馬蓮河水質時空分布及污染源識別

張 翔

(黃河流域生態環境監督管理局生態環境監測與科學研究中心，河南 鄭州 450004)

1 研究區域概況

馬蓮河發源于陜西定邊縣，在甘肅寧縣政平村匯入涇河，全長374.8km。從地理位置上看，馬蓮河流域位于黃土高原缺水地區；從能源儲量上看，其位于鄂爾多斯能源基地南部，水資源供需矛盾突出[1- 2]。從21世紀初開始，馬蓮河水污染問題日益突出，不僅影響到沿岸百姓的日常生活用水安全，還威脅到涇河的水質安全。

為了全面了解馬蓮河水質污染狀況，本文根據2015年以來馬蓮河水質監測資料，從河流總體趨勢、上下游河段不同特點、不同水期水質變化狀況和主要污染物特點等角度出發，對馬蓮河“十三五”期間水質狀況進行全面的梳理，為“十四五”期間有針對性改善河流水體水質提供基礎支持。

2 評價方法

2.1 水質評價標準

根據《甘肅省地表水功能區劃(2012—2030年)》，馬蓮河屬于環縣、慶城、合水、寧縣工業、農業用水區，其監測斷面共布設3個，依次為曲子、慶陽、雨落坪斷面，其水質目標均為Ⅳ類。依據2015年以來的馬蓮河水質監測成果對比GB 3838—2002《地表水環境質量標準》[3- 4]，篩選出4四項主要評價指標，分別為化學需氧量(COD)、5d生化需氧量(BOD5)、氨氮和六價鉻等作為本文的主要評價指標。

2.2 水質評價方法

綜合水質標識指數法是一個相對全面的河流水質評價方法，與常用的單因子評價法相比，其可以定量評價相同類別的同一監測項目；與模糊綜合評價法、物元分析法相比其計算簡單方便[5- 7]。綜合水質標識指數法由一位整數和三位小數組成，其計算公式如下[8- 9]：

I=X1.X2X3X4

(1)

式中，I—綜合水質標識指數；X1—參與評價的各項指標的綜合水質類別；X2—河流綜合水質在X1區間內所處的位置；X3—參與評價的監測指標中劣于水功能區目標的個數；X4—X1與水功能區目標的比較結果。綜合水質標識指數分級標準見表1。

表1 綜合水質標識指數分級標準

3 評價結果分析

3.1 綜合水質標識指數評價結果

根據綜合水質標識指數法對2015—2019年以來馬蓮河沿程水質進行評價，其評價結果見表2。

2015年以來，馬蓮河上中游河段水質污染程度要明顯高于下游河段。具體來說，上游曲子斷面水質污染程度最高，其綜合水質標識指數2019年為5.431，與2015年綜合水質標識指數5.421相比增幅0.2%，說明曲子斷面5年來總體水質沒有改善，基本維持在Ⅴ類水水平。

表2 馬蓮河綜合水質標識指數評價結果

受上游來水影響，2018年之前中游慶陽斷面水質在Ⅴ—Ⅲ類間上下波動，2018年之后水質趨于穩定，呈現好轉。不過需要注意的是，雖然2019年慶陽斷面綜合水質標識指數4.520滿足Ⅳ類水功能區水質目標，但是X2顯示其值在Ⅳ類水區間距下限值50%的位置，水質存在超標風險。2015—2019年，下游雨落坪斷面水質狀況良好均為Ⅲ類水，滿足水功能區目標要求。

3.2 汛期與非汛期水質變化

2015年以來，馬蓮河汛期水質呈現顯著波動，其綜合水質標識指數從2015年的4.684降至2018年的3.877，降幅為17.2%； 2019年汛期水質污染加重，與2018年相比，污染增幅為13.9%，說明汛期水質雖然有所改善，但是存在反彈風險。與馬蓮河汛期水質相比，非汛期水質變化則相對穩定，其綜合污染指數從2014年的4.651降至2019年的4.290，降幅為7.7%。2017年之前馬蓮河水質汛期污染程度要高于非汛期，汛期綜合污染指數均值是非汛期均值的1.03倍；2017年之后汛期水質污染程度要明顯低于非汛期，其中，2018年非汛期綜合污染指數是汛期的1.16倍，如圖1所示。

根據黃河流域特點，一般情況下點源污染是造成河流水質非汛期超標的主要因素，面源為主，點源為輔的疊加影響是河流水質汛期超標的主要原因[13- 14]。2017年至今來自于城鎮生活污水、工業企業廢水排放等點源是導致馬蓮河水質污染的主要因素[15]。

圖1 2015—2019年馬蓮河汛期與非汛期水質變化趨勢

3.3 主要污染指標分析

馬蓮河各斷面監測項目達標統計結果見表3，從統計結果上看，COD和氨氮達標比例最低，僅為五日生化需氧量和六價鉻達標比例的1/3。

具體來說，15次評價結果中，COD滿足Ⅳ類水功能區目標4次，達標率26.7%；COD濃度位于Ⅳ類水質標準限值下限1次，占比25%，劣于水功能區水質目標2個類別的比例為53.5%，說明有潛在的超標風險。在當前的水質評價體系中，COD被視為衡量水中有機污染物的重要指標之一[10]。COD的評價結果表面，馬蓮河有機污染程度嚴重。氨氮的評價結果與COD相類似，15次評價結果中，達標4次，占26.7%，4次達標中氨氮濃度均位于Ⅳ類水質標準下限值附近；超標11次，其中有7次劣于水功能區水質目標2個類別，占46.7%，說明氨氮是馬蓮河水質超標的另一個主要污染因素。氨氮作為水體中的營養素，可以從側面反映水體富營養化現象。 氨氮的評價結果表面馬蓮河水體存在富營養化現象[11]。由于馬蓮河流經環縣、慶城、合水、寧縣工業、農業用水區，沿岸分布有石油開采、農產品加工等企業，其外排尾水和農業灌溉退水是馬蓮河水體中COD和氨氮的主要來源[12]。

五日生化需氧量達標率最高，為86.7%，其中Ⅲ類水比例為66.7%，Ⅳ類水比例為20%；沒有劣Ⅴ類出現。六價鉻評價結果中，達標率為80%，Ⅴ類水占比20%，沒有劣Ⅴ類出現。

表3 馬蓮河單因子達標統計結果

根據表4氨氮與COD比值結果，從2017年開始，馬蓮河上游曲子斷面氨氮與COD之比顯著上升，雖然2019年有所下降，但是其比值幾乎是2015年的5倍，說明相較于COD，氨氮是上游的主要污染因素。慶陽斷面氨氮與COD比值的變化與曲子斷面基本一致，說明上中游河段，氨氮目前是主要污染因素。

表4 馬蓮河氨氮 / COD比值統計表

下游雨落坪斷面2017年之前氨氮與COD的比值逐步上升，從2015年的0.08升至2017年的0.11，升幅37.5%；2017年之后其比值呈急速下降的趨勢，到2019年雨落坪斷面氨氮與COD為0.05，與峰值相比降幅達到54.5%，從側面反映出下游河段COD的污染貢獻率要高于氨氮。

由表5 BOD5與 COD比值結果可知，馬蓮河曲子斷面BOD5與COD之比有明顯的上下波動，從2016年的谷值0.05升至2018年的頂峰0.12，增幅140%，2019年有所回落，但是其比值0.08是2016年谷值的1.6倍。說明2016年以來，馬蓮河可生物降解有機物污染比重增加，生活污水的影響較大。慶陽斷面的變化趨勢與曲子斷面基本一致。

下游雨落坪斷面BOD5與COD之比從整體上看是下降的趨勢，其比值從2015年的0.12降至2019年的0.08，降幅為33.3%，反映出下游沿岸生活污水對馬蓮河的影響逐步降低。

表5 馬蓮河BOD5/ COD比值統計表

4 結語

從沿程分析上看，馬蓮河曲子斷面水體基本為Ⅴ類；慶陽河段水質2018—2019年為Ⅳ類，但存在超標風險；下游河段水質變化基本穩定，基本滿足水功能區目標要求。上中游河段的主要污染物是氨氮，下游河段COD是主要污染物。2017年以來河流非汛期水質劣于汛期，其原因主要是城鎮生活污水、工業企業廢水等點源排放所造成的。建議在“十四五”期間，重點治理源污染，減少外排量；加強農業面源管理，禁止廢物廢水直接排放。