宿州市主要河流污染的時空特征及水質評價

李 奇，張 生，郭 勇

宿州市主要河流污染的時空特征及水質評價

李 奇1，張 生2?，郭 勇3

（1.安徽理工大學地球與環境學院，安徽淮南 232000；2.宿州學院環境與測繪工程學院，安徽宿州 234000；3.宿州市環境監測站，安徽宿州 234000）

基于2004～2010年宿州市5條主要河流的水質監測數據，分析水體中污染物CODMn、BOD5、NH3-N、CODCr、TN、TP的時空動態變化特征，并利用內梅羅綜合指數評價法對水質污染狀況進行了評估.結果發現：除TP以外，其他5類污染物質量濃度均呈總體下降的年際變化特征，而在年內變化方面，各污染物總體呈“上升-下降-上升”特征，質量濃度高值集中于3～6月份；6類污染物質量濃度最高值均出現在奎河楊莊斷面，而最低值除CODMn出現在沱河東關閘斷面外，其余5類污染物最低值均出現在新汴河泗縣汴河橋斷面.評價結果表明，研究期內各河流水體均受到不同程度污染，其中奎河水質最差，而新汴河和澮河水質較好，多數河流斷面水質較2004年有明顯改善，其中以沱河蘆嶺橋斷面最為顯著.

宿州市；河流水質；時空特征；污染評價

作為人類社會及自然界賴以生存的物質基礎，水資源在維系地球生態系統功能和支撐社會經濟發展方面具有不可替代的重要作用［1］.我國水資源短缺且分布不均，人均水資源量僅為世界平均水平的28%［2］.特別是近幾年來，隨著工農業生產的迅速發展和城市化進程的不斷加快，水體污染日趨嚴重，這進一步加劇了水資源的緊張狀況［3］.盡管我國政府已采取多種措施加強污染防治，但水污染在總體上并未得到有效遏制，水質型缺水已取代資源型缺水，成為威脅我國城市水安全的最主要因素［4］.

宿州市地表河流眾多，其水質狀況的優劣不僅對城市區域景觀有著顯著影響，同時還制約河流下游用水區的農業發展［5］，因而有必要對其河流水質污染狀況開展調查研究.選擇宿州市5條主要河流（奎河、新濉河、新汴河、沱河和澮河），依據2004～2010年的實地監測資料對河流水體中污染物質量濃度的年內年際動態變化和空間分布特征進行分析，并利用內梅羅綜合污染指數法評估其水質污染狀況，以期為區域水環境污染控制和綜合治理提供科學參考.

1　研究區概況

宿州市位于安徽省北部，黃淮海大平原南端，地處北緯33°18′～34°38′，東經116°09′～118°10′之間，面積9 787 km2，人口626.06萬，境內河流大多起源于廢黃河南堤，全市有南四湖水系、故黃河水系、新汴河水系、奎濉河水系、懷洪新河水系及安河水系共6大水系，共有中小河流35條，長度1 320 km［6］.全市地表水資源較貧乏，且遭受不同程度的污染.全市水資源總量為34.8億m3.人均占有水資源量605 m3，只相當于全國人均水資源量的22%，全省人均水資源量的55%；畝均水資源占有量為460 m3，為全國畝均水資源量的26%，為全省畝均水資源量的46%［7］.全市多年平均徑流量17.76億m3（不計入外流客水），人均占有地表徑流量397.9 m3，遠低于全省、全國、全球的平均水平.各水庫、河道總庫容20 687萬m3.多年平均地表徑流可利用量僅有3.3億m3，占徑流總量的18.6%.

2　研究方法

2.1河流水質監測

在綜合比較宿州市河流水文特征的基礎上，選取奎河、新濉河、新汴河、沱河及澮河5條主要河流為研究對象.宿州市環境保護監測站對該5條河流每年均逐月監測，具體監測項目主要包括：高錳酸鹽指數（CODMn）、5日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（CODCr）、總氮（TN）及總磷（TP）.各項目監測方法嚴格依據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）和《地表水和污水監測技術規范》（HJ/T 91-2002）中相關要求執行.

同時，每條河流均設定2～3個監測斷面，分別為楊莊、時村北大橋、符離閘、尹集、泗縣八里橋、七里井、劉閘、泗縣汴河橋、東關閘、蘆嶺橋、東坪集及祁縣閘斷面，各監測斷面的基本情況如表1、圖1所示.

表1　宿州市主要河流水質監測斷面屬性表

2.2評價方法

采用內梅羅綜合污染指數法［8］對宿州市各主要河流水質污染狀況進行評價，該法特別突出污染最嚴重因子對評價結果的貢獻，同時也兼顧其他參評因子的污染平均水平［9］.計算公式為：

式中，Pi、Ci、Si分別為水中第i類污染物（共6類，包括CODMn、BOD5、NH3-N、CODCr、TN、TP）的單因子污染指數、質量濃度實測值及評價標準值；PN為河流水質內梅羅綜合污染指數；PMax和PAvg分別為各類污染物單因子污染指數中的最大值和平均值.根據PN值的大小可將河流水質污染狀況劃分為5類等級：PN≤1.0時為清潔；1.0＜PN≤2.0時為輕污染；2.0＜PN≤3.0時為中污染；3.0＜PN≤5.0時為重污染；PN＞5.0時為嚴重污染.

另外，根據《安徽省水環境功能區劃》中的要求，奎河和新濉河水環境功能為V類，沱河和澮河水環境功能為IV類，新汴河水環境功能為III類，對應上述河流水環境的功能類型，其評價標準Si分別執行《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中相應類別的標準限值，具體如表2所示.

表2　地表水環境質量標準基本項目標準限值（部分）（mg/L）

3　結果與分析

3.1宿州市河流污染物質量濃度的時間變化特征

（1）年際變化特征.為更好地分析宿州市主要河流各污染物質量濃度的年際變化特征，分別統計出2004～2010各年份6類水質污染物的年均值，并將其繪制成圖，如圖2所示.從圖2中可以看出，除TP質量濃度明顯上升外，其他5類污染物的質量濃度總體均呈下降趨勢.說明宿州市地表河流的整體水質環境狀況正在逐漸改善，其中CODMn、BOD5和CODCr的質量濃度變化表現為逐年下降趨勢，而NH3-N和TN的質量濃度變化則呈現出明顯的波動下降特征.另外，對比2004年和2010年河流水中的各類污染物質量濃度發現，6類污染物的下降幅度依次為BOD5（62.34%）＞TN（58.20%）＞CODMn（49.55%）＞CODCr（49.07%）＞NH3-N（45.55%）＞TP（-40.00%），說明多數污染物的質量濃度下降顯著.

（2）年內變化特征.以2009年為例，分別統計出各月河流水體中6類污染物的質量濃度平均值，并將其繪制成圖，如圖3所示.由圖3可以看出，宿州市主要河流污染物質量濃度的年內變化大致呈現“上升-下降-上升”特征，質量濃度高值時段多集中在上半年的3～6月份（TN為9月份），而低值時段則主要以下半年的8～11月份為主.其中，有機污染物（CODMn、BOD5和CODCr）年內變化基本一致，在3月、6月和12月份分別達到質量濃度峰值，且以6月份的質量濃度最高；NH3-N和TN的年內變化特征較為接近，其質量濃度在1～5月份波動上升，隨后逐月下降，并分別于7月份（TN）和8月份（NH3-N）達到全年質量濃度最低值，之后又呈波動上升；而TP質量濃度在1～4月份持續上升，并在4～6月份維持較高質量濃度，隨后呈波動下降并于10月份達到質量濃度最低值.

3.2宿州市河流污染物質量濃度的空間分布特征

為了解宿州市主要河流之間水體污染物的質量濃度差異，計算出5條評價河流及其各斷面的污染物質量濃度多年（2004～2010年）平均值，如表3、表4所示.由表3可以看出，各河流間的污染物質量濃度差異明顯，其中6類污染物質量濃度多年平均值均以奎河最高，CODMn、CODCr和TP以新汴河質量濃度最低，而NH3-N、BOD5和TN又以澮河質量濃度最低.結合各斷面污染物質量濃度（見表4）來看，6類污染物質量濃度最高值均出現在奎河楊莊斷面，而質量濃度最低值除CODMn出現在沱河東關閘斷面外，其余5類污染物最低值均出現在新汴河泗縣汴河橋斷面.

另外，對同一河流不同斷面的污染物質量濃度對比發現，奎河上游楊莊斷面各污染物質量濃度均遠高出下游時村北大橋斷面（如楊莊斷面CODCr質量濃度達時村北大橋的2.49倍），說明該河污染物主要來自上游流域，屬于外源型污染；沱河、澮河的下游斷面各污染物質量濃度均較之上游斷面具有明顯上升的趨勢，在其下游斷面中，以沱河CODCr和澮河NH3-N的質量濃度上升幅度為最大，分別達到上游斷面的2.09和2.02倍，說明這兩條河流的污染物主要來源于本研究流域，屬于內源型污染；而對于新濉河和新汴河來說，相比上游斷面，前者在下游斷面中有機污染物CODMn、BOD5、CODCr和TP的質量濃度上升顯著，而后者的NH3-N、TN質量濃度增幅最大，說明新濉河水體中的有機污染主要來自本研究流域，含N類污染物主要來自上游流域，而新汴河恰好與之相反.

表3　不同河流污染物質量濃度的空間差異性

表4　不同斷面污染物質量濃度的空間差異性

3.3宿州市主要河流的水質污染評價

從評價結果來看，宿州市主要河流在2004～2010年度污染較嚴重，全部斷面污染指數多年平均值都大于1.0，其中新濉河泗縣八里橋、新汴河泗縣汴河橋、沱河東關閘、澮河祁縣閘和澮河東坪集為輕污染，新汴河七里井和沱河蘆嶺橋為中污染，奎河時村北大橋、新濉河符離閘、新濉河尹集和新汴河劉閘為重污染，而奎河楊莊斷面綜合污染指數為6.63，已達到嚴重污染程度.而從污染指數的時間變化上來看，與2004年相比，多數河流斷面水質有明顯改善，其中，以沱河蘆嶺橋斷面最為顯著，該斷面綜合污染指數由2004年的5.12下降至2010年的0.79，達到清潔水平.

表5　內梅羅指數法評價結果

4　結論

以宿州市5條主要河流為例，通過對其水體中6類污染物含量的時空變化特征分析和水質污染程度的綜合評價，得出以下結論：從年際變化上看，除TP質量濃度明顯上升外，其他5類污染物的質量濃度總體均呈下降趨勢，說明宿州市地表河流的整體水質環境狀況正在逐漸改善；而從年內變化上分析，3～6月份水質較差，8～11月份水質較好.各河流間的污染物質量濃度差異明顯，其中奎河水質最差，而新汴河和澮河水質較好；監測斷面之間的對比發現，奎河屬外源型污染河流，沱河、澮河為內源型污染河流，新濉河中有機污染物來源于本研究流域，而含N類污染物則來自上游，這與新汴河剛好相反.從內梅羅綜合指數法的評價結果來看，2004～2010年宿州市主要河流均受到不同程度污染，全部斷面污染指數多年平均值都大于1.0，其中以奎河楊莊斷面最為嚴重；而從綜合污染指數的時間變化上來看，多數河流斷面水質較2004年有明顯改善，其中以沱河蘆嶺橋斷面最為顯著.

［1］ 丁文喜.中國水資源可持續發展的對策與建議［J］.中國農學通報，2011，27（14）：221-226.

［2］ 夏軍，翟金良，占車生.我國水資源研究與發展的若干思考［J］.地球科學進展，2011，26（9）：905-915.

［3］ 儲茵，朱江，夏守先，等.巢湖典型支流柘皋河水質污染時空變化特征［J］.水土保持學報，2011，25（4）：243-248.

［4］ 吳舜澤，夏青，劉鴻亮.中國流域水污染分析［J］.環境科學與技術，2000（2）：1-6.

［5］ 范曉君.宿州市水資源可持續開發利用建議［J］.江淮水利科技，2011，6：17-20.

［6］ 陳得陽，王松.宿州市中小河流規劃設計［J］.治淮，2013（2）：14-15.

［7］ 張生，許愛梅.安徽省宿州市農業生態環境的主要問題與對策［J］.安徽師范大學學報：自然科學版，2007，30（1）：74-78.

［8］ 朱陸衛軍，張濤.幾種河流水質評價方法的比較分析［J］.環境科學與管理，2009，34（6）：174-176.

［9］ 徐彬，林燦堯，毛新偉.內梅羅水污染指數法在太湖水質評價中的適用性分析［J］.水資源保護，2014，30（2）：38-40.

Evaluation of spatial and temporal characteristics and water quality pollution of major rivers in Suzhou City

LI Qi1，ZHANG Sheng2?，GUO Yong3
（1.School of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232000，China；2.School of Environmental and Mapping，Suzhou University，Suzhou 234000，China；3.Environmental Monitoring Station of Suzhou City，Suzhou 234000，China）

Based on the water quality monitoring data of the five major rivers in Suzhou city from 2004 to 2010，the paper analyzed the spatial-temporal dynamic change characteristics of water pollutants as CODMn，BOD5，NH3-N，CODCr，TN and TP，and used Nemerow index method for the assessment of water pollution situation.The results show that：In addition to TP，the other five categories of pollutant concentrations showed interannual variation of the overall decline，but in terms of changes during the year，various pollutants generally have a“up-down-up”feature，high concentration values appear from. March to June；The highest concentration value of six class pollutants appeared in the Yangzhuang section of Kui River，but except that the lowest concertration of CODMnappeared in the Dongguanzha section of Tuo River，the lowest concentration values of the remaining five pollutants appeared in the Sixian Bian River Bridge section of New Bian River；The evaluation results show that：in the study period，all rivers are subject to different levels of pollution，among with the Kui River water quality is the worst，while the new Bian River and the Hui River＇s water qualities are better，most of the water quality of the river section has improved significantly compared with 2004，with Luling Bridge section of Tuo River improved the most.

suzhou city；river water quality；temporal and spatial characteristics；pollution evaluation

X522

A

1672-2477（2015）02-0042-06

2015-01-20

宿州學院教授博士基金資助項目（2014JB02）；安徽省煤礦勘探工程技術研究中心開放平臺基金資助項目（2012YKF11）

李 奇（1992-），男，江西鷹潭人，碩士研究生.

張 生（1960-），男，安徽宿州人，教授，碩導.