長江大保護背景下長江流域宜昌段水質變化淺析

趙 亮

(湖北省生態環境廳宜昌生態環境監測中心,湖北 宜昌 443000)

長江是中華民族的母親河,是我國重要的生態安全屏障,是中華民族發展的重要支撐[1]。十三五期間,習近平總書記主持召開推動長江經濟帶發展座談會并發表重要講話,對長江保護修復作出系統部署。宜昌市位于湖北省西部,境內地貌較復雜,山地、丘陵、平原兼有,屬于山地到江漢平原的過渡地帶,地勢自西向東逐漸下降,長江從西向東橫貫全境。根據礦產資源儲量優勢程度對比調查,宜昌境內發現各類礦產10類89種,占全國已發現礦種的51.4%、占湖北省的59.3%,已查明礦產資源儲量的有48種,其中磷、錳等16種礦產為宜昌優勢礦產。長江宜昌段一公里內磷化工企業密集,以化工產業為中心,帶動周邊企業的發展,近幾年來,長江面臨“化工圍江”、“污鎖長江”的困局,化工企業的分布較零散,有成片分布在沿江的,有單獨分散在長江邊的,都對長江有一定的影響[2]。

本文主要針對宜昌市磷化工企業對長江流域宜昌段水質的影響以及近年來水質的改善情況做相關分析,綜合測度了2016-2020年長江干流宜昌段水質的變化情況,并提出相應的防治措施與建議,為長江流域水污染防治提供參考。

1 監測斷面的布設

長江干流從西北至東南縱貫宜昌全境。長江從秭歸縣破水峽入境,至枝江市馬羊洲出境入荊州市,境內流長230公里。全段以葛洲壩為界,上段流經西陵峽,江面狹窄,水流湍急,已建成的長江葛洲壩水利樞紐工程和三峽水利樞紐工程位于此段,三峽工程蓄水發電,形成三峽庫區。三峽大壩位于宜昌三斗坪,葛洲壩水利樞紐位于宜昌市區。葛洲壩以下段流經東部的丘陵、平原地帶,江面漸寬,流速漸緩?？v貫我市秭歸、夷陵區、西陵區、伍家崗區、點軍區、猇亭區、宜都、枝江八個縣(市、區),流經市境內長度237km ,多年平均入境水量4464億m3,出境水量4689億m3。根據河流自然特性及本次功能區劃分標準的要求,結合區域內各縣市區的社會發展需求,將長江干流河段劃分為5個一級水功能區(圖1)。

圖1 長江流域宜昌段各縣市區沿長江分布位置及監測斷面示意圖

(1)長江三峽水庫保留區

起于宜昌邊魚溪,止于三峽大壩壩址,長度88km。該江段位于長江三峽區間,水資源開發利用程度不高,在《全國重要江河湖泊水功能區劃》中被劃分為保留區。

(2)長江葛洲壩水庫保留區

起于三峽大壩壩址,止于葛洲壩壩址,長度36km。該江段位于長江三峽區間,水資源開發利用程度不高,在《全國重要江河湖泊水功能區劃》中被劃分為保留區。

(3)長江宜昌中華鱘保護區

長江宜昌中華鱘保護區起于葛洲壩,止于松滋市陳家店五家口,長度69.0km。在《全國重要江河湖泊水功能區劃》中被劃分為保護區。

(4)長江宜昌開發利用區

長江宜昌開發利用區位于長江干流左岸,起于葛洲壩、止于虎牙灘,長度22km。該江段為宜昌市城區主要供水水源地,在《全國重要江河湖泊水功能區劃》中被劃分為開發利用區。

(5)長江宜昌—荊州保留區

起于松滋縣陳家店五家口,止于公安縣虎渡河口,長度62.0km。在《全國重要江河湖泊水功能區劃》中,該河段被劃分為保留區。

根據國家和湖北省、市環境保護監測網絡管理的規定,長江流域宜昌段共設置4個地表水國家考核監測斷面,分別為:黃蠟石斷面(宜昌市入境斷面)、南津關斷面(城區入境斷面)、云池斷面(城區出境斷面)和荊州磚瓦廠斷面(宜昌市出境斷面)。宜昌沿長江分布的各縣市區具體位置和監測斷面圖如圖1所示。

2 監測數據分析與結論

本文使用的是宜昌市2016-2020年各監測斷面水質資料進行分析,比較各監測項目所用的濃度數據取每年的年均值濃度。由于長江流域宜昌段受三峽大壩水利工程和葛洲壩水利工程的影響,該段河流月平均水流量比較平穩,受水期影響不明顯,故只對各斷面的污染物年均值進行分析;由于《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)表1中銅、鋅、硒、砷、汞、鎘、鉻(六價)、鉛、氰化物、揮發酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物共13個項目的年均值濃度均在各自的方法檢出限以下, 故本次未對上述項目進行相關分析。

表1 2016—2020年長江干流水質變化趨勢分析表

2.1 秩相關系數法

使用《地表水環境質量評價辦法(試行)》污染變化趨勢的定量分析方法秩相關系數法,用Daniel的趨勢檢驗衡量環境污染變化。

統計檢驗用的秩相關系數[3]計算公式如下:

式中:di為變量Xi與Yi的差值;Xi為周期I到周期N按濃度值從小到大排列的序號;Yi為按時間排列的序號。

由表1可以看出,黃蠟石斷面pH值經計算rs為正值,說明pH值呈上升趨勢,但上升無顯著性意義;化學需氧量濃度值經計算rs值為0,說明該項目濃度值沒有上升或者下降的趨勢,較穩定;溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、總磷和氟化物濃度值經計算rs均為負值,說明上述項目濃度值均呈下降趨勢或好轉趨勢,除五日生化需氧量、總磷和氟化物的濃度下降有顯著性意義外,其他均無顯著性意義。

南津關斷面pH值、溶解氧和化學需氧量的濃度值經計算rs均為正值,說明上述3個項目濃度值呈上升趨勢,且溶解氧和化學需氧量的濃度上升趨勢具有顯著性意義;高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮和總磷的濃度值經計算rs均為負數,說明上述項目濃度值均呈下降趨勢或好轉趨勢,且總磷濃度值下降或好轉有顯著性意義;氟化物濃度值經計算rs為0,說明該項目濃度值沒有上升或者下降的趨勢。

云池(白洋)斷面溶解氧和化學需氧量的濃度值經計算rs均為正值,說明上述2個項目的濃度值均呈上升趨勢,且上升均具有顯著性意義;pH值、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮和總磷的濃度值經計算rs均為負值,說明上述項目濃度值均呈下降趨勢或好轉趨勢,且總磷的下降具有顯著性意義,其它項目下降均無顯著性意義;氟化物濃度值經計算rs為0,說明該項目濃度值沒有上升或者下降的趨勢。

荊州磚瓦廠斷面pH值和溶解氧的濃度值經計算rs均為正值,說明上述2個項目的濃度值均呈上升趨勢,且上升均無顯著性意義;高錳酸鹽、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷和氟化物的濃度值經計算rs均為負值,說明上述項目濃度值均呈下降趨勢或好轉趨勢,且總磷的濃度值下降具有顯著性意義,其它項目均無顯著性意義。

經分析,4個監測斷面的32個分析項目中,有改善情況有21個,占66%。存在共同改善的項目為:高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮和總磷,但有明顯改善的監測項目為總磷。由圖2可以看出,各監測斷面總磷濃度值均呈明顯的下降趨勢,且每年各斷面的總磷濃度值從上游到下游呈一定的上升趨勢,且下游云池(白洋)和荊州磚瓦廠斷面總磷的濃度值均高于上游黃蠟石和南津關斷面的濃度值,說明沿江磷化工企業對長江總磷濃度有一定的影響,但在長江大保護的各項治理措施下,各斷面的總磷濃度均有不同程度的改善。

圖2 2016-2020年宜昌段各監測斷面總磷濃度年均值變化趨勢圖

2.2 綜合質量指數法

評價模式采用綜合質量指數[4]和污染負荷分擔率[5]的評價方式。具體評價方式如下:

污染負荷分擔率:污染負荷分擔率=單項質量指數/質量綜合指數×100%

2016—2020年該段流域各監測斷面的綜合質量指數見表2,并對各斷面的綜合質量指數做Daniel趨勢檢驗,采用Spearman秩相關系數法計算相應的秩相關序數。從表2和圖3可以看出,各斷面的綜合質量指數均具有顯著性意義下降的趨勢,說明2016-2020年間該段流域水質逐年有所好轉。

表2 2016-2020年各斷面綜合質量指數及變化趨勢表

圖3 2016—2020年間各監測斷面綜合質量指數對比圖

2016—2020年各監測斷面主要監測項目污染負荷分擔率排前三位的分別為:總磷、化學需氧量和pH值,具體見表3。

由表1并結合表2可知:黃蠟石斷面化學需氧量濃度值較穩定,但該斷面的綜合質量指數呈明顯的下降趨勢,所以該項目污染負荷分擔率隨綜合質量指數的下降逐年有所增加;pH值有上升趨勢,因此pH值隨綜合質量指數的下降,污染負荷分擔率也有所增加。南津關斷面的化學需氧量和pH值濃度值均呈上升趨勢,但該斷面的綜合質量指數呈明顯的下降趨勢,所以該斷面上述兩項的污染負荷分擔率隨綜合質量指數的下降逐年均有所增加。云池(白洋)斷面的化學需氧量濃度值呈上升趨勢,但該斷面的綜合質量指數呈明顯的下降趨勢,所以該項目污染負荷分擔率隨綜合質量指數的下降逐年有所增加,而pH值由表1可知雖呈下降的趨勢,但趨勢不具有顯著性意義,秩相關序數接近于0,所以污染負荷分擔率隨綜合質量指數的下降逐年有所增加。荊州磚瓦廠斷面的化學需氧量濃度值呈下降趨勢,但下降趨勢不具有顯著性意義,所以污染負荷分擔率隨綜合質量指數的下降未出現明顯的變化;pH值由表1可知雖呈上升的趨勢,所以污染負荷分擔率隨綜合質量指數的下降逐年有所增加。

因此, pH值的污染負荷分擔率高,并不一定代表該項目的濃度值在逐年增加,有可能是由于各個監測斷面的綜合質量指數逐年下降,而該項目的濃度未出現明顯的變化造成的。從總磷的污染負荷分擔率變化情況可以看出,總磷污染負荷分擔率在同一年份的上游斷面均低于下游斷面,說明沿江化工企業對該段河流水質有一定的影響。從圖4可以看出2016—2020年各斷面總磷的污染負荷分擔率呈下降的趨勢,結合表1各斷面總磷的濃度經Spearman秩相關系數法計算也均呈明顯下降的趨勢。說明在2016—2020年間,該段流域的水質改善明顯的項目為總磷。但南津關、云池斷面的化學需氧量濃度值呈上升趨勢,須引起高度重視。

圖4 2016—2020年各監測斷面總磷污染負荷分擔率變化趨勢圖

3 水質改善原因分析

習近平總書記在“十三五”開局之年在推動長江經濟帶發展座談會上強調:“當前和今后相當長一個時期,要把修復長江生態環境擺在壓倒性位置,共抓大保護,不搞大開發”[6],讓中國開始重視長江生態環境保護,為長江發展奠定新的意義?！笆濉逼陂g,宜昌市結合本地化工企業的特點,為加強水環境保護制定和出臺了一系列工作方案。既做減法,又做加法,從上游到下游、從水里到岸上,宜昌通盤考慮,系統謀劃,確保每個環節有人管、每個問題有人抓。各斷面的綜合質量指數逐年均呈下降趨勢,說明2016-2020年期間長江流域宜昌段水質環境均有所好轉。主要原因如下:

(1)優化產業結構布局。按照《深入打好長江保護修復攻堅戰行動方案》的要求,對宜昌市內的8個化工園區進行了確認,從生產工藝、環境污染防治、安全防控等方面從嚴把關,督促項目高標準設計。

(2)深入開展“散亂污”涉水企業清查和綜合整治。2018年以來,結合中央環保督察整改,對全市“十小”企業組織清理排查。

(3)完成沿江1公里范圍內35家重污染磷化工企業關改搬轉省定目標任務。

(4)深入推進長江、清江排污口攻堅溯源和整治,完成現場核查分類、排口全覆蓋監測和現場核查以及1701個排口的初步溯源和1294個排口的立行立改工作。“一口一策”正在按時序推進,多次入選全省排污口排查整治示范案例。鞏固提升長江大保護成果,起草《宜昌市長江高水平保護十大攻堅提升行動方案》,持續推進保護長江“6+4”攻堅提升行動。

(5)不斷創新環保工作機制。建立長江大保護聯動執法機制,統籌市直和中省在宜涉江監管部門的執法力量,實現巡查全面覆蓋、執法快速響應,查處無縫銜接。

(6)積極探索流域治理新機制。國務院已出臺的《關于健全生態保護補償機制的意見》提出要在長江、黃河等重要河流探索開展橫向生態保護補償試點[7]。2017年宜昌市出臺第一個流域生態補償方案——《黃柏河東支流域生態補償方案(試行)》,倒逼黃柏河流域的磷礦企業生產工藝不斷升級,水質連續幾年得到鞏固提升,主要污染指標總磷得到明顯改善。配合水利部門實施流域治理“河湖長制”,落實市、縣、鄉、村四級河湖長制,為提升全市水環境質量提供保障。

4 結論與建議

4.1 結論

2016—2020年間,黃蠟石、南津關、云池河磚瓦廠4個監測斷面參與評價的指標呈50%-75%之間不同程度的改善,下游斷面的改善情況要略高于上游斷面。

本文選用上述2種常用的水質評價方法,在單項污染指數法的基礎上,創造性的將污染變化趨勢的定量分析方法和綜合污染指數法相結合,并通過分析相關系數的大小和綜合污染指數的變化,應用于本次水質評價,分析選出了具有代表性且改善明顯的水質指標為總磷,該指標在流域的治理中已得到明顯改善,進一步說明了該段河流在長江大保護背景下所實施并制定的政策合理可行。

4.2 建議

依據長江流域宜昌段水質變化的情況以及本地富磷化工企業的特點,提出主要建議如下:

(1)持續實施長江宜昌段水質改善行動,深入推進長江入河排污口整治。以“宜昌市污染源和風險源排放清單”成果為基礎開展入河入湖排污口詳查和溯源整治工作。對沿線排污口進行全面排查,持續對沿江水質進行加密監測,進一步加大環境執法力度,堅決查處工業企業偷排、漏排等違法行為。

(2)重點流域重點管控,加強磷污染綜合治理。宜昌以磷化工企業為主,強化重點區域重點行業監管,推動磷礦、磷化工企業穩定達標排放,加強磷石膏綜合利用。對長江生態環境保護修復駐點跟蹤研究(一期)工作取得的成績要跟蹤鞏固,繼續開展長江生態環境保護修復“一市一策”駐點跟蹤研究(二期)項目。對長江流域宜昌段的主要支流進行重點管控,嚴防污染水體直接排入長江。

(3)繼續實行河流生態補償制度,持續推動水環境深度管理;繼續對群眾關注度高、對周邊環境影響大的河流進行整治。積極謀劃水污染防治項目,努力探索技術創新,提高科學治污水平。

(4)完善水環境預警體系。宜昌市水質預警能力有待加強,可依托遙感、大數據、云計算等技術,全面加強信息化建設平臺,為全市水環境綜合預警提供基礎。

5 結語

目前運用于水環境質量綜合評價的方法有很多,如單因子評價法、污染指數法以及水質標識指數評價法等。各個評價法的都具有不同的優缺點,單因子評價法的實質是評價過程采用變權來處理評價因子,以污染最重因子來評價水質類別。因此,該方法未充分考慮水質評價全部因子的貢獻,評價簡單、易操作,但隨意性大,會忽略很多有用的信息,具有一定的局限性。綜合污染指數法的缺陷在于污染指數的數值與評價項目的多少密切相關,隨著評價項目的增多,污染指數會增大,就會夸大水污染程度[8]。如何能準確、客觀、真實的反應水環境質量現狀,本文選取2種常用的評價方法,將其結合起來運用于水質評價做了初步嘗試,如何針對不同的水環境選取多種合適的評價方法和評價指標,并將其結合運用于水環境質量評價還需進一步探討。