2001—2015年松花江流域水污染變化特征研究

林蘭鈺，史 宇，羅海江，張殷俊，于 洋，陳遠航

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

2001—2015年松花江流域水污染變化特征研究

林蘭鈺，史 宇，羅海江，張殷俊，于 洋，陳遠航

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

利用2001—2015年松花江流域國家監測網30個可比斷面監測數據，從流域和斷面水質變化、各項指標超標情況和濃度變化、污染負荷等方面分析了松花江流域水質變化情況。結果表明，松花江流域水質總體呈好轉趨勢，特別是2007年以來有比較明顯的改善。該流域長期以來主要污染指標為高錳酸鹽指數、石油類、五日生化需氧量和氨氮。高錳酸鹽指數、石油類和五日生化需氧量污染均有明顯改善，但氨氮污染改善不明顯。在繼續加強COD排放總量控制的基礎上，有效削減氨氮排放是促進松花江水質改善的重點。

松花江；水質；污染指標；污染負荷比

河流作為一個開放的水環境系統，其水質狀況由于受到多種因素的影響而成為一個復雜的多因子體系[1]。松花江是中國七大水系之一，位于東北地區，流域面積約58.4萬km2。該流域內有重要的工業和商品糧基地，其工農業生產在國家經濟發展戰略上處于重要地位。隨著城市擴張和工農業的迅速發展，其水環境污染問題也越來越突出[2-3]。科學評價和判斷松花江流域水質變化趨勢和污染特征對于松花江流域水質改善具有重要意義。

2001—2015年，國家地表水環境監測網進行了2次調整，松花江流域地表水國控斷面數量發生了很大改變。流域水質評價指標也進行了調整，由原來的9項指標變為21項，這些變化增加了松花江流域水質變化趨勢分析的難度。國內外對松花江流域進行長時間序列、全流域尺度的研究還非常少，相關研究多為采用不同分析法對水質進行評價和預測[4-6]，短時間的水質分析[7]，某個河段/區域、某項指標的水質評價[8-11]等，許多研究中未剔除斷面調整和評價方法改變帶來的影響。本文以2001—2015年松花江流域30個可比國控斷面9項指標監測結果為樣本，剔除斷面調整和評價指標調整帶來的影響，分析全流域水質變化趨勢、斷面水質變化情況、各項指標污染水平變化和污染負荷情況，總結松花江流域15年間地表水水質變化特征，提出目前存在的主要環境問題和對策建議，以期為判斷松花江流域污染治理成效和制定未來的污染治理措施等提供可借鑒的依據。

1 數據來源和評價方法

1.1 數據來源

研究時段為2001—2015年，應用的水質評價指標為具有完整連續數據的pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、石油類、揮發酚、汞、鉛共9項，按照、《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)和《地表水環境質量評價辦法(試行)》的要求進行單因子評價。由于國家地表水環境監測網在2012年進行了調整，松花江流域由原有的42個國控河流監測斷面調整為88個，為保證數據可比性，篩選30個2001—2015年期間監測數據完整的可比斷面作為評價樣本。數據來源于全國環境質量報告書[12]、中國環境質量報告[13-14]、中國環境狀況公報[15]、中國環境統計年報[16]。

1.2 污染負荷比

綜合污染指數能夠將各項污染指標的濃度值無量綱化并加和，實現不同空間、不同時間的河流水質進行比較。污染負荷比可比較不同污染物對水質影響程度差異。研究按照公式(1)計算綜合污染指數和各項污染指標的污染負荷比。

P總m=∑Pim=∑Cim/C0i(溶解氧采用公式Pim=C0i/Cim)；Rim=Pim/P總m×100%

(1)

式中，P總m為m年的綜合污染指數，Pim為i項指標m年的污染分指數，Cim為i項指標m年的30個可比斷面平均濃度，C0i為i項指標的Ⅲ類標準濃度值，Rim為i項指標m年的單項污染負荷比，m為年份。

2 松花江流域水質變化特征

2.1 水質變化分析

2001—2015年，松花江流域30個可比斷面水質類別比例情況，如圖1所示。Ⅰ～Ⅲ類水質斷面比例范圍為16.7%～66.7%。2001—2007年，Ⅰ～Ⅲ類水質斷面比例小幅上升后回落，2007年之后基本呈逐年上升趨勢，2015年比2001年增加50.0個百分點。劣Ⅴ類水質斷面比例范圍為10.0%～26.7%。劣Ⅴ類水質斷面比例在20.0%～26.7%范圍波動變化，2008—2012年間在10.0%～16.7%范圍波動變化，2015年比2001年減少16.7個百分點。

圖1 松花江流域水質類別年際變化

總體來看，松花江流域2001—2007年水質比較穩定，一直為中度污染，Ⅰ～Ⅲ類和劣Ⅴ類水質斷面比例變化均不大；2008—2015年水質逐年好轉，由此前的中度污染轉為輕度污染，Ⅰ～Ⅲ類水質斷面比例大幅上升，劣Ⅴ類水質斷面比例有所下降。

對比2001年，2015年松花江流域各斷面水質變化情況如表1所示。可以看出，松花江流域30個可比斷面中，有2個斷面水質變差，分別由Ⅱ類、Ⅲ類水質變為Ⅲ、Ⅵ類水質；7個斷面水質持平，其中1個斷面保持Ⅱ類，2個斷面保持Ⅲ類，1個斷面保持Ⅳ類，3個斷面保持劣Ⅴ類；21個斷面水質變好，各有1個斷面分別從Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類變為Ⅱ類水質，各有11、1、1個斷面分別從Ⅳ類、Ⅴ類、劣Ⅴ類變為Ⅲ類水質，各有2、3個斷面分別從Ⅴ類、劣Ⅴ類變為Ⅳ類水質。總體來看，松花江流域研究期水質變好的斷面遠多于變差的斷面。

表1 2015年與2001年相比松花江流域斷面水質變化矩陣

注：表格中數字為豎列水質類別轉化為橫列水質類別的斷面個數。

2.2 各項指標超標情況分析

2001—2015年，9項參與水質評價的指標中，pH和鉛年均濃度均無斷面超標。汞在2001—2002、2006年各有1個斷面超標，其他年份均無斷面超標。其他6項指標各年均有斷面超標，但斷面超標率均總體呈下降趨勢(圖2)。其中，高錳酸鹽指數斷面超標率顯著高于其他5項指標，斷面超標率范圍為33.3%～76.7%；2001—2004年，五日生化需氧量、氨氮、石油類初始超標率普遍在30%以上，之后呈下降趨勢，2015年均下降至15%以下；揮發酚斷面超標率先升后降，斷面超標率范圍為3.3%～26.7%；溶解氧斷面超標率較低，一直在10%左右波動。

2001—2015年，松花江流域斷面超標率排在前四位的指標比較集中，為高錳酸鹽指數、石油類、五日生化需氧量、氨氮。高錳酸鹽指數、五日生化需氧量斷面超標率基本每年均為前兩位，石油類斷面超標率主要在2001—2009年，列在第三位，氨氮斷面超標率從2010年開始超過石油類，持續列在第三位。

圖2 各指標斷面超標率年際變化

2.3 各項指標濃度變化趨勢分析

根據各指標斷面超標情況，選取高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、石油類4項主要超標指標進行濃度變化趨勢分析，詳見圖3。

圖3 主要超標指標濃度年際變化

高錳酸鹽指數平均濃度呈波動下降，總體下降37.4%，2001—2009年和2009—2015年共出現兩次先升后降過程，前一時段升降幅度較大，后一時段升降幅度較小。高錳酸鹽指數濃度最大值范圍為10.9～62.7 mg/L，年際間差別較大；最小值范圍為1.3～4.4 mg/L，年際間變化不大；2003—2007年，高錳酸鹽指數濃度極差超過40 mg/L，其后極差波動變小。

五日生化需氧量平均濃度先升后降，總體下降43.1%，2001—2007年總體呈波動上升趨勢，2007—2015年呈下降趨勢。五日生化需氧量濃度最大值范圍為15.9～65.4 mg/L，年際間差別較大；最小值范圍為0.1～1.0 mg/L，年際間變化不大；2003—2007年，五日生化需氧量濃度極差超過40 mg/L，其后極差波動變小。

氨氮平均濃度先升后降再波動變化，總體下降3.4%，2001—2007年先升后降，2007—2015年在1.12～1.44 mg/L范圍波動變化。氨氮濃度最大值范圍為8.67～21.36 mg/L，除2003—2005年、2015年較高外，其他年份均在10 mg/L左右，年際間差別不大；最小值范圍為0.01～0.16 mg/L，年際間變化不大；2003—2005年和2015年氨氮濃度極差超過15 mg/L，其他年份圍繞在10 mg/L上下波動。

石油類平均濃度先升后降，總體下降74.8%，2001—2007年期間波動上升，2007—2015年間波動下降。石油類濃度最大值范圍為0.088～6.152 mg/L，年際間差別較大；最小值范圍為0.001～0.01 mg/L，年際間變化不大；2002—2007年，石油類濃度極差超過1 mg/L，其后極差波動變小。

總體來看，松花江流域高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、石油類污染程度均有所改善，且斷面間差異變小。氨氮污染改善程度較小，平均濃度仍未達到Ⅲ類標準，應引起重視。

2.4 污染負荷分析

因pH無Ⅲ類標準，故對溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、石油類、揮發酚、汞、鉛8項指標進行污染負荷分析。從8項污染物綜合污染指數來看，松花江流域可比斷面總體水質為先惡化后變好(圖4)。2001—2007年，總體污染程度加重，維持在較高水平。2007年之后呈下降趨勢，2013—2015年趨于平穩，污染明顯減輕。

從各項污染指標的污染負荷比來看，2001—2015年，石油類和揮發酚污染負荷比均總體呈下降趨勢。其中，石油類污染負荷比變化趨勢基本與綜合污染指數變化趨勢相同，呈先上升后下降，下降幅度為12.5個百分點；揮發酚污染負荷比總體呈波動下降趨勢，下降幅度為8.1個百分點。氨氮、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量污染負荷比均總體呈上升趨勢，其變化趨勢與石油類剛好相反，均為先下降后上升。與2001年相比，2015年污染負荷比上升幅度最大的是氨氮，上升12.0個百分點；其次是溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量，分別上升5.1個百分點、2.3個百分點、0.7個百分點。汞、鉛污染負荷比較穩定，變化幅度較小，均分別上升0.2個百分點(圖5)。

圖4 流域水質綜合污染指數年際變化

圖5 污染負荷比年際變化

總體來看，氨氮、溶解氧、高錳酸鹽指數和五日生化需氧量污染貢獻率逐漸加大，尤其是氨氮的貢獻要引起重視。

3 結論和建議

1)松花江流域水質總體好轉，由中度污染變為輕度污染。各項指標污染程度均有所減輕，平均濃度和斷面超標率均呈下降趨勢。其中2001—2007年污染較為嚴重，水質無明顯改善。2008—2015年水質逐年好轉。

2)2001—2015年，松花江流域污染主要以高錳酸鹽指數、石油類、五日生化需氧量、氨氮為主，平均污染負荷比和歷年斷面超標率均排在前四位。高錳酸鹽指數斷面超標率一直為9項指標之首，是影響水質的主要指標。2010年以后，氨氮濃度和污染負荷比都有較明顯的上升趨勢，是唯一平均濃度尚未達到Ⅲ類標準的指標。

3)下一步應重點加強氨氮污染防治，有效削減氨氮排放總量。加強流域內污水治理設施建設，提高處理效率，減少生活源排放。大力發展生態農業，加強面源污染管理，減少面源污染排放。

4)應采取進一步措施降低COD排放總量。重點治理農副食品加工業、化學原料及化學制品制造業、造紙和紙制品業等高污染排放企業，提高企業污水治理設施運行效率，減少污染排放。優化流域產業結構，減少三高企業。

5)應重點治理阿什河、伊通河等常年污染嚴重河段，加強沿河市政設施建設力度，嚴控工業企業排污，保證廢水達標排放，提高污水集中處理效率。

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Study on the Characteristics of Water Pollution Change of Songhua River Basin in 2001—2015

LIN Lanyu, SHI Yu, LUO Haijiang, ZHANG Yinjun, YU Yang, CHEN Yuanhang

State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China

Using the national monitoring network’s monitoring data from 30 comparable sections of Songhua River basin in 2001—2015, local water quality change situation was analyzed from the aspects of the basin and section, water quality change, the exceeding standard and concentration change of indicators, pollution load. The results showed that: Songhua River showed an improving trend of its overall water quality, especially an obvious improvement since 2007. The main pollution indicators in Songhua River basin were CODMn, petroleum, BOD5and NH3-N for a long time. The pollution of CODMn, petroleum and BOD5showed a significant improvement trend. NH3-N pollution improvement was not obvious. Basing on strengthening the total COD emission control, effectively cutting the NH3-N emissions should become the focus for improving the water quality of Songhua River.

Songhua River basin; water quality; pollution indicators; pollution load ratio

2016-09-21;

2016-10-27

林蘭鈺(1974-)，女，吉林省吉林市人，碩士，高級工程師。

陳遠航

X824

A

1002-6002(2016)06- 0058- 05

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.09