2008—2013年全國地表水高錳酸鹽指數(shù)污染特征分析

林蘭鈺，張建輝，周 磊，張殷俊，史 宇，康曉風(fēng)

中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100012

高錳酸鹽指數(shù)是與主要污染物總量減排約束性指標(biāo)之一的化學(xué)需氧量相關(guān)聯(lián)的環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)，分析高錳酸鹽指數(shù)的時空變化規(guī)律，有助于判斷總量減排對地表水環(huán)境質(zhì)量的影響。2008、2013年分別處于“十一五”和“十二五”2個時期的中期，而2010年是2個時期的連接年，分析2008—2013年間的高錳酸鹽指數(shù)變化情況及原因，對于總量減排的繼續(xù)實(shí)施和環(huán)境質(zhì)量的改善具有一定借鑒意義。

目前國內(nèi)外對高錳酸鹽指數(shù)單一指標(biāo)進(jìn)行長時間序列、大范圍尺度的研究還非常少。國外未見對高錳酸鹽指數(shù)或COD的單獨(dú)評價，往往是從水質(zhì)評價方法和模型的角度出發(fā)研究不同評價指標(biāo)體系、統(tǒng)計(jì)方法在水質(zhì)評價中的應(yīng)用［1-6］;國內(nèi)則更多地關(guān)注小流域范圍內(nèi)多指標(biāo)的水質(zhì)綜合變化趨勢分析，多側(cè)重于時間序列的變化［7-13］。

筆者從時間尺度上分析了2008—2013年全國地表水338個可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)濃度和污染水平的變化趨勢，從空間尺度上分析了全國地表水高錳酸鹽指數(shù)流域分布特征和空間分異規(guī)律。在歸納總結(jié)時空變化特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合污染排放和水資源情況對變化原因和空間格局成因進(jìn)行了分析，以期為地表水高錳酸鹽指數(shù)污染的進(jìn)一步改善提供可借鑒的依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源

選取全國地表水10大流域338個可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù) 2008—2013年的監(jiān)測數(shù)據(jù)［14］。338個可比國控?cái)嗝姘ㄩL江流域74個斷面，黃河流域33個斷面，珠江流域23個斷面，松花江流域32個斷面，淮河流域46個斷面，海河流域45個斷面，遼河流域30個斷面，浙閩片河流24個斷面，西北諸河16個斷面，西南諸河15個斷面(圖1)。選取的斷面兼具評價時間段的數(shù)據(jù)可比性，分析結(jié)果能夠代表全國地表水的總體特征。全國及各流域水資源數(shù)據(jù)來源于水利部水資源公報(bào)［15］，COD納污量數(shù)據(jù)來源于中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)［16］和中國環(huán)境狀況公報(bào)［17］。

圖1 2008—2013年可比國控?cái)嗝?0大流域分布示意圖

2 污染特征分析

2.1 時間變化特征

2008—2013年全國地表水338個可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 2008—2013年可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

由表1可見，2008—2013年，全國地表水338個可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)平均濃度依次為5.9、5.0、4.9、4.6、4.2、4.0 mg/L，均達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，且呈逐年下降趨勢。2013年與2008年相比，高錳酸鹽指數(shù)平均濃度下降了1.9 mg/L，降幅為32.2%。

2008—2013年，高錳酸鹽指數(shù)年均濃度最小值穩(wěn)定在0.7～1.0 mg/L;最大值由67.9 mg/L降至21.2 mg/L，極差逐年減小，由67.1 mg/L降至20.4 mg/L。可見，高錳酸鹽指數(shù)污染嚴(yán)重?cái)嗝娴奈廴境潭让黠@減輕。

2008—2013年，高錳酸鹽指數(shù)年均濃度變異系數(shù)由1.34降至0.72，表明各斷面高錳酸鹽指數(shù)年均濃度分布越來越均衡，斷面之間污染程度的差異越來越小。

2008—2013年可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)平均濃度分布見圖2。

圖2 2008—2013年可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)年均濃度分布

從圖2來看，2008年可比國控?cái)嗝婺昃鶟舛葹?.8～67.9 mg/L，主要集中在0～8.0 mg/L，占斷面總數(shù)的84.3%;其中，介于2.0～4.0 mg/L的斷面數(shù)量最多，占40.8%。2010年的年均濃度為0.9～53.0 mg/L，主要集中在0～6.0 mg/L，占斷面總數(shù)的77.5%;其中，介于2.0～4.0mg/L的斷面數(shù)量最多，占38.5%。2013年的年均濃度為0.8～21.2 mg/L，主要集中在0～6.0 mg/L，占斷面總數(shù)的82.0%;其中，介于2.0～4.0 mg/L的斷面數(shù)量最多，占37.0%。

2008—2013年高錳酸鹽指數(shù)年均濃度介于0～4.0 mg/L的斷面比例穩(wěn)定在60%左右，年均濃度介于4.0～6.0 mg/L的斷面比例由15.1%升至21.0%，年均濃度大于15.0 mg/L(劣Ⅴ類)的斷面比例由6.5%降至1.5%，下降5.0個百分點(diǎn)。

圖3顯示了2008、2013年可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)年均濃度變化情況。

圖3 2013年與2008年相比可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)年均濃度變化情況

從圖3來看，2013年與2008年相比，有99個斷面高錳酸鹽指數(shù)年均濃度上升，上升幅度為0.1～3.8 mg/L，平均上升0.7 mg/L;有13個斷面高錳酸鹽指數(shù)濃度持平;有226個斷面高錳酸鹽指數(shù)年均濃度下降，下降幅度為0.1～49.6 mg/L，平均下降3.1 mg/L。

利用Speraman秩相關(guān)系數(shù)對338個可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)變化趨勢和顯著性特征進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。

表2 2008—2013年可比國控?cái)嗝娓髁饔蚋咤i酸鹽指數(shù)水質(zhì)類別比例分布

由表2可見，2008—2013年，234個斷面高錳酸鹽指數(shù)年均濃度呈下降趨勢，占69.2%，其中64個斷面呈顯著下降趨勢(P=0.05);104個斷面呈上升趨勢，占30.8%，這些斷面在10大流域均有分布，且多分布在各流域支流上，其中16個斷面呈顯著上升趨勢(P=0.05)，分布在長江(8個)、珠江(1個)、松花江(1個)、淮河(2個)、遼河(1個)、浙閩片河流(1個)和西南諸河(2個)。可見，高錳酸鹽指數(shù)污染總體有所減輕，但仍有近三分之一的斷面污染有不同程度加重。

2.2 空間分布特征

從污染分布來看，2008—2013年，10大流域中，長江、珠江、浙閩片河流、西北諸河和西南諸河污染較輕，高錳酸鹽指數(shù)平均濃度范圍為1.9～3.1 mg/L;黃河、松花江、淮河和遼河流域次之，高錳酸鹽指數(shù)平均濃度范圍為4.2～8.2 mg/L;海河流域污染較重，高錳酸鹽指數(shù)平均濃度范圍為6.8～14.0 mg/L。2008—2013年，長江、珠江、淮河、浙閩片河流、西北諸河和西南諸河高錳酸鹽指數(shù)均無劣Ⅴ類水質(zhì)斷面，黃河和海河均有劣Ⅴ類水質(zhì)斷面，松花江和遼河個別年份出現(xiàn)劣Ⅴ類水質(zhì)斷面。

從污染程度變化來看，2008—2013年，長江、珠江、松花江、淮河、浙閩片河流、西北諸河和西南諸河高錳酸鹽指數(shù)平均濃度較為穩(wěn)定，長江、珠江、浙閩片河流、西北諸河和西南諸河的高錳酸鹽指數(shù)平均濃度在1.9～3.1 mg/L之間波動變化，淮河流域在5.0～5.7 mg/L之間波動變化，松花江流域在6.1～7.1 mg/L之間波動變化。遼河、黃河和海河流域高錳酸鹽指數(shù)污染程度明顯減輕，遼河流域由7.2 mg/L降至4.4 mg/L，降幅為38.9%;黃河流域由8.2 mg/L降至4.2 mg/L，降幅為48.8%;海河流域由14.0 mg/L降至6.8 mg/L，降幅為51.4%(圖4)。

圖4 2008—2013年可比國控?cái)嗝娓髁饔蚋咤i酸鹽指數(shù)平均濃度年際變化

2.3 重點(diǎn)斷面變化情況

2.3.1 污染較重?cái)嗝?/p>

2008年，可比國控?cái)嗝嬷杏?2個斷面高錳酸鹽指數(shù)年均濃度超過15 mg/L，為劣Ⅴ類，污染嚴(yán)重。分布于海河、黃河、遼河和松花江流域，其中海河流域高錳酸鹽指數(shù)污染嚴(yán)重的斷面最多，為13個。22個斷面高錳酸鹽指數(shù)年均濃度范圍為15.6～67.9 mg/L，平均濃度為30.8 mg/L;其中，海河流域污染嚴(yán)重?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)年均濃度均大于19.3 mg/L。

2013年，上述22個斷面的高錳酸鹽指數(shù)年均濃度范圍為 4.4～21.2 mg/L，平均濃度為10.7 mg/L。其水質(zhì)類別也有所變化(表3)。其中，2個斷面的水質(zhì)好轉(zhuǎn)為Ⅲ類，9個斷面好轉(zhuǎn)為Ⅳ類，6個斷面好轉(zhuǎn)為Ⅴ類，5個斷面仍為劣Ⅴ類，4個斷面分布于海河，1個斷面分布于黃河。總體上看，2008—2013年全國可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)嚴(yán)重?cái)嗝嫖廴境潭让黠@減輕，污染嚴(yán)重?cái)嗝鏀?shù)明顯減少。

表3 2008年高錳酸鹽指數(shù)污染嚴(yán)重?cái)嗝?013年變化情況

2.3.2 污染較輕斷面

2008年，可比國控?cái)嗝嬷杏?48個斷面高錳酸鹽指數(shù)年均濃度低于6 mg/L，為Ⅰ ～Ⅲ類，水質(zhì)優(yōu)良。其年均濃度范圍為0.8～6.0 mg/L，平均濃度為2.9 mg/L。10大流域均有分布，其中浙閩片河流、西南諸河和西北諸河所有斷面高錳酸鹽指數(shù)濃度均為Ⅰ～Ⅲ類。

2013年，上述248個斷面高錳酸鹽指數(shù)年均濃度范圍為0.8～9.1 mg/L，平均濃度2.8 mg/L。其水質(zhì)類別變化情況見表4。其中，242個斷面保持Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)，6個斷面惡化為Ⅳ類。4個斷面分布于松花江，1個斷面分布于淮河，1個斷面分布于浙閩片河流。總體上看，2008—2013年全國可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)污染較輕斷面水質(zhì)基本保持穩(wěn)定。

表4 2008年高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)優(yōu)良斷面2013年變化情況

2.4 污染變化原因

2.4.1 時序變化分析

2008—2013年全國可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)與COD排放量變化見圖5。

圖5 2008—2013年全國可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)與COD排放量變化

由圖5可見，與2008年相比，2013年全國COD排放量下降8.4%，全國可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)平均濃度下降32.2%，高錳酸鹽指數(shù)Ⅰ～Ⅲ類斷面比例上升8.9個百分點(diǎn)，劣Ⅴ類斷面比例下降5.0個百分點(diǎn)。隨著COD排放量的減少，地表水高錳酸鹽指數(shù)污染減輕，兩者表現(xiàn)出同步變化趨勢。

2.4.2 空間格局分析

2008—2012年10大流域平均水資源量和COD的納污情況見表5。

表5 2008—2012年10大流域平均水資源量和COD納污情況

由表5可見，2008—2012年，各流域平均COD納污量較高的前5位依次為長江、珠江、黃河、淮河和海河，平均COD納污量分別為423.1、175.1、124.6、115.2、112.1 萬噸，占 10 大流域COD納污總量的比例分別為34.2%、14.1%、10.1%、9.3%和9.1%。各流域平均水資源量較少的前5位依次為海河、遼河、黃河、淮河和松花江，平均水資源量分別為 324.3、522.0、681.4、889.7、1 365.1億立方米，占10大流域總量的比例分別為1.2%、1.9%、2.5%、3.3和5.0%。綜上，各流域平均單位水資源量COD納污量排在前5位的依次為海河、黃河、淮河、遼河和松花江，尤其是海河平均單位水資源量COD納污量高達(dá)3 587.6噸/億立方米。上述5大流域的水資源量僅占全國13.9%卻接納了全國76.8%的COD排放量，其納污量較高、水資源嚴(yán)重短缺造成了水體自凈能力減弱，是流域污染較重的重要原因。

3 結(jié)論

1)2008—2013年，全國地表水可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)平均濃度均達(dá)標(biāo)，且呈逐年下降趨勢，但年均濃度中位數(shù)變化不大，兩者差距逐年減小。說明高錳酸鹽指數(shù)總體污染程度有所減輕，且污染嚴(yán)重?cái)嗝娴奈廴境潭让黠@減輕。

2)2008—2013年，可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)年均濃度介于2.0～4.0 mg/L的斷面數(shù)量均為歷年最多，比例范圍介于37% ～41%。說明斷面主體高錳酸鹽指數(shù)污染程度較輕。

3)2013年與2008年相比，絕大部分?jǐn)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)年均濃度下降，污染減輕;但尚有近三分之一的可比國控?cái)嗝娓咤i酸鹽指數(shù)年均濃度上升，污染加重，應(yīng)引起充分重視。

4)2008—2013年，污染嚴(yán)重的斷面主要分布在海河流域，這與海河流域COD接納量較高、水資源總量較少有直接關(guān)系，海河流域的單位水資源COD負(fù)荷為10大流域之首，應(yīng)進(jìn)一步多舉措并行嚴(yán)控COD排放。

［1］Monika C，Marek W，Maria B，et al.Application of physicochemical data for water-quality assessment of watercourses in the Gdansk Municipality(South Baltic coast) ［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2012，184(4):2 017-2 029.

［2］Prakash R K，Seockheon L，Sushil R K，et al.Spatialtemporal variation and comparative assessment of water qualities of urban river system:a case study of the river Bagmati［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2007，129(1-3):433-459.

［3］Patrick D，Ricardo F，Roberto U，et al.Evaluation of water quality in the Chillán River(Central Chile)using physicochemical parameters and a modified water quality index［J］.Environmental Monitoring and Assessment，2005，110(1-3):301-322.

［4］Nurtac O，Bayram T.Water quality assessment of the Mudurnu River，Turkey，using biotic indices［J］.Water Resources Management，2011，25(10):2 487-2 508.

［5］Chang-Soo R.Characterization of water quality in Kansas river using multivariate analysis［J］.KSCE Journal of Civil Engineering，1998，2(2):153-162.

［6］Rabia K，Bulent S，Bayram T.Water quality assessment using multivariate statistical methods—A case study:melen river system(turkey)［J］.Water Resources Management，2010，24(5):959-978.

［7］劉允，孫宗光.2001-2012年全國水環(huán)境質(zhì)量趨勢分析［J］.環(huán)境化學(xué)，2014，33(2):286-291.

［8］彭躍.COD減排現(xiàn)狀與水環(huán)境改善的響應(yīng)關(guān)系研究［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014，5:241-244.

［9］時文靜，卞新民，張尚清，等.江蘇省農(nóng)村地表水功能區(qū)水環(huán)境高錳酸鹽指數(shù)評價與空間分析［J］.江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39(2):460-463.

［10］顧佳萍，葛元新.六磊塘2005—2012年水質(zhì)變化趨勢分析［J］.環(huán)境與發(fā)展，2014，26(1):185-189.

［11］陳亞萍，康永祥.渭河干流陜西段水體中 CODMn，NH3-N的時空變化特征［J］.水土保持通報(bào)，2006，26(4):48-51.

［12］岳彩英，魏麗娜.內(nèi)蒙古河流水質(zhì)污染特征分析［J］.北方環(huán)境，2013，25(9):52-55.

［13］喬俊，陳希堯，孟雙明，等.松花江黑龍江段水質(zhì)評價及變化趨勢分析［J］.山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，29(6):31-33.

［14］環(huán)境保護(hù)部.2008—2012年中國環(huán)境質(zhì)量報(bào)告［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2009-2013.

［15］水利部.2008—2012年中國水資源公報(bào)［R］.北京:水利部，2009-2013.

［16］環(huán)境保護(hù)部.2008—2012年中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)［M］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2009-2013.

［17］環(huán)境保護(hù)部.2008—2013中國環(huán)境狀況公報(bào)［R］.北京:環(huán)境保護(hù)部，2009-2014.