漢丹江(陜西段)水質變化特征分析

王 蕾，關建玲，姚志鵬，丁 強，羅儀寧，程俊俠

1．陜西省環境監測中心站，陜西 西安 710054

2．中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012

南水北調中線工程是優化配置中國水資源，解決中國北方水資源嚴重短缺的特大型調水工程之一［1］，陜西省漢丹江流域位于其供水水源地丹江口水庫的上游，承擔著70%以上的供應水量，是南水北調中線的主要水源涵養區［2］。作為丹江口水庫的主要來水水源，陜西省漢江、丹江水體環境質量是南水北調中線工程順利實施的前提和保障。近年來漢丹江(陜西段)區域經濟社會發展和城鎮化進程不斷加快［3］，流域水環境狀況受到廣泛關注，而已有文獻針對漢丹江(陜西段)的水質評價研究僅限于南水北調工程論證時期［4］及建設初期的水質狀況［5］，目前針對漢丹江(陜西段)水質變化特征的研究鮮見報道［6］?；跐h丹江(陜西段)水質常規監測資料、區域環境統計及污染源普查數據，結合實地調研結果，全面分析該河段水質變化特征及水污染源特征，以期為南水北調中線水源水環境質量保障和水資源利用提供參考。

1 研究區域和數據來源

漢丹江(陜西段)位于陜西省南部的秦巴山地，流域總面積約6.5萬平方千米，由西向東主要流經漢中、安康、商洛3市27個縣(區)。漢江干流(陜西段)為631 km，流域面積為25 691 km2;丹江是漢江最長的支流，發源于陜西省商洛鳳冠山南麓，出陜西后在湖北省丹江口市與漢江交匯進入丹江口水庫，丹江干流(陜西段)為248 km，流域面積為6 995 km2。

采用2008—2012年漢丹江(陜西段)干流14個監測斷面的常規監測數據，以《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項指標為評價指標，對該河段水質狀況進行考察。監測頻次為1次/月，監測項目分析方法依據《水和廢水監測分析方法》(第四版)［7］。各監測斷面名稱和位置見圖1。

圖1 漢丹江(陜西段)水體監測斷面位置示意圖

2 研究方法

2.1 水質評價方法

單因子評價法:用河流斷面各監測項目的監測結果對照該項目分類標準，確定水質類別，即低于或等于某類標準限值時評價為達到某類標準;在所有項目的水質類別中選取水質最差類別作為斷面水體的水質類別。河流水質評價采用斷面水質類別比例法，即按照環保部《關于印發“地表水環境質量評價辦法(試行)”的通知》(環辦［2011］22號)中河流水質類別比例與水質定性評價分級的對應關系描述河流水質狀況。

平均綜合污染指數法［8］:對斷面或河流水體污染物產生的水質影響進行綜合評價，定量描述總體污染狀況。其計算公式為

式中:Ci為監測值;Si為標準值，取《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)的Ⅲ類標準限值;n為評價指標的個數;Pi為第i項指標的污染分指數;P為平均綜合污染指數。文中未檢出監測項目以檢出限值參與計算。

2.2 變化趨勢研究方法

Spearman秩相關系數法。具體計算按照環保部“地表水環境質量評價辦法(試行)”進行。

3 結果與討論

3.1 漢丹江(陜西段)水質時間變化特征

2008—2012年漢丹江(陜西段)水體綜合污染狀況逐月變化趨勢見圖2。

圖2 漢丹江(陜西段)平均綜合污染狀況逐月變化

由圖2可見，漢江(陜西段)水質綜合污染狀況時間序列曲線呈現不規則振動波型變化，且振動幅度逐年減小，年內變化特征各異，沒有一致的規律性。丹江(陜西段)2008—2009年綜合污染指數較高，且2008年有上升趨勢，2009年趨于下降;2010—2012年綜合污染指數變化幅度不大，水質狀況基本保持穩定;結合丹江降水監測數據發現，丹江(陜西段)2008—2009年非汛期綜合污染指數高于汛期，這是由于丹江水量較小，污染較嚴重時降雨對污染物的稀釋作用較為顯著。

2008—2012年漢丹江(陜西段)水體綜合污染狀況年際變化見表1。

表1 漢丹江(陜西段)平均綜合污染狀況年際變化

由表1可見，漢江、丹江水質綜合污染狀況均呈下降趨勢，其中漢江下降趨勢顯著。漢江、丹江2008年水質綜合污染狀況相當，2012年丹江水體平均綜合污染指數大于漢江，顯示漢江水質整體優于丹江。

3.2 漢丹江(陜西段)水質空間分布特征

以2012年漢丹江流域(陜西段)水體綜合污染狀況為例分析漢丹江(陜西段)干流綜合污染狀況(圖3)。

圖3 2012年漢丹江(陜西段)干流綜合污染狀況沿程變化

由圖3可見，漢丹江(陜西段)各斷面水質具有明顯的空間差異性和區域分布特征，漢江漢中段呈現明顯的拋物線型變化，漢江源頭代表斷面烈金壩平均綜合污染指數最低，沿程經梁西渡、南柳渡斷面明顯增加，到漢中市城鎮集中區蒙家渡斷面達到最大值，隨后經黃金峽至安康段石泉Ⅰ、安康Ⅰ斷面降至最低點，其后經安康市城鎮集中區到白河Ⅱ陜西出境斷面又有所上升;從丹江沿程分布看，丹江上游斷面峽口平均綜合污染指數最低，其后平均綜合污染指數持續增加，在商洛市商州城區張村達到最大，最后至下游丹鳳下斷面略有降低。

以2012年Landsat TM影像為數據源，使用ArcGIS和ENVI軟件對陜西省漢丹江流域進行土地利用分類，如圖4所示。

圖4 2012年漢丹江流域(陜西段)土地利用情況

由圖4可見，漢中污染嚴重的河段土地利用類型多為耕地和居民點及工礦地，黃金峽、石泉Ⅰ、安康Ⅰ斷面所處河段周邊多為林地和草地，污染來源明顯減少，河流自凈能力彰顯。漢丹江(陜西段)水質空間分布總體呈現城區污染大于郊區，在各行政區段河流下游水質污染均大于上游的特點。

根據單因子評價結果，2012年陜西省境內漢江干流9個斷面中列金壩水質狀況為Ⅰ類，南柳渡為Ⅲ類，其他7個斷面為Ⅱ類;丹江5個斷面中峽口和構峪口水質狀況為Ⅱ類，其余3個斷面為Ⅲ類，均符合相應水質功能區劃標準。根據環保部“地表水環境質量評價辦法(試行)”中河流水質類別比例與水質定性評價分級的對應關系，漢丹江(陜西段)水質均為優。根據2012年漢江、丹江各斷面21項水質指標的監測結果可知，漢江、丹江水質均為中性偏堿;五日生化需氧量、石油類、汞、鉛、砷、鎘、六價鉻、硒、銅、鋅、氟化物、揮發酚、氰化物、陰離子表面活性劑和硫化物在各斷面年均值及月測定值均為Ⅰ類，說明漢丹江水質不受或受這些指標所代表的污染物影響較小;溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、氨氮和總磷在部分斷面年均值為Ⅱ類或Ⅲ類，個別斷面的氨氮月測定值為Ⅵ類，存在偶然超標現象，說明影響漢丹江水質的主要因子為有機污染因子和營養鹽因子。

值得注意的是，漢江南柳渡斷面用單因子評價法評價結果為Ⅲ類(氨氮為Ⅲ類)，是漢江干流水質類別最差斷面，而根據平均綜合污染指數法評價時，位于南柳渡下游的蒙家渡斷面水體綜合污染狀況最差，對比各水質指標發現，蒙家渡斷面氨氮為Ⅱ類，但其他指標(如高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、化學需氧量、總磷、揮發酚、氰化物、砷、汞等)年均值均較南柳渡斷面高。

3.3 漢丹江(陜西段)水污染源特征及水質變化原因

據研究，河流污染一般來自工業廢水和城鎮生活污水排放［9］、城市地表徑流［10］、水土流失［11］、農田排水［12］及干濕沉降［13］等。根據 2012年陜西省環境統計數據，陜西省境內漢丹江流域接納的污廢水主要為城鎮生活污水(79.03%)和工業廢水(20.77%);流域接納的化學需氧量有86.11%來自城鎮生活源(47.84%)和農業源(38.27%)，氨氮有 84.46%來自城鎮生活源(46.89%)和農業源(37.57%)，總磷有73.40%來自農業源，這說明城鎮生活源和農業面源是影響漢丹江(陜西段)水質的主要污染源，是目前該流域水質安全保障防控的重點。漢丹江流域(陜西段)工業污染源化學需氧量和氨氮排放量分別占流域總排放量的11.50%和13.97%，流域內金屬礦采選和冶煉、氮肥制造、黃姜皂素加工、繅絲加工以及農副食品加工行業的廢水排放量占流域工業總排放量的77.22%，化學需氧量和氨氮排放量分別占流域工業總排放量的78.14%和80.81%。由此可見，漢丹江流域(陜西段)工業污染物排放量占比相對較小且排放行業較為集中。

近年來，隨著陜西省《丹江口庫區及上游水污染防治和水土保持“十二五”規劃》及《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》的實施，漢丹江流域(陜西段)污染源得到控制:①流域內城鎮污水處理廠建設加快，2008年僅有3家市級污水處理廠投運，2012年則增至16家，污水處理能力由2008年的1.9×105m3/d增加至2012年的3.6×105m3/d，使得城鎮生活源污染物入河排放量減少;②流域內生態環境綜合整治力度不斷加大，生態濕地、綠化造林等水土保持項目有序開展，截至2011年底治理水土流失面積1.24萬平方千米，退耕還林逾千萬畝［14］;③流域內關、停、并、轉、遷了300多家不符合國家產業政策、污染嚴重的企業和礦產資源開發項目，全面實施污染物總量控制和排污許可證制度，同時完善建制鎮及工業園區、移民集中居住區環保設施，有效控制了流域內點源污染物的排放量;④農業畜禽養殖規?；皬U物資源化利用的生態環保養殖模式、農田有機肥代替化肥使用使得漢江、丹江入河農業污染物減少。另外，近年來漢丹江流域(陜西段)用水量基本不變，但漢江、丹江的年徑流量總體呈增加趨勢(表2)，水量有所保障，這些因素共同促進了漢丹江(陜西段)綜合污染水平的下降。

表2 漢丹江流域(陜西段)水資源利用情況年際變化108m3

4 結論

1)2008—2012年漢丹江(陜西段)水質綜合污染狀況總體呈下降趨勢。漢江(陜西段)水質綜合污染狀況逐年減輕，下降趨勢顯著，年內變化無規律;丹江(陜西段)2008年水質綜合污染狀況有上升趨勢，2009年趨于下降，2010年以后水質狀況基本保持穩定。

2)2012年漢丹江(陜西段)水質綜合污染狀況空間差異和區域分布特征明顯，漢江漢中段污染大于安康段，漢丹江水質空間分布總體呈現城區段污染大于郊區，各行政區段河流下游污染大于上游的特點。漢丹江(陜西段)流域斷面水質以Ⅱ類、Ⅲ類為主，水質總體為優，影響漢江、丹江水質的主要因子為有機污染因子和營養鹽污染因子。

3)漢丹江(陜西段)水污染源主要來自城鎮生活源和農業面源，工業污染源占比不大，但行業特點明顯，主要集中在金屬礦采選和冶煉、氮肥制造、黃姜皂素加工、繅絲加工和農副食品加工行業。

［1］李思悅，張全發．運用水質指數法評價南水北調中線水源地丹江口水庫水質［J］．環境科學研究，2008，21(3):61-68．

［2］張淑芳，杜新黎，李合義，等．漢、丹江流域 (陜西段)環境現狀分析及保護對策研究［J］．陜西環境，2003，10(1):11-12．

［3］張春玲，周曉強．陜西省漢丹江流域水資源質量近年變化分析與保護對策研究［J］．陜西水利，2011(5):21-26．

［4］張志祥，陸曉華．漢江水質評價的化學計量學研究［J］．中國環境監測，2004，20(1):47-51．

［5］吳波，黨志良．漢丹江流域陜西段水環境容量研究［J］．水科學與工程技術，2009(1):12-15．

［6］Li S，Gu S，Tan X，et al．Water quality in the upper Han River basin，China:the impacts of land use/land cover in riparian buffer zone［J］．Journal of Hazardous Materials，2009，165(1):317-324．

［7］國家環境保護總局．水和廢水監測分析方法［M］．4版．北京:中國環境科學出版社，2002:200-395．

［8］荊紅衛，張志剛，郭婧，等．北京北運河水系水質污染特征及污染來源分析［J］．中國環境科學，2013，33(2):319-327．

［9］Eneji I S，Sha’Ato R，Annune P A．An assessment of heavy metals loading in River Benue in the Makurdi Metropolitan Area in Central Nigeria ［J］．EnvironmentalMonitoring and Assessment，2012，184(1):201-207．

［10］葛靜茹，李建清，李霄宇，等．北京市周邊地區河道污染現狀分析［J］．中國環境監測，2011(3):84-88．

［11］王星，李占斌，李鵬，等．陜西省丹漢江流域面源污染現狀及防治對策［J］．水土保持通報，2012，31(6):186-189．

［12］王少麗．基于水環境保護的農田排水研究新進展［J］．水利學報，2010，41(6):697-702．

［13］Carpenter S R，Caraco N F，Correll D L，et al．Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen［J］．Ecological Applications，1998，8(3):559-568．

［14］陜西省人民政府．治理水土流失，保護一江清水．［EB/OL］．(2011-12-1)［2014-05-15］．http://www．swcc．org．cn/Topics_desc．asp?id=30648．