1985——2010年珠江广州城区段水环境质量演化研究

陈昆仑，张祚，谢启姣，王帷师

（1.湖北大学资源环境学院，湖北 武汉 430062；2.湖北大学商学院，湖北 武汉 430062）

0 引言

随着社会经济的快速发展，城市水环境污染、水资源短缺等问题愈加凸显.水环境质量的定量化客观评价是水资源可持续利用的前提，也是城市水环境管理与决策的重要依据.自20世纪80年代以来，我国开始全国范围内的河流水质评价工作，综合水质评价结果的科学合理性一直是探讨的热点，而评价结果的客观与否同评价方法的科学性有很大关系.目前，关于水质评价方法的研究较多.从研究手段来看，普遍注重多介质、多参数的水质数据分析［1-2]，并采用GIS技术手段研究水质变化［3].从具体评价方法来看，主要有单因子指数评价法、综合指数评价法、灰色关联评价法、模糊层次分析法［4-6]及其他多元统计分析法［7]等.单因子指数评价法、综合指数评价法是目前最为常用且计算便捷的评价方法，其评价结果相对客观准确；模糊理论法能很好地反映水环境质量级别的模糊性与连续性，层次分析法能够将评价者对复杂系统的定性分析进行定量化处理［8]，两者的结合很好地解决了隶属度与权重的问题，并且在此基础上发展了基于中间限值的改进型模糊层次法和模糊标识指数评价法［9].显而易见，不同的评价方法有其自身存在的优缺点，也会带来不尽相同的评价结果，在结合具体水质进行分析评价时，综合考量和比较多种评价方法的结果对全面认识和把握水质的状况和演化特征具有重要意义.此外，探究水质变化背后的原因，关注经济发展对水环境质量的影响［10-12]，将为科学制定城市水环境整治规划，采取有效防范措施提供有意义的参考.

地处珠江三角洲的广州，水网密布、河道纵横，河流是城市内部最重要的自然元素.同时，它还最早经历了改革开放以来的快速工业化和城市化过程，产业的集聚和人口的增长带来了深远的环境影响.珠江广州河段作为城市最重要的水体，深受工业废水和生活污水排放的污染，城市河道污染又反过来深深影响着城市形象和居民健康，因此30多年来一直都是城市环境整治的重要对象.珠江广州河段的水环境监测、污染分析和工程治理技术也一直都是相关研究的重点，比如广州城市水体的重金属污染［13]、河流污染特征［14-15]、河流底栖生物［16]、水污染修复技术［17]、污染管理和环境整治［18]等方面.已有珠江广州段的水环境质量研究多集中在单一要素或较小时空范围，较长时间序列的整体讨论较少.因此，本文中拟在整理环境质量公告和统计年鉴数据的基础上，讨论19852010年珠江广州城区河段的水环境质量变化情况，以期对水质变化形成时间上和空间上的整体认识，为未来广州城市水环境保护和治理提供借鉴.

1 研究区概况

1.1 广州社会经济现状广州是海上丝绸之路的起点之一，中国的“南大门”，是广佛都市圈、粤港澳都市圈、珠三角都市圈的核心城市.改革开放以来，广州的社会经济建设取得了显著成绩，GDP以年均13.9%的速度持续增长，对外经济贸易快速壮大［11].2013年，广州市实现地区生产总值15 420.14亿元，按可比价格计算，比上年增长11.6%.其中，第一产业增加值228.87亿元，增长2.7%；第二产业增加值5227.38亿元，增长9.2%；第三产业增加值9963.89亿元，增长13.3%.第一、二、三次产业增加值的比例为1.48∶33.90∶64.62.三次产业对经济增长的贡献率分别为0.4%、29.0%和70.6%.已发展成为工业基础较雄厚，第三产业发达，国民经济综合协调发展的特大中心城市.

1.2 广州水质监测点设置本研究中选取珠江河道广州城区段为研究对象.珠江广州河段包括西航道、前航道、后航道和黄埔水道，河段总长82.55 km，是广州市的主要水体，其中西航道、前航道、后航道是广州市的重要水源地［19].研究涉及8个监测断面，包括鸦岗、硬颈海、平洲、黄沙、广纸、猎德、长洲、墩头基，具体位置如图1.

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

1）监测报告.包括广州市环境监测中心站编写的《广州市环境质量报告书（19851990）》、广州市环境保护局发布的19912010年广州各年份环境质量公报等.

3）相关文献和专业机构网站数据.如广东省环境保护厅、广州市环境保护局，广州市环境监测中心站网站上的相关数据等.

图1 各监测点位置图

表1 污染因子等级标准

2.2 研究方法目前，关于水质评价的研究方法较多，选择合理的评价方法可以为准确判断水质的演化状况提供基础.本文中选取的水质评价方法主要为单因子指数法和水质污染综合指数法.

2.2.1 单因子指数法 单因子评价法（最差因子判别法）首先要确定该水体评价标准，将各参数浓度与评价标准相比，根据比值是否大于1来评价该水体是否达到了相应的水质标准，并判定评价指标的水质类别，以最差的水质类别作为水质综合评价的结果.该方法操作简单便捷，但反映的水质结果不够准确，水质信息未充分利用，往往会夸大最差指标的影响，结果可能存在误差.

2.2.2 水质污染综合指数法 综合指数法是各指标对水体综合污染程度的一种数量指标.一般情况下是假设各参与评价因子的贡献基本相同，采用各评价因子标准指数加和的算术平均值进行计算，计算公式为：

式中，Ci为第i项污染物的浓度值，C0为第i项污染物的评价标准，Pi为第i项污染物的标准指数，具体分级结果见表2.该方法是单因子指数的改进型，综合考虑了多个指标的贡献，相对更加客观.本文中综合两种方法进行比较分析.

表2 水质污染综合指数Pi分级（据参考文献［9]整理）

3 结果与讨论

3.1 水质年际总体变化分析

表3 19851990年珠江广州城区段水质监测结果超标率对比 %

表3 19851990年珠江广州城区段水质监测结果超标率对比 %

1990年平均值30.1 27.9 20.4 26.2年份1986images/BZ_136_1754_1162_1794_1202.png按水期统计枯水期平水期丰水期全年合计1985 22.9 18.7 19.8 20.4 1986 31.8 28.9 19.9 26.9 1987 36.2 27.0 23.1 28.7 1988 29.1 23.9 23.5 25.5 1989 23.4 30.9 17.7 24.0 1990 30.1 28.9 18.0 25.7

从8个监测断面比较来看，广纸断面超标率最高（32.6%），其次是猎德（32.1%）、黄沙（30.6%）、墩头基（27.8%）和硬颈海（26.6%），超标最小的是位于上游位置的鸦岗断面（15.7%）.这一时期各监测断面超标率在空间上大体呈现由中心城区向外围减缓的趋势，且上游超标率要远小于下游及中心城区（表4）.

表4 19851990年珠江广州城区段监测断面水质监测结果超标率对比 %

表4 19851990年珠江广州城区段监测断面水质监测结果超标率对比 %

墩头基21.6 24.8 34.5 32.3 23.3 24.0 27.8断面1985 1986 1987 1988 1989 1990 1985长洲----1990年平均值images/BZ_136_490_2166_530_2206.png鸦岗11.1 18.3 17.4 15.0 13.8 14.0 15.7平洲17.9 20.2 23.2 17.4 10.7 9.2 16.1硬颈海14.4 32.9 27.0 26.7 21.6 24.7 26.6黄沙24.1 33.7 30.8 27.0 29.3 32.0 30.6广纸27.0 33.3 33.5 28.3 33.5 34.2 32.6猎德28.9 31.5 37.1 31.0 30.8 29.9 32.1 21.3 22.9 22.1

受限于部分年份的资料缺失，水质数据缺乏连续性，这里重点对几个时间断面进行详细分析.

1995年珠江广州河段以有机污染为主，枯水期水质发黑发臭，石油类、氨氮、总汞和生化需氧量、溶解氧等指数均超标.全河段溶解氧、氨氮、石油类年均浓度分别为2.80mg/L、1.92mg/L和0.11mg/L，超标率分别高达93.05%、93.51%和89.35%.1996年各类有机污染和石油类污染指标仍严重超标，其中石油类、溶解氧超标率分别为97.9%和86.1%.

2000年珠江广州河段石油类和有机污染依然严重，有机污染指标继续保持在较高水平，特别是西航道和前航道溶解氧指标劣于Ⅴ类地面水标准.全年溶解氧仅为Ⅲ类地面水水质标准值的48%，石油类超标1.4倍，总磷超标0.9倍，溶解氧、石油类、总磷超标率在80%以上.

2001年珠江广州城区段氨氮年均值为1.83mg/L，溶解氧年均值为3.6mg/L，高锰酸盐指数年均值为4.48mg/L，生化需氧量年均值为3.28mg/L，亚硝酸盐氮年均值为0.156mg/L，石油类年均值为0.023mg/L，总磷年均值为0.19mg/L，7项水质主要指标与往年项目比均有改善，全河段属中度污染级.

表5 19912001年珠江广州城区段水质监测部分指标情况 mg/L

表5 19912001年珠江广州城区段水质监测部分指标情况 mg/L

2001 3.60 1.83 4.48 3.28 0.02评价因子DO NH4+-N高锰酸盐指数BOD5石油类1991 3.60 1.44 5.05 2.72 0.12 1995 2.80 1.92--0.11 1996 2.70 2.48 4.86 3.50 0.15 1997 2.70 2.24 4.41 2.78 0.16 1998 2.40 2.15 4.32 2.92 0.12 1999 2.40 2.19 4.78 3.62 0.12 2000 2.80 2.60 4.67 3.83 0.12

表6 20022010年珠江广州河段水质评价结果对比表

表6 20022010年珠江广州河段水质评价结果对比表

年份2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010评价因子(mg/L)DO 4.20 3.80 3.70 4.10 4.42 4.52 4.46 4.47 4.56 NH4+-N 1.89 2.80 3.25 2.30 1.45 1.42 1.44 1.39 1.41 BOD5 3.26 6.03 7.50 4.88 3.70 3.75 3.73 3.39 3.34 COD 19.44 18.30 20.40 20.70 15.80 14.25 14.50 13.90 13.60高锰酸盐4.46 4.58 4.25 4.15 4.00 3.70 3.80 3.70 3.50石油类0.030 0.052 0.050 0.050 0.062 0.082 0.096 0.104 0.104 TP 0.190 0.200 0.170 0.150 0.151 0.159 0.177 0.133 0.145评价结果单因子指数法Ⅴ劣Ⅴ劣Ⅴ劣ⅤⅣⅣⅣⅣⅣ综合指数法0.97(中度)1.25(重度)1.35(重度)1.12(重度)0.96(中度)1.00(中度)1.06(重度)1.02(重度)1.03(重度)

从表中可知：①对水质的年平均值进行单因子评价，单因子指数由大到小顺序为：NH4+-N＞石油类＞DO＞BOD5＞TP＞COD＞高锰酸盐指数；②广州水质呈现Ⅴ→劣Ⅴ→Ⅳ的波动变化趋势，2006年以后总体水质满足Ⅳ类标准的要求.根据《地表水环境质量标准（GB38382002）》，Ⅳ类水环境质量功能区，主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区，这说明2006年后，广州的水质总体上达到了Ⅳ类水环境质量功能区的要求，水质有一定程度改善.模糊层次分析法得到的评价结果与单因子指数法的结果表述一致，仅能获得水质的类别，水环境质量总体上有由劣Ⅴ类向Ⅳ类水体变好的趋势，其中2006年达到了最好的Ⅲ类水质.③综合指数法是相对标准值计算的结果，能综合反映河流水污染状态（6年重度污染，3年中度污染），可以比较各河流污染程度，但不能具体说明水质类别.它进一步说明了广州水质在2006年后总体好转趋势背景下，2008年后有局部变差的波动.

3.2 水质变化的影响因素分析水质变化的诱发因素是多方面的，但在快速城市化背景下，社会经济层面的人文因素一定程度上属于影响城市河流水质演化的主要因素，尤其是经济发展、污水排放、人口规模、环保政策等方面.为保证数据的连续性，本部分选择19962010年的水质数据（水质污染综合指数评价结果）和社会经济数据进行比对分析.

从水质与经济发展水平比较可以看出（图1），广州的水环境质量跟经济发展水平存在一定的负相关关系，说明19962010年来随着广州社会经济的全面发展，水质污染指数有降低趋势，水环境质量取得一定有效的改善.

从水质与污水排放比较可以看出（图2），生活污水是广州水质变化的主要污染来源.随着社会经济发展水平的全面提高，餐饮、住宿等服务行业迅猛发展，居民的生活污水排放量也逐渐增大，这给城市水环境带来极大压力，氨氮连年超标就是有力佐证.氨氮是影响综合水质的主要指标，氨氮的主要来源是人和动物的排泄物，以及生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物、农作物生长过程中及氮肥的使用、工业废水中的焦化废水和合成氮化肥厂等的废水.因此，控制生活污水排放和加强生活污水处理是广州未来水质改善的重要环节.同时，应该看到石油化工一直是广州经济发展的支柱产业（石油类指标超标的主要原因），石油化工业废水的排放给珠江水质带来较恶劣的影响.因此，未来广州市应加大产业结构升级的力度，加强对石油化工企业的污染治理，走上科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少的新型工业化道路.

图1 广州水质污染指数与经济水平关系

图2 广州水质污染指数与污水排放量关系

此外，当国民经济发展到一定水平后，随着政府财政收入的增长和管理能力的提高，对环境污染给予更多的重视，一系列国家和地方环境法规的出台与执行，城市水环境污染的程度会逐渐降低.比如2014年，广州市政府出台《广州市流溪河流域保护条例》，划定了四类岸线功能区，保护区内禁止开发利用，这对全面加强广州水环境保护和水资源管理具有重要意义.

综合来看，近年来广州城市生活污水排放量逐年剧增，而污水处理设施建设却未能满足要求，大量生活污水直接排入珠江，其排放量、污染程度超过工业污水.同时，流溪河两岸的禽畜场给水环境也带来了大量的有机污染物.解决生活污水的治理可以通过增建污水处理厂，提升污水处理能力来解决；而在处理工业污水方面就需要环保部门加强对工业企业的监管，并及时查处造成污染的厂家，如能将生活污水和工业污水都控制好，广州的水质就能有效、持续地改善.

4 结论

3）从污染源看，工业源污染的影响不断得到控制，生活源污染是广州水质变化的主要因素.氨氮的超标主要源自生活污水的排放，这跟区域内的人口增加、居民生活方式（住宿餐饮）及畜禽水产养殖等氨氮排放有关，未来广州需重点加强生活污水治理.

致谢：感谢编辑和审稿人的宝贵意见以及中国地质大学（武汉）丁镭博士的帮助.

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