洪澤湖主要入湖河道水質評價及變化規律

崔 璨， 董增川*， 童 建， 石晴宜， 張天衍， 陳 霞

(1.河海大學 水文水資源學院， 江蘇 南京 210098； 2.江蘇省水利廳 水土保持生態環境監測總站， 江蘇 南京 210029)

洪澤湖是我國綜合利用的大型平原水庫和淮河流域最大的湖泊型水庫，承擔著防洪、供水、航運、發電、水產養殖等多種功能[1-2]，同時也是南水北調重要的水利樞紐、江蘇省重要的水產養殖基地，其水質的優劣，關系到湖周邊甚至整個淮河流域經濟和社會的可持續發展[3]。多年以來，由于上游存在許多治污設施落后的小規模工業企業，湖區周邊農業及水產養殖業亦很發達[4]，營養鹽類和有機污染物作為面源污染大量排入湖體，加之洪澤湖自身流動性較差，生態系統結構和功能持久破壞，導致洪澤湖的水質富營養化嚴重。2019年江蘇省水利廳發布了《關于加強洪澤湖生態保護和科學利用的實施意見》，并出臺《洪澤湖區域綜合性保護規劃》，統籌安排了洪澤湖流域的綜合治理和保護。為此，筆者認為有必要在合理評價水質的基礎上加強對洪澤湖水質時空演變規律及原因的認識，故選取了2003—2020年洪澤湖主要入湖河道的水質監測資料，結合相關文獻，對其展開研究，為洪澤湖水環境整治提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 研究區概況與采樣點位置

洪澤湖位于淮安與宿遷2市(33°06′E～33°40′E，118°10′N～118°52′ N)，是我國第四大淡水湖。洪澤湖正常水位12.5 m，對應水面面積為1 597 km2，平均水深1.9 m，最大水深4.5 m，容積30.4億 m3。湖泊長度65 km，平均寬度24.4 km，汛期或大水年份水位可高達15.5 m。洪澤湖屬過水型湖泊，為淮河中下游結合部，承接淮河15.8萬 km2流域面積的來水，是蘇北地區重要水源地，也是南水北調工程重要的調蓄湖泊。按水域劃分由成子湖灣、溧河湖灣、淮河湖灣三大湖灣組成[5]，按照行政區劃分屬淮安市洪澤、盱眙、宿陰和宿遷市宿城、泗洪、泗陽六縣區。

洪澤湖主要入湖河道集中在湖西部，包括淮河、新汴河、老濉河、新濉河、徐洪河、懷洪新河、池河等，其中淮河入湖流量占總入湖的70%以上。出湖主要河道由淮河入江水道、入海水道，淮沭新河和蘇北灌溉總渠(廢黃河)組成，承擔控制、調節、排泄，利用洪澤湖水資源的過水建筑物為三河閘、二河閘及高良澗閘。根據洪澤湖湖泊形態、水文特征和功能區劃，最終選取的主要入湖河道及其對應站點分別為：淮河(盱眙化肥廠站)、新汴河(瑤溝站)、老濉河(泗洪(老)站)、新濉河(泗洪(濉)站)、徐洪河(金鎮站)及懷洪新河(雙溝站)。

1.2 評價指標與數據搜集

參照以下原則對評價指標進行選取：①評價指標的選取應遵照國家標準或行業標準；②評價指標的選取應考慮監測資料的完備性；③對水環境影響較大、對生命體造成危害的污染物應優先選取；④國家水污染物排放標準中規定的污染物評價指標應優先選取。

根據洪澤湖水環境要求，兼顧指標變化的敏感性和數據的完備性，本研究收集了2003—2020年6條主要入湖河道的長系列監測數據，數據來自江蘇省水文水資源勘測局，選取NH3-N、TP、TN、CODMn為主要評價指標； NH3-N、 TP、TN為理化和營養鹽指標， CODMn為有機污染指標。對水質的綜合評價采用雙指標法(NH3-N、CODMn)，對主要污染物負荷、污染物通量、水質變化趨勢的分析采用多指標法。依據《江蘇省洪澤湖保護規劃》，現狀洪澤湖水質為Ⅲ～Ⅳ類，且2020年目標水質為Ⅲ類。因此在本次水質評價中，取Ⅲ類水質指標作為評價標準。

1.3 研究方法

采用流量加權法計算各項指標的年均質量濃度，應用單因子標準指數法和綜合污染指數法劃分監測斷面的水質類別并評定污染等級。針對某一監測斷面，流量加權法、單因子標準指數法、綜合污染指數法的計算公式分別為

Cij=(q1jcij1+q2jcij2+......+qmjcijm)/Qj

(1)

(2)

(3)

式中：Cij為第i個指標在第j個斷面m次水質監測質量濃度的平均值；{cij1，cij2，…，cijm}為第i個指標在第j個斷面的單次水質監測結果；{q1j，q2j，…，qmj}為第j個斷面單次水質監測結果所代表時段的河段平均流量；Qj=q1j+q2j+......qmj。Pij為第i個指標在第j個斷面的單因子標準指數；Si為第i個指標的評價標準質量濃度值，參照國家環境保護總局《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)；Pj為該監測斷面的綜合污染指數；n為參與評價的污染物項數。其中，綜合污染指數P可依據《地表水環境質量評價辦法》，將水質評價分為五類：當P<0.2時為清潔；當0.2≤P<0.4為尚清潔；當0.4≤P<0.7為輕污染；當0.7≤P<1.0為中污染；當1.0≤P<2.0為重污染；當P>2為嚴重污染。

污染物分擔率主要表征不同污染物對水體污染的貢獻水平，并確定主要污染物。計算污染分擔率以對各個監測斷面的主要污染負荷進行量化，計算公式為

(4)

式中，Kij為第i個指標在第j個斷面的污染物分擔率，Kij越大，相應指標對污染的貢獻率越高。

采用污染物通量估算方法對各河道的污染物進行時段通量的估算，污染物時段通量指的是單位時間內流經某斷面的污染物質量。實際測量中，由于流量、雨水情、采樣點的代表性及監測頻率等會對通量產生影響，使其波動較大，故選擇長系列水質監測成果的平均值和年平均水量來計算逐年的水質質量濃度及入湖污染物量，計算公式為

(5)

2 結果與討論

2.1 入湖河道水質綜合評價分析

水質評價通常采用單因子標準指數法和綜合污染指數法相結合，單項指標評價是對每種指標單獨進行評價，最后選擇其中最差的單項指標所屬類別來確定所測入湖水體的水質類別；同時，為了解決單項指標表征水質污染不夠綜合全面的問題，采用綜合污染指數法可綜合反映水體受污染程度。為此，應用以上2種方法對洪澤湖 6 條主要入湖河道水質監測結果進行評價，評價結果見表1。

表1 洪澤湖主要入湖河道不同年份水質評價結果

(續表1)

評價結果表明，各入湖河道總體上屬Ⅲ～Ⅳ類水質，略差于其執行的Ⅲ類水質標準，主要超標因子為TN和TP。淮河、新汴河、老濉河、新濉河、徐洪河、懷洪新河多年污染指數變化范圍分別為0.37～0.66、0.52～2.41、0.38～1.55、0.55～1.46、0.47～1.25、0.49～0.93；多年平均綜合污染指數分別為0.49、1.00、0.84、0.91、0.86、0.69；中污染以上的年份占總年份比分別為0%、50%、61%、72%、78%、39%。其中，新汴河、老濉河、新濉河、徐洪河污染狀況較為明顯，且新汴河在2009—2012年、2014—2016年出現連續的嚴重污染，水質指標超出標準值數倍?？傮w來看，截至2020年，各條入湖河道水環境狀態有所好轉，且已經能夠達到目標Ⅲ類水水質。

2.2 入湖河道主要污染負荷分析

比較 6 條主要入湖河道各監測斷面的污染負荷，見圖1，可以明顯發現各河道的首要污染均為TN，貢獻率在44%～61%的范圍內，TP、TN、CODMn占比不相上下，貢獻率分別為14%～17%、9%～17%、16%～25%。同一污染指標在不同監測點的重要性存在差異，點源污染主要來自蚌埠、徐州和盱眙的工業廢水和生活污水[6]。其中，淮河入湖途徑盱眙化肥廠，將上游絕大部分的工農業廢水和生活污水納入湖中，造成氮類污染較嚴重，因此TN分擔率較其他河道偏大；新汴河、新濉河與老濉河位于洪澤湖西北部，上游安徽境內的宿州等地存在多個工業園區和污水處理廠[7]，河道各污染物分擔率基本一致，均為TN > CODMn> NH3-N > TP；懷洪新河與徐洪河的CODMn分擔率顯著大于其他河道，可見懷洪新河上游地區排放的工業廢水含有大量有機和無機可氧化污染物質。

圖2 各入湖河道多年平均污染物分擔率

2.3 入湖污染物通量分析

根據2003—2020年洪澤湖入湖河道的水量及水質數據，計算逐年通過各河道進入洪澤湖的污染物通量，見圖2～4。CODMn和TN總入湖通量在2003年最高，2013年最低，在2003—2013年間呈下降趨勢，2013—2020年間呈上升趨勢，TP及NH3-N年際變化不大，均在2007年達到峰值。

圖3 各污染指標入洪澤湖通量變化過程

計算多年平均污染物總入湖通量，結果表明，洪澤湖多年平均氨氮、總磷、總氮、高錳酸鹽指數的入湖通量分別為12 651.66 t/a、3 636.84 t/a、72 149.45 t/a、129 914.76 t/a。計算各河道多年平均污染物通量貢獻率，如圖4所示。其中，淮河入湖污染物所占比重最大，NH3-N、TP、TN、CODMn分別占總入湖通量的78.9%、83.8%、87.9%、83.9%；新汴河入湖污染物所占比重最小，NH3-N、TP、TN、CODMn分別占總入湖通量的1.7%、1.0%、0.9%、1.0%。

圖4 各入湖河道多年平均入湖通量分擔率

2.4 入湖水質變化特征與趨勢分析

選取淮河、新汴河、老濉河、新濉河、徐洪河、懷洪新河 6 條入湖河道2003—2020年的水質監測資料，分析CODMn、NH3-N、TP、TN4項指標的年際變化趨勢，見圖5，其中TN顯著超過控制的Ⅲ類水質標準。

各入湖河道CODMn變化均較為平穩，除新濉河水質呈好轉趨勢外，其余5條入湖河道污染物質量濃度均有所上升?；春印⒗襄『印押楹?、徐洪新河大多數年份均未超出Ⅲ類水質標準，其中以淮河CODMn質量濃度較低，優于Ⅱ類標準。多數河道在2008—2013年污染物質量濃度偏大，考慮到排入其中的生活廢水和工業污水中有機和無機可氧化物質含量較高。

就NH3-N而言，淮河、新濉河和懷洪新河污染有所緩解，新汴河、老濉河和徐洪河稍有惡化。其中，新濉河NH3-N指標得到顯著改善，由Ⅳ～Ⅴ類降低至Ⅱ～Ⅲ類；較為顯著的是在2010年新汴河的NH3-N質量濃度高達3.35 mg/L，老濉河在2003年和2018年污染物也陡然抬升，但近些年來污染在很大程度上都得到了緩解。

從TP的總體變化來看，淮河、新濉河呈下降趨勢，其余 4 條入湖河道呈上升趨勢?；春覶P年均質量濃度始終維持在0.1 mg/L左右；新汴河、老濉河和徐洪河TP質量濃度上升趨勢十分明顯，質量濃度最大值分別為0.51 mg/L(2015年)、0.39 mg/L(2017年)，0.37 mg/L(2015年)。在2020年各河道污染指標均低于或趨向Ⅲ類標準。

歷年來各入湖河道TN超標情況較為嚴重，尤其是在2008—2013年間，但近年相對改善。以新濉河與徐洪河污染最為嚴重，多年平均質量濃度達2.82 mg/L、2.77 mg/L；老濉河和新汴河的TN質量濃度年際波動很大，分別在2007—2011年、2008—2011年急劇上升且最高達3.7 mg/L和4.92 mg/L。

但可以看出，隨著洪澤湖污染治理的推進，近些年來各項污染指標都明顯降低，水質類別也顯著提升。

洪澤湖水質狀況與流域降水量及過境水量有很大關系。根據河干流吳家渡水文站 1950—2010年統計，汛期 5—9月來水量192.3億 m3，占全年70%，由于淮河流域降水量時空分布不均，導致各入湖河道來水量年內變化也明顯，因此區分汛期(5—9月)與非汛期(1—4月、10—12月)，通過計算多年平均質量濃度分析CODMn、NH3-N、TP、TN 4項指標的年內變化趨勢，見圖6。從圖6可以看出，6 條入湖河道CODMn、NH3-N、TP、TN的年均值分別為5.34 mg/L、0.89 mg/L、0.14 mg/L和2.65 mg/L，除個別入湖河道，CODMn、NH3-N與TP基本穩定在Ⅲ類水質標準內，TN在所有河道均遠超出Ⅲ類水質標準數倍。

圖6 洪澤湖6條入湖河道污染指標多年平均質量濃度年內變化

與其他指標相比，CODMn年內差異較小，來水量多少對于質量濃度的影響很小。其中淮河的CODMn質量濃度低至Ⅱ類標準且變化平穩；新汴河CODMn指標在8月達到峰值7.1 mg/L；新濉河CODMn年內波動稍大，但各月質量濃度均在Ⅳ類標準以內；徐洪河與懷洪新河的CODMn穩定在4～6 mg/L之間，滿足Ⅲ類標準。

受汛期來水量增多影響，各入湖河道汛期NH3-N質量濃度有所稀釋。但老濉河污染較嚴重，NH3-N質量濃度最高且年內差異較大，最高質量濃度達4.8 mg/L，8—10月穩定在0.5 mg/L左右；新汴河與懷洪新河則出現汛期質量濃度稍大于非汛期的情況，不符合普遍規律，考慮是由于河道來水年內差異小，汛期污染物質量濃度稀釋作用不明顯。

對于TP而言，由于汛期來水量增多，部分農田被淹沒導致水流攜帶大量化肥匯入河道，且夏季生活中含磷洗衣粉使用頻率上升，這都使得汛期入湖河道水體TP質量濃度較高。其中，在5—8月除有個別河道污染超標外，其余月份均穩定在Ⅲ類標準以內；較為反常的，老濉河冬季出現明顯惡化現象，由數據資料可見在2007—2011年間11—12月份TP質量濃度顯著高于其他年份，推測是由于當時含磷洗衣粉的使用較為廣泛，且非汛期較枯造成。

與NH3-N相類似，各入湖河道雖然汛期TN質量濃度偏小，但全年均處于嚴重超標狀態，富營養化嚴重，多數月份質量濃度遠高于Ⅴ類標準，即2 mg/L，水質最好的時間大多出現在 9月，各河道質量濃度均值為1.65 mg/L。其中以懷洪新河污染最輕，老濉河污染最為嚴重，最高達6.5 mg/L。

3 不同分區污染物變化原因分析

依據河流主要功能、所在地理位置、流經土地類型等，將除淮河外的其他入湖河道分為上游來水(西部)河流、過城區(中部)河流、過農業區(東部)河流[8]。位于西部的新汴河、新濉河、懷洪新河主要作為上游來水進入洪澤湖的通道，水質狀況主要決定于來水水質；位于中部的老濉河流經泗洪縣城城區，是泗洪縣主要納污河流；位于東部的徐洪河主要流經農區，水質主要受上游來水及境內農田排水影響。

(1)上游來水(西部)河流是連接上游與洪澤湖的輸水通道，其污染物主要來自上游地區的工業廢水，汛期水質未見明顯改善。在2008—2011年，各項污染物年均質量濃度均上升，近年來雖稍有改善但仍未徹底解決，上游各地區仍應嚴格控制工業廢水的排放，減輕西部河流污染負荷。

(2)過城區(中部)河流流經泗洪縣城區，沿線村落密度較大，接納了泗洪縣城區大量的工業及生活污水，造成氮類及磷類污染負荷均較重且污染情況日趨嚴重。在非汛期，降雨補水較少，入湖河道流量小，水體流動性差和自凈能力差，而汛期來水量增大有效稀釋了河道中各類污染物。

(3)過農業區(東部)河流主要流經農區，主要污染物為TN和TP，近年來TN控制較有成效，但TP仍呈顯著上升趨勢。由于汛期降雨與徑流的增加，將周邊農田大量面源污染帶入水體，使得汛期TP總體質量濃度大于非汛期。

4 結 論

此次選擇2003—2020年洪澤湖6 條主要入湖河道，對其監測站點的水質指標進行了水質評價與污染物變化趨勢分析的研究，主要結論如下：

近年來，洪澤湖入湖河道水質總體穩定向好，截至2020年已控制在《江蘇省洪澤湖保護規劃》目標的Ⅲ類水質標準內，多數年份處于中度污染。在汛期多數污染指標由于來水量增大得以稀釋，質量濃度有所降低，但TN仍未得到有效控制，變化趨勢不明顯，說明污染的控制不能僅靠水體的自凈能力，還需采用人工手段進行干預，進一步削弱污染。

污染物分擔率分析表明，各入湖河道的首要污染物均為TN，貢獻率高達約50%以上。嚴重超標污染物為TN、TP，均嚴重超出Ⅲ類標準，當這2項污染物參與水質評價時，多數河道為劣V類水平，基本不達標。

從河道不同入湖區域來看，上游來水(西部)、過城區(中部)和過農業區(東部)河流的污染狀況和原因存在差異，其中淮河入湖污染物通量所占比重最大，高達約80%。西部河流污染物主要來自上游地區的工業廢水，2008—2011年水質惡化，近年來有所緩解；中部河流接納泗洪縣城區大量工業廢水及生活污水，氮類及磷類污染負荷均較重；東部河流主要受到農區面源污染及上游來水的影響，TP呈顯著上升趨勢。