mg/L;2018—2019年化学需氧量浓度大幅下降,仅有1个月超过Ⅴ类水质标准,其余月份均在标准之内,2019年末降至18.0 mg/L。氨氮含量在2017年1月—2019年8月均超过Ⅴ类水质标准,最高可达22.7 mg/L,2019年末氨氮含量下降到标准线之内,水质有了明显改善。对比氨氮含量3年同期数据发现,冬春达到峰值,夏秋降到低点,具有较为明显的季节变化特征。
   根据《地表水环境质量标准》,将下游的污染物限定值划为Ⅴ类水质标准。从图5可知,相对于汾河中上游而言,下游化学需氧量浓度波动幅度较大,但基本在Ⅴ类水质标准线上下波动。
   2017—2019年的年均浓度值分别为43.29 mg/L、37.47 mg/L和33.10 mg/L,呈逐年降低趋势。氨氮浓度变化具有明显的季节性特征,每年冬春季持续增长,出现峰值,峰值后则会断崖式下降并在夏秋季降到最低值,达到Ⅴ类水质标准。冬春季节河流氨氮浓度呈现严重超标的趋势。
  2.4  Spearman秩相关系数法分析
   由表2可知,汾河流域化学需氧量、氨氮浓度变化与季节变化具有相关性,其中氨氮浓度与季节变化显著相关[11]。10个断面的化学需氧量随时间变化均呈现下降趋势,其中有5个断面显著下降,主要集中在汾河中游,但上兰断面和河津大桥断面上升趋势并不显著。
   对于氨氮而言,10个断面随时间变化呈现下降趋势,其中8个断面下降显著,虽然雷鸣市断面和河西村横断面出现上升趋势,但由于汾河上游的浓度含量相对较低,影响不大。总体来看,汾河流域中的化学需氧量和氨氮含量呈明显下降趋势,水质环境也在逐渐改善。
  3  水环境质量变化成因分析
   从整体来看,2017—2019年汾河流域中的化学需氧量与氨氮含量随时间变化呈现出明显的下降趋势,且Ⅰ-Ⅲ类水质断面的比例不断上升,劣Ⅴ类水质断面比例持续下降,证明汾河水质发生了明显改善。这主要是由于各地级市在工业和城镇生活上狠抓防治污染,采取了有效措施,各工业企业废水、城乡生活污水都达到限定排放标准,降低了汾河水中污染物的浓度,有效提升了汾河水环境质量。
   虽然汾河水质经多年治理已有较大改善,但很多断面劣Ⅴ类水质依然存在,主要分布在中下游地区。山西省境内基本为干旱与半干旱地区,降雨量相对较少。汾河的主要补给来源是自然降水,在冬春季节,降水较少,水流缓慢,导致大量污染物不能快速净化。另外,汾河环境容量小,河道稀释作用不明显,自身净化能力较差[12]。再加上河道天然径流减少,大大降低了汾河对污废水的稀释自净作用,污染大量集聚是导致汾河中下游劣Ⅴ类水质分布较集中的自然因素。
   社会经济因素方面,汾河中下游例如温南社断面与王庄桥南断面处,不仅人口众多,还分布着大量工厂,以煤炭、焦化等为主的重化工业产业结构造成污染物排放量较大、污水管网不完善导致生活污水排放等因素造成了严重的水质污染[13]。例如晋中市榆次区正阳污水厂,生活污水未经处理直接排进河道,对汾河干流温南社断面水质造成较大影响;河津大桥断面污染防控不到位,還有上升趋势。
  4  结论和建议
   2017—2019年汾河流域中的化学需氧量与氨氮含量随时间变化有明显的下降趋势,重度污染水质从2017年的92%下降到2019年的41%,汾河水质得到较大改善,水域治理效果显著。但很多断面劣Ⅴ类水质依然存在,特别是中下游温南社断面、王庄桥南断面与河津大桥断面污染依然较严重。因此,还需加强汾河流域的治理力度,推进治理进程。不仅要加强汾河水资源管理监控能力建设,还要采取污染防治工程措施,加强河流修复与保护,开展水土保持、植被恢复等生态修复工程。
  参考文献:
  [1]杨炯.汾河干流的CODcr污染研究[J].山西能源与节能,2004(4):21-22.
  [2]王如.汾河流域水资源生态环境的可持续发展研究[D].太原:太原科技大学,2013.
  [3]杨炯,马一方.10年间汾河干流CODcr污染研究[J].山西能源与节能,2008(1):17-18,20.
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  [5]余珊.浅析汾河流域水质污染的防治与修复[J].科技情报开发与经济,2009,19(31):182-184.
  [6]曾乐媛.5种水生植物对富营养水体的净化研究[D].长沙:中南林业科技大学,2016.
  [7]牛富霞,任东.模糊数学与单因子水环境评价方法特性分析[J].地下水,2019,41(5):46-47.
  [8]嵇晓燕,孙宗光,聂学军,等.黄河流域近10a地表水质变化趋势研究[J].人民黄河,2016,38(12):99-102.
  [9]张淑丽.汾河临汾段水质现状及水环境治理研究[J].海河水利,2018(4):20-21,33.
  [10]邢肖鹏,薛鹏松,冯民权.汾河运城段河流水质评价[J].水土保持通报,2011,31(2):142-145.
  [11]嵇晓燕,聂学军,李文攀,等.近十年淮河流域化学需氧量和氨氮浓度变化特征[J].节水灌溉,2016(12):85-88,93.
  [12]刘巧莲.汾河水质污染趋势研究[J].山西水利,2013,29(1):8,44.
  [13]吕安,邱文,盛若虹,等.汾河水质状况研究[J].环境科学与管理,2012,37(10):97-101.

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