汉丹江(陕西段)水质变化特征分析

王 蕾，关建玲，姚志鹏，丁 强，罗仪宁，程俊侠

1．陕西省环境监测中心站，陕西 西安 710054

2．中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

南水北调中线工程是优化配置中国水资源，解决中国北方水资源严重短缺的特大型调水工程之一［1］，陕西省汉丹江流域位于其供水水源地丹江口水库的上游，承担着70%以上的供应水量，是南水北调中线的主要水源涵养区［2］。作为丹江口水库的主要来水水源，陕西省汉江、丹江水体环境质量是南水北调中线工程顺利实施的前提和保障。近年来汉丹江(陕西段)区域经济社会发展和城镇化进程不断加快［3］，流域水环境状况受到广泛关注，而已有文献针对汉丹江(陕西段)的水质评价研究仅限于南水北调工程论证时期［4］及建设初期的水质状况［5］，目前针对汉丹江(陕西段)水质变化特征的研究鲜见报道［6］。基于汉丹江(陕西段)水质常规监测资料、区域环境统计及污染源普查数据，结合实地调研结果，全面分析该河段水质变化特征及水污染源特征，以期为南水北调中线水源水环境质量保障和水资源利用提供参考。

1 研究区域和数据来源

汉丹江(陕西段)位于陕西省南部的秦巴山地，流域总面积约6.5万平方千米，由西向东主要流经汉中、安康、商洛3市27个县(区)。汉江干流(陕西段)为631 km，流域面积为25 691 km2;丹江是汉江最长的支流，发源于陕西省商洛凤冠山南麓，出陕西后在湖北省丹江口市与汉江交汇进入丹江口水库，丹江干流(陕西段)为248 km，流域面积为6 995 km2。

采用2008—2012年汉丹江(陕西段)干流14个监测断面的常规监测数据，以《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标为评价指标，对该河段水质状况进行考察。监测频次为1次/月，监测项目分析方法依据《水和废水监测分析方法》(第四版)［7］。各监测断面名称和位置见图1。

图1 汉丹江(陕西段)水体监测断面位置示意图

2 研究方法

2.1 水质评价方法

单因子评价法:用河流断面各监测项目的监测结果对照该项目分类标准，确定水质类别，即低于或等于某类标准限值时评价为达到某类标准;在所有项目的水质类别中选取水质最差类别作为断面水体的水质类别。河流水质评价采用断面水质类别比例法，即按照环保部《关于印发“地表水环境质量评价办法(试行)”的通知》(环办［2011］22号)中河流水质类别比例与水质定性评价分级的对应关系描述河流水质状况。

平均综合污染指数法［8］:对断面或河流水体污染物产生的水质影响进行综合评价，定量描述总体污染状况。其计算公式为

式中:Ci为监测值;Si为标准值，取《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的Ⅲ类标准限值;n为评价指标的个数;Pi为第i项指标的污染分指数;P为平均综合污染指数。文中未检出监测项目以检出限值参与计算。

2.2 变化趋势研究方法

Spearman秩相关系数法。具体计算按照环保部“地表水环境质量评价办法(试行)”进行。

3 结果与讨论

3.1 汉丹江(陕西段)水质时间变化特征

2008—2012年汉丹江(陕西段)水体综合污染状况逐月变化趋势见图2。

图2 汉丹江(陕西段)平均综合污染状况逐月变化

由图2可见，汉江(陕西段)水质综合污染状况时间序列曲线呈现不规则振动波型变化，且振动幅度逐年减小，年内变化特征各异，没有一致的规律性。丹江(陕西段)2008—2009年综合污染指数较高，且2008年有上升趋势，2009年趋于下降;2010—2012年综合污染指数变化幅度不大，水质状况基本保持稳定;结合丹江降水监测数据发现，丹江(陕西段)2008—2009年非汛期综合污染指数高于汛期，这是由于丹江水量较小，污染较严重时降雨对污染物的稀释作用较为显著。

2008—2012年汉丹江(陕西段)水体综合污染状况年际变化见表1。

表1 汉丹江(陕西段)平均综合污染状况年际变化

由表1可见，汉江、丹江水质综合污染状况均呈下降趋势，其中汉江下降趋势显著。汉江、丹江2008年水质综合污染状况相当，2012年丹江水体平均综合污染指数大于汉江，显示汉江水质整体优于丹江。

3.2 汉丹江(陕西段)水质空间分布特征

以2012年汉丹江流域(陕西段)水体综合污染状况为例分析汉丹江(陕西段)干流综合污染状况(图3)。

图3 2012年汉丹江(陕西段)干流综合污染状况沿程变化

由图3可见，汉丹江(陕西段)各断面水质具有明显的空间差异性和区域分布特征，汉江汉中段呈现明显的抛物线型变化，汉江源头代表断面烈金坝平均综合污染指数最低，沿程经梁西渡、南柳渡断面明显增加，到汉中市城镇集中区蒙家渡断面达到最大值，随后经黄金峡至安康段石泉Ⅰ、安康Ⅰ断面降至最低点，其后经安康市城镇集中区到白河Ⅱ陕西出境断面又有所上升;从丹江沿程分布看，丹江上游断面峡口平均综合污染指数最低，其后平均综合污染指数持续增加，在商洛市商州城区张村达到最大，最后至下游丹凤下断面略有降低。

以2012年Landsat TM影像为数据源，使用ArcGIS和ENVI软件对陕西省汉丹江流域进行土地利用分类，如图4所示。

图4 2012年汉丹江流域(陕西段)土地利用情况

由图4可见，汉中污染严重的河段土地利用类型多为耕地和居民点及工矿地，黄金峡、石泉Ⅰ、安康Ⅰ断面所处河段周边多为林地和草地，污染来源明显减少，河流自净能力彰显。汉丹江(陕西段)水质空间分布总体呈现城区污染大于郊区，在各行政区段河流下游水质污染均大于上游的特点。

根据单因子评价结果，2012年陕西省境内汉江干流9个断面中列金坝水质状况为Ⅰ类，南柳渡为Ⅲ类，其他7个断面为Ⅱ类;丹江5个断面中峡口和构峪口水质状况为Ⅱ类，其余3个断面为Ⅲ类，均符合相应水质功能区划标准。根据环保部“地表水环境质量评价办法(试行)”中河流水质类别比例与水质定性评价分级的对应关系，汉丹江(陕西段)水质均为优。根据2012年汉江、丹江各断面21项水质指标的监测结果可知，汉江、丹江水质均为中性偏碱;五日生化需氧量、石油类、汞、铅、砷、镉、六价铬、硒、铜、锌、氟化物、挥发酚、氰化物、阴离子表面活性剂和硫化物在各断面年均值及月测定值均为Ⅰ类，说明汉丹江水质不受或受这些指标所代表的污染物影响较小;溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮和总磷在部分断面年均值为Ⅱ类或Ⅲ类，个别断面的氨氮月测定值为Ⅵ类，存在偶然超标现象，说明影响汉丹江水质的主要因子为有机污染因子和营养盐因子。

值得注意的是，汉江南柳渡断面用单因子评价法评价结果为Ⅲ类(氨氮为Ⅲ类)，是汉江干流水质类别最差断面，而根据平均综合污染指数法评价时，位于南柳渡下游的蒙家渡断面水体综合污染状况最差，对比各水质指标发现，蒙家渡断面氨氮为Ⅱ类，但其他指标(如高锰酸盐指数、五日生化需氧量、化学需氧量、总磷、挥发酚、氰化物、砷、汞等)年均值均较南柳渡断面高。

3.3 汉丹江(陕西段)水污染源特征及水质变化原因

据研究，河流污染一般来自工业废水和城镇生活污水排放［9］、城市地表径流［10］、水土流失［11］、农田排水［12］及干湿沉降［13］等。根据 2012年陕西省环境统计数据，陕西省境内汉丹江流域接纳的污废水主要为城镇生活污水(79.03%)和工业废水(20.77%);流域接纳的化学需氧量有86.11%来自城镇生活源(47.84%)和农业源(38.27%)，氨氮有 84.46%来自城镇生活源(46.89%)和农业源(37.57%)，总磷有73.40%来自农业源，这说明城镇生活源和农业面源是影响汉丹江(陕西段)水质的主要污染源，是目前该流域水质安全保障防控的重点。汉丹江流域(陕西段)工业污染源化学需氧量和氨氮排放量分别占流域总排放量的11.50%和13.97%，流域内金属矿采选和冶炼、氮肥制造、黄姜皂素加工、缫丝加工以及农副食品加工行业的废水排放量占流域工业总排放量的77.22%，化学需氧量和氨氮排放量分别占流域工业总排放量的78.14%和80.81%。由此可见，汉丹江流域(陕西段)工业污染物排放量占比相对较小且排放行业较为集中。

近年来，随着陕西省《丹江口库区及上游水污染防治和水土保持“十二五”规划》及《重金属污染综合防治“十二五”规划》的实施，汉丹江流域(陕西段)污染源得到控制:①流域内城镇污水处理厂建设加快，2008年仅有3家市级污水处理厂投运，2012年则增至16家，污水处理能力由2008年的1.9×105m3/d增加至2012年的3.6×105m3/d，使得城镇生活源污染物入河排放量减少;②流域内生态环境综合整治力度不断加大，生态湿地、绿化造林等水土保持项目有序开展，截至2011年底治理水土流失面积1.24万平方千米，退耕还林逾千万亩［14］;③流域内关、停、并、转、迁了300多家不符合国家产业政策、污染严重的企业和矿产资源开发项目，全面实施污染物总量控制和排污许可证制度，同时完善建制镇及工业园区、移民集中居住区环保设施，有效控制了流域内点源污染物的排放量;④农业畜禽养殖规模化及废物资源化利用的生态环保养殖模式、农田有机肥代替化肥使用使得汉江、丹江入河农业污染物减少。另外，近年来汉丹江流域(陕西段)用水量基本不变，但汉江、丹江的年径流量总体呈增加趋势(表2)，水量有所保障，这些因素共同促进了汉丹江(陕西段)综合污染水平的下降。

表2 汉丹江流域(陕西段)水资源利用情况年际变化108m3

4 结论

1)2008—2012年汉丹江(陕西段)水质综合污染状况总体呈下降趋势。汉江(陕西段)水质综合污染状况逐年减轻，下降趋势显著，年内变化无规律;丹江(陕西段)2008年水质综合污染状况有上升趋势，2009年趋于下降，2010年以后水质状况基本保持稳定。

2)2012年汉丹江(陕西段)水质综合污染状况空间差异和区域分布特征明显，汉江汉中段污染大于安康段，汉丹江水质空间分布总体呈现城区段污染大于郊区，各行政区段河流下游污染大于上游的特点。汉丹江(陕西段)流域断面水质以Ⅱ类、Ⅲ类为主，水质总体为优，影响汉江、丹江水质的主要因子为有机污染因子和营养盐污染因子。

3)汉丹江(陕西段)水污染源主要来自城镇生活源和农业面源，工业污染源占比不大，但行业特点明显，主要集中在金属矿采选和冶炼、氮肥制造、黄姜皂素加工、缫丝加工和农副食品加工行业。

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