黃河流域支流金堤河汛期水質變化分析及治理對策研究

唐 敏，楊志軒，王 兵，趙海麗，和暐杰

(河南省安陽生態環境監測中心，河南 安陽 455000 )

前 言

水資源短缺、水環境惡化、洪澇等自然災害頻發、水質危機等問題日益突出[1-2]，制約了社會經濟的可持續發展。尤其是安陽市既是一個典型的工業城市又是一個資源型缺水城市，人均水資源占有量245m3，僅為全國平均水平的1/10，水環境壓力較大[3]，因此開展區域水環境污染源與水質參數之間關系的探討，對水環境保護和治理具有重要意義。目前，國內外已經有比較成熟的水質評價方法，比較典型的方法有單因子評價法、綜合污染指數評價法、灰色聚類法、綜合水質標識指數法等[4]。

安陽處于我國南北氣候過渡帶，天氣復雜多變，常引發多種氣象災害，特別是局地暴雨、大風、冰雹等災害性的強對流天氣每年都有發生[5]。尤其是2021年安陽市汛期出現多次強降雨過程，在強降水的沖刷作用下，水、泥、污俱下，使得汛期水質狀況惡化，這是金堤河濮陽大韓橋斷面是未達到目標要求的主要原因。文章通過不同水質評價方法的結合，確定了安陽金堤河流域內主要污染源以及主要超標污染物，著重探討汛期強降水對金堤河水質的影響及解決辦法，以期為安陽市進一步加強黃河流域水環境保護，做好區域水污染防治，解決金堤河水環境問題提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 研究地區概況

金堤河是跨豫、魯兩省的一條黃河支流，屬于平原河道。在安陽市滑縣境內的流域范圍南至黃河和天然文巖渠流域，北臨衛河、馬頰河、徒駭河，西起人民勝利渠灌區的七里營東，在臺前縣的張莊匯入黃河[6]?；h境內金堤河流經滑縣縣境北部，自棗村鄉耿莊村、穿棗村鄉、白道口鎮、四間房鄉、趙營鄉，經趙營鄉流入濮陽市境內，金堤河滑縣境內長27.7km，滑縣境內流域面積1648km2[7]。金堤河在滑縣境內主要支流有柳青河、黃莊河、城關河、賈公河、回木溝、大功河、棗莊溝等。金堤河大韓橋斷面匯水情況詳見圖1。

圖1 金堤河大韓橋斷面匯水情況Fig.1 Water catchment at Dahanqiao Section of the Jindi River

1.2 數據來源及評價因子

文章以2017～2021年國家地表水采測分離手工監測數據、2017年安陽市第二次全國污染源普查排污企業的普查數據、2021年安陽市統計局數據與安陽市氣象局大氣降水為依據。水質評價因子為《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項。

1.3 水質評價方法

1.3.1 單項因子評價

按照《地表水環境質量標準》(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，從優不從劣。

1.3.2 綜合評價

采用河流平均綜合污染指數[8]進行綜合評價，平均綜合污染指數主要用于同一評價范圍內不同時段的環境質量整體變化趨勢分析，或同一評價時段內同級評價范圍之間的環境質量狀況(或污染程度)的比較。指數數值越大，表示污染程度越嚴重，環境質量較差；反之指數數值越小，表示污染程度較輕，環境質量較好[9-10]。計算方法見公式(1)。

(1)

公式中：

P-區域(或河流)平均綜合污染指數；

Pj-第j個斷面的平均綜合污染指數；

Pi-第i個因子的污染指數；

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-區域內的監測斷面數；

n-評價因子數。

1.3.3 承載力指數計算

水環境承載力評價指標體系包括水質時間達標率和水質空間達標率兩個評價指標，反映評價區域內水質在時間和空間尺度上的達標情況。參照2020年10月17日，生態環境部印發的《關于開展水環境承載力評價工作的通知》(環辦水體函〔2020〕538號)中的《水環境承載力評價方法(試行)》[11]，開展安陽市水環境承載能力現狀評價。

水質時間達標率(A1)定義：反映評價區域內水質在時間尺度上的達標情況，是所有斷面(點位)水質時間達標率的算術平均值。斷面(點位)水質時間達標率指在一年內不同時期水質達標次數占總監測次數的百分比。

水質空間達標率(A2)定義：反映評價區域內水質在空間尺度上的達標情況，指區域內年度達標斷面(點位)個數占斷面(點位)總個數的百分比。

水環境承載力指數(Rc)的計算方法見公式(2)。

(2)

公式中：

A1：水質時間達標率；

A2：水質空間達標率。

水環境承載力指數越大，表明區域水環境系統對社會經濟系統支持能力越強。根據評價區域水環境承載力指數大小，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，判定該區域為超載狀態；當70≤Rc<90時，判定該區域為臨界超載狀態；當Rc≥90時，判定該區域為未超載狀態[12]。

2 結果與討論

2.1 金堤河水環境質量現狀

2021年，金堤河共布設濮陽大韓橋1個地表水監測斷面，綜合污染指數為0.363，在全市主要的10條河流中排名第6，與2020年相比平均綜合污染指數上升幅度最大，為47.8%；全年水質類別符合Ⅳ類，水質狀況為輕度污染，與2020年相比，金堤河水質類由Ⅲ類轉為Ⅳ類，水質狀況有所變差。詳見圖2。

圖2 安陽市地表水河流水質狀況圖Fig.2 River water quality in Anyang City

2.2 金堤河水環境承載分析

參照《水環境承載力評價方法(試行)》，對安陽市主要的10條河流進行承載力評價，結果顯示，2021年安陽市茶店河、露水河、安陽河、淇河、粉紅江、硝河、衛河7條河流承載力狀態均為未超載狀態，湯河、洪河2條河流承載力狀態均為臨界載狀態，僅金堤河水環境承載力指數Rc<70，河流承載力狀態為超載狀態。詳見圖3。

圖3 2020～2021年安陽市水環境承載力分析圖Fig.3 Analysis diagram of water environment carrying capacity of Anyang City from 2020 to 2021

2.3 汛期水質狀況

金堤河流域位于中緯度地帶，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，夏季受西太平洋副熱帶高壓控制，雨量多且集中；冬季和春季受西伯利亞冷高壓

圖4 安陽市滑縣逐月降水量統計圖Fig.4 Statistical map of monthly precipitation in Hua County，Anyang City

控制，雨雪稀少，風多干冷，流域多年平均降水量為556mm[13]。2021年7～10月份，安陽市出現多次強降雨過程，其中滑縣降水量達到1214.2mm，是歷年同期降水量的3.2倍，占全年降水量的84.0%，是多年流域平均降水量的2.2倍，詳見圖4。

2021年汛期強降水導致金堤河出現超警洪水，河流水質出現持續性惡化，豐水期中8月水質類別符合Ⅳ類，為輕度污染，7月、9月、10月3個月水質類別均符合Ⅴ類，為中度污染，且豐水期的高錳酸鹽指數、生化需氧量、氨氮、總氮、總磷卻為三個水期的最高濃度值，化學需氧量豐水期和平水期持平，2021年濮陽大韓橋斷面豐水期濃度值與枯水期濃度值相比，氨氮增加338.9%、總磷增加328.4%、生化需氧量增加120.2%、總氮增加86.1%、高錳酸鹽指數增加78.4%、化學需氧量增加36.3%。而對比2017年至2020年金堤河濮陽大韓橋斷面數據整體是平水期和枯水期水質相對較差。數據詳見圖5。(備注：枯水期K為12～3月，平水期P為4～6月，豐水期F為7～10月。)

圖5 2017～2021年金堤河水期主要污染因子統計表Fig.5 Statistical of main pollution factors in Jinti River water period from 2017 to 2021

2021年僅金堤河未達到目標要求，年度水質類別符合Ⅳ類，為輕度污染，超標因子為生化學需氧量、高錳酸鹽指數、化學需氧量，分別超Ⅲ類標準0.2倍、0.1倍、0.05倍，平均綜合污染指數為0.363，在安陽市11條河流水質中排名為第7，豐水期污染對全年的污染貢獻最大，污染負荷比為43.3%，其次為枯水期，污染負荷比為33.7%，平水期污染負荷最低，為23.0%，影響平均綜合污染指數因子為生化需氧量，詳見圖6。

2.4 廢水排放分析

濮陽大韓橋斷面是金堤河在滑縣境內的唯一的一個國考斷面，斷面匯水范圍主要涉及滑縣的19個鄉鎮，匯水面積約1530.21km2；該匯水范圍內的污染物排放主要來自污水處理廠排污以及農業面源污染。

滑縣產業集聚區污水處理廠、滑縣清源污水處理有限公司2個污水設計處理規模6萬噸/日，2020年處理負荷為93.6%，但2021年總處理負荷已接近110%，尤其是滑縣清源污水處理近兩年均超負荷運轉，詳見圖7。

據第二次全國污染源普查數據顯示滑縣工業廢水排放量占全市的16.4%，但總磷、總氮、氨氮3項主要污染因子均集中在滑縣。其中總磷排放量占工業源總排放量的45.1%，氨氮排放量占工業源總排放量的32.9%，總氮排放量占工業源總排放量的32.8%，化學需氧量排放量占工業源總排放量的29.2%[14-15]，詳見表1。

表1 安陽市第二次全國污染源普查工業廢水排放占比統計表 Tab.1 Industrial wastewater discharge proportion of the second national pollution source survey in Anyang City

但因歷史原因滑縣雨污分流不徹底，管網仍在存在混接及亂接，雨天會造成大量外水流入污水系統，加上部分管網老化，存在滲漏情況，水外泄，可能導致河道監控斷面水質超標，2021年7月23日至31日對滑縣產業集聚區污水處理廠下游、滑縣清源污水處理有限公司下游共開展14次監測，其中總磷均超Ⅲ類標準，最大值為1.06mg/L，超標4.3倍，化學需氧量超標率為85.7%，氨氮超標率為78.6%。詳見表2。

表2 2021年汛期滑縣污染水處理廠下游監測結果統計表Tab.2 Monitoring results of downstream polluted water treatment plant in Hua County in flood season in 2021

2.5 農業面源分析

隨著水污染防治攻堅戰的深入開展對入河排污口等點源污染監管力度的顯著增強，以點源污染形式輸出的污染物已得到有力的控制，而以面源污染形式流失的污染物占受納水體負荷比例逐漸提高，成為影響水功能區達標的主要因子?；h為農業大縣，素有“豫北糧倉”之稱，是全國最大的小麥生產縣、河南第一產糧大縣，2021年種植糧食面積為135314.1公頃，占全市耕地面積的33.1%[16]，詳見圖8。

圖8 2021年安陽市各縣市區耕地面積占比圖Fig.8 The proportion of cultivated land area in Anyang City by county in 2021

農業化肥、農藥過量使用，導致土壤自我凈化與自我修復能力持續下降，進而導致種植業面源污染問題突出，依據第二次全國污染源普查，滑縣農業面源排放的氨氮、總氮、總磷占比均在33%左右[15]，在全市9個縣市區中均排名第1，詳見圖9。地表徑流是流域污染物輸出主要驅動力，尤其是當降水量較大時，水土流失較為嚴重，地形地貌和土壤植被主要通過降雨和地表徑流影響面源污染，對面源污染有重要影響的是降水量和降雨強度，其大小直接影響著徑流量的大小，進而影響面源污染的程度。

圖9 安陽市各縣市區農業面源排放占比圖Fig.9 Proportion of agricultural non-point source emissions in Anyang City

3 結論及建議

2021年安陽市8個省控責任目標斷面中金堤河濮陽大韓橋斷面是唯一未達到目標要求的斷面，綜合污染指數為0.363，年度水質類別符合Ⅳ類，為輕度污染，與2020年相比，金堤河水質類由Ⅲ類轉為Ⅳ類，水質狀況有所變差。2021年汛期強降水導致金堤河出現超警洪水，河流水質出現持續性惡化，豐水期中8月水質類別符合Ⅳ類，為輕度污染，7月、9月、10月3個月水質類別均符合Ⅴ類，為中度污染。而2021年中共中央國務院印發《黃河流域生態保護和高質量發展規劃綱要》，足見國家對于黃河流域生態保護的重視，更是把“十四五”金堤河大韓橋水質目標提升為Ⅲ類，金堤河水環境質量改善壓力較大。為有效改善金堤河水環境質量，提升黃河流域水生態文明建設，提出以下建議：

(1)提升縣城區污水處理能力?；h現有的2個污水設計處理符合已達到90%以上，尤其是滑縣清源污水處理有限公司，實際運行負荷已接近110%。無法滿足城市遠期發展，“十四五”要加快完成設計規模為5萬t/d地滑縣第三污水處理廠建設，同時克服縣城經濟承受能力較弱，資金不足問題，并開展管網混錯接改造、破損修復等工作。積極推進污水配套管網及雨污分流系統改造，充分結合城建計劃、老舊小區改造、河道整治等相關工程一同實施對局部混接、錯接、漏接的排水管道進行改造，做到雨污分流[17-18]。

(2)加大農村面源污染防治。根據水環境容量和國內外農村面源污染控制的規程和標準，制定合理的農業發展規劃；通過激勵機制，加強生物防控技術、高效低毒農藥的推廣，合理配置肥料資源，做到肥料減量、定性、定量化使用；落實責任，建立分工協助齊抓共管工作機制。將農村面源污染防治納入政府重點工作，建立政府統一領導、各部門分工協助、全社會共同參與的工作機制；加大宣傳力度，提高農村面源污染治理意識，充分調動農民參與農業面源污染防治的積極性和主動性[19～21]。

(3)深入推進農村生活污水治理。農村生活污水處理設施存在明顯短板?；h多數鄉鎮及農村地區基本未實現生活污水集中收集處理，農村污水處理設施缺口大。農村生活污水直排問題較多，“十四五”期間，按照“分散收集，集中處理”的原則，收集處理廣大農村地區的生活污水，建立鄉鎮污水處理廠收集處理為主，中心村處理廠處理為輔的處理模式[22-23]，實施滑縣18個鄉鎮污水處理工程項目，優先治理鄉鎮政府所在地、臨近金堤河及主要支流村莊，逐步實現流域內農村生活污水處理全覆蓋。

(4)持續開展金堤河等主要河流入河排污口的排查整治工作。對金堤河沿線新發現、未納入臺賬的入河排污口按照分類管理的原則，實施對應的整治措施。對非法設置的入河排污口限期拆除封堵；對合法設置的入河排污口實施規范化建設，開展入河排污口的監測工作，規范設置標識牌，安裝一體化水質監測和視頻監控設備[24]。直排廢水企業外排廢水執行《河南省黃河流域水污染物排放標準》(DB41/2087-2021)。

(5)加強水質預警監測。把汛期監測與各類常規監測結合起來進行，發現水質異常立即加密監測，及時分析水質異常原因。同時加強水質監測質量保證和質量控制工作，確保監測數據真實、準確，及時掌握汛期水質狀況及變化趨勢，科學評估汛期強降雨對水環境質量的影響[25]。

(6)積極開展河流生態修復工作。金堤河白道口鎮段為重點，推動河湖岸線修復試點工作，加強生態緩沖帶攔截污染、凈化水體、提升生態系統完整性等功能。逐步建設配套的污水收集管網及暫存池，使用污水罐車收集暫存池的就近進入污水處理廠處理。