基于GIS的地表水水質污染成因研究

摘要：黃河陜西府谷段流經毛鳥素沙漠邊緣，生態環境脆弱，具有獨特的結構和功能。準確了解地表水中污染物的污染狀況和來源是解決環境問題的關鍵。研究結合現場勘查和監測斷面布置，開展常規水質指標監測，將水質監測數據與排污口和工業污染源、農業污染源和生活污染源數據充分耦合，進行水體中的污染物的溯源。結果表明，化學需氧量、生化需氧量、高錳酸鹽指數三項指標出現超標的點位與人類生活區密切相關。地理信息系統調查對黃河中游水質改善和河流規劃目標具有良好的支撐作用。

關鍵詞：黃河府谷段；水質評價；地理信息系統；污染源

中圖分類號：X82 文獻標志碼：A

1研究背景

生態環境監測是推進國家生態環境治理體系和治理能力現代化的重要支撐。黨中央、國務院高度重視監測事業發展，將生態環境監測納人生態文明改革的大局統籌推進。黃河中游流經內蒙、陜西、山西省份的能源化工區域，是環境污染物的主要受納水體。十三五期間經過多方舉措與治理，黃河水環境質量不斷提升，但水污染防治與水生態環境問題依然突出，進一步加強該流域的水質監測與水環境管理工作十分重要。

黃河興神大橋斷面（E：ll0 916 26，N：38.532 16）位于神木市馬鎮東南角，該匯水范圍內水域主要為黃河干流，黃河沿興神大橋控制單元東南側邊界蜿蜒流過，控制單元內流域面積為636.21 km2。黃河府谷水文站多年天然平均徑流量為235.4×10 m3。匯水范圍在榆林市內涉及府谷縣武家莊鎮、田家寨鎮和神木市馬鎮，3個鄉鎮。

黃河蜿蜒于府谷縣境東部，縣內流程107 km，占黃河全長5 463.6 km的1.9%。根據《榆林市水資源綜合規劃》（榆政函[2018]51號），皇甫川皇甫水文站，孤山川高石崖水文站多年天然平均徑流量分別為1.68×10 m3和0.89×10 m3。黃河府谷水文站多年天然平均徑流量為235.4×10 m3。興神大橋斷面所代表水功能區是黃河天橋農業用水區／黃河府谷、保德排污控制區／黃河府谷，是“十四五”期間新增的國考斷面。

2材料與方法

2.1監測斷面的布設

根據《地表水和污水監測技術規范（HJ/T 91-2002）》中監測斷面的布設原則，結合控制斷面匯水范圍內的區域環境污染特征，在磧塄控制斷面至黃河興神大橋控制斷面黃河干流段，共布設6個水質監測點，在嵐漪河支流人黃河前布設1個水質監測點，采樣點空間分布見圖1，各采樣點周圍環境見表1。

2.2分析項目

根據榆林市生態環境局在黃河興神大橋控制單元內設置的磧塄省控監測斷面2015年-2021年地表水水質數據，21項檢測指標中部分月份出現超標，出現超標的指標包括：氨氮、總磷、高錳酸鹽指數、化學需氧量（COD）、石油類、汞，且現有興神大橋國考監測斷面的水質優于磧塄斷面水質，結合控制單元內的污染源特征確定監測指標為pH、溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BODs）、氨氮、總磷、氟化物、礦化度（全鹽量）、石油類、揮發酚共11個指標。

采樣現場測定pH、水溫、溶解氧指標，其余指標參考《水質樣品的保存和管理技術規定（HJ 493-2009）》標準，保存水樣運回實驗室后參考《地表水環境質量標準（GB 3838-2002）》基本項目分析方法進行檢測。分析每批水樣時均做10%的平行雙樣。

2.3評價標準

各斷面執行標準根據《陜西省“十四五”國考斷面“一斷一策”水體達標方案編制大綱》控制斷面的考核要求確定，黃河興神大橋斷面水質類別要求符合《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅱ類水質標準。

2.4評價方法

斷面水質超過Ⅲ類標準時，選擇水質類別最差的前三項指標作為主要污染指標；當不同指標對應的水質類別相同時，取超標倍數最大的前三項為主要污染指標。確定了主要污染指標的同時，應在指標后標注該指標濃度超過Ⅲ類水質標準的倍數，即超標倍數。

3結果與討論

3.1監測結果評價

磧塄斷面和興神大橋斷面均執行Ⅱ類水質標準，因此本期監測的7個斷面參考水質標準均選擇Ⅱ類水質標準。檢測的11項指標中，只有高錳酸鹽指數、BODs、COD三項出現超標，其余指標在各斷面全部符合Ⅱ類水質標準要求，見圖2和表2。

由圖3可知，磧塄斷面的高錳酸鹽指數（0.63）、BODs（0.85）、COD（0.75）三項指標均出現超標現象，且全部高于其他斷面處的指標。COD和BODs兩項指標在石馬川、葛富村、嵐漪河下游均出現超標，雖然興神大橋斷面此三項指標未出現超標，但是上游出現超標，因此需要關注此三項指標的污染來源。

各斷面的pH范圍在6-9，符合Ⅱ類水質標準，pH值均大于8，偏堿性。磧塄斷面、石馬川斷面、嵐漪河下游斷面的溶解氧濃度較低，此三個斷面的BODs也均超標，微生物大量分解有機物，消耗氧氣，導致水體當中的溶解氧濃度降低。

各斷面的氨氮和總磷也均符合Ⅱ類水質標準，其中葛富村斷面和嵐漪河下游斷面的氨氮較高，嵐漪河支流（裴家川斷面）的總磷較高，該區域水土流失較嚴重，斷面附近的農田施肥后，通過地表徑流將氮、磷引入黃河中，導致斷面監測指標濃度較高。

各斷面氟化物均符合Ⅱ類水質標準，其中嵐漪河支流（裴家川斷面）的氟化物較高，引發嵐漪河入黃后的嵐漪河下游斷面及興神大橋斷面氟化物濃度上升。礦化度均低于1 000 mg/L，參照灌溉水水質標準，滿足農田灌溉要求。

各斷面石油類和揮發酚的濃度值，均符合Ⅱ類水質標準，除嵐漪河支流（裴家川斷面）的石油類濃度值為0.02 mg／L，其余斷面均低于檢測限0.01 mg／L，各斷面的揮發酚濃度值均低于檢測限0.000 3 mg/L。

3.2水環境問題識別與研判

3.2.1工業污染

興神大橋控制單元內的工業污染源分布如圖1所示，工業行業類別主要為煙煤和無煙煤開采洗選和煤制品制造，且均位于石馬川流域，一旦煤礦企業存在廢污水事故排放現象，污染物進入石馬川支流，匯入黃河后，會導致石馬川下游斷面水質超標，石馬川斷面（布設于黃河干流）COD、BODs均出現超標可能與此有關。黃河干流無排污口，匯水范圍內的人河排污口主要分布在石馬川河流兩側，且6個排污口類型均為雨洪排口。然而，磧塄斷面上游有眾多排污口，且靠近城鎮生活區，由此導致磧塄斷面高錳酸鹽指數、COD、BODs三項指標都出現超標，對下游興神大橋造成極大威脅。

3.2.2城鎮農村污染

目前，興神大橋控制斷面城鎮污水處理設施建設水平相對落后、重點鄉鎮廢水處理設施不完整、配套管網建設不完善、雨污管網未完全分流等問題造成污水直排環境，增加了環境污染負荷。城鎮經濟實力薄弱，污水處理設施建設及后續運行資金缺乏，會對河流水體造成嚴重污染。

目前，該區域黃河干流沿河規模較大村莊有4個（如圖3所示），農村生活污水處理、收集設施幾乎處于空白，生活污水以生活面源形式排放或簡單收集后直排地表水體，直接影響下游地表水體水質環境。流域內農村生活垃圾處理水平普遍較低，部分鄉鎮、農村設置了簡易垃圾填埋點，多數區域缺乏垃圾收集系統和處置場地，部分垃圾填埋設施的防滲和污水處理設施不足，生活垃圾在田間地頭、房前屋后隨意堆置，以地表徑流形式轉移到河流，導致斷面BODs、高錳酸鹽指數、COD超標，造成水體污染。

依據2019年榆林市排污口統計數據，其中農業農村生產生活和城鎮生活排口以及雨洪排污口水質的BODs、COD、氨氮等指標濃度普遍較高，尤其農村生活排污口，COD濃度為地表水水質標準Ⅲ類水體的5%-3 580%，氨氮為25.6%-3 430%，總磷為10%-1 335%。所以城鎮農村面源污染是造成黃河干流斷面水質超標的關鍵原因之一。

3.2.3農業農村污染

黃河沿岸分布較多農田，尤其胡橋溝至嵐漪河匯入后的干流段，其中葛富村斷面至嵐漪河下游斷面沿黃河分布較多耕地（如圖4所示），較大面積的耕地分別為2.7 km2、243 809 m2和583 137.47 m2。胡橋溝斷面至葛富村斷面沿黃河分布較多耕地，其中較大面積的耕地分別為1.3 km2、1.0 km2、720 027 m2、50 572 m2、495 978 m2和219 421 m2，氮、磷通過地表徑流進入黃河，使得富村斷面和嵐漪河下游斷面的氨氮、總磷較高。在農業生產方式相對落后的情況下，通常采用引水漫灌的方式，農田退水過程將攜帶大量流失的氮、磷等營養物質進入河道，加速河流的耗氧污染。黃河兩岸溝壑區水土流失嚴重，也會加劇耕地土壤氮、磷流失，所以大面積的沿黃河農田面源污染也是造成黃河干流斷面水質惡化的原因之一。

4結論

綜上，興神大橋控制單元涵蓋田家寨鎮、武家莊鎮、馬鎮三個鄉鎮，主要污染來源為沿河農田退水徑流、農村生活污水的直排以及磧塄斷面上游的生活污染源，斷面水質超標因子主要是高錳酸鹽指數、化學需氧量、生化需氧量等常規因子，其中化學需氧量和生化需氧量超標倍數普遍較高，問題較為突出。因此黃河興神大橋斷面水質達標的關鍵是面源污染的阻截和處理以及城鎮污水的廣覆蓋收集及達標處理。在此基礎上貫徹“治、用、保”的總體思路，開展人工濕地建設、河道綜合整治和河濱岸帶建設等生態保護措施。