宿州市主要河流污染的时空特征及水质评价

李 奇，张 生，郭 勇

宿州市主要河流污染的时空特征及水质评价

李 奇1，张 生2∗，郭 勇3

（1.安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南 232000；2.宿州学院环境与测绘工程学院，安徽宿州 234000；3.宿州市环境监测站，安徽宿州 234000）

基于2004～2010年宿州市5条主要河流的水质监测数据，分析水体中污染物CODMn、BOD5、NH3-N、CODCr、TN、TP的时空动态变化特征，并利用内梅罗综合指数评价法对水质污染状况进行了评估.结果发现：除TP以外，其他5类污染物质量浓度均呈总体下降的年际变化特征，而在年内变化方面，各污染物总体呈“上升-下降-上升”特征，质量浓度高值集中于3～6月份；6类污染物质量浓度最高值均出现在奎河杨庄断面，而最低值除CODMn出现在沱河东关闸断面外，其余5类污染物最低值均出现在新汴河泗县汴河桥断面.评价结果表明，研究期内各河流水体均受到不同程度污染，其中奎河水质最差，而新汴河和浍河水质较好，多数河流断面水质较2004年有明显改善，其中以沱河芦岭桥断面最为显著.

宿州市；河流水质；时空特征；污染评价

作为人类社会及自然界赖以生存的物质基础，水资源在维系地球生态系统功能和支撑社会经济发展方面具有不可替代的重要作用［1］.我国水资源短缺且分布不均，人均水资源量仅为世界平均水平的28%［2］.特别是近几年来，随着工农业生产的迅速发展和城市化进程的不断加快，水体污染日趋严重，这进一步加剧了水资源的紧张状况［3］.尽管我国政府已采取多种措施加强污染防治，但水污染在总体上并未得到有效遏制，水质型缺水已取代资源型缺水，成为威胁我国城市水安全的最主要因素［4］.

宿州市地表河流众多，其水质状况的优劣不仅对城市区域景观有着显著影响，同时还制约河流下游用水区的农业发展［5］，因而有必要对其河流水质污染状况开展调查研究.选择宿州市5条主要河流（奎河、新濉河、新汴河、沱河和浍河），依据2004～2010年的实地监测资料对河流水体中污染物质量浓度的年内年际动态变化和空间分布特征进行分析，并利用内梅罗综合污染指数法评估其水质污染状况，以期为区域水环境污染控制和综合治理提供科学参考.

1　研究区概况

宿州市位于安徽省北部，黄淮海大平原南端，地处北纬33°18′～34°38′，东经116°09′～118°10′之间，面积9 787 km2，人口626.06万，境内河流大多起源于废黄河南堤，全市有南四湖水系、故黄河水系、新汴河水系、奎濉河水系、怀洪新河水系及安河水系共6大水系，共有中小河流35条，长度1 320 km［6］.全市地表水资源较贫乏，且遭受不同程度的污染.全市水资源总量为34.8亿m3.人均占有水资源量605 m3，只相当于全国人均水资源量的22%，全省人均水资源量的55%；亩均水资源占有量为460 m3，为全国亩均水资源量的26%，为全省亩均水资源量的46%［7］.全市多年平均径流量17.76亿m3（不计入外流客水），人均占有地表径流量397.9 m3，远低于全省、全国、全球的平均水平.各水库、河道总库容20 687万m3.多年平均地表径流可利用量仅有3.3亿m3，占径流总量的18.6%.

2　研究方法

2.1河流水质监测

在综合比较宿州市河流水文特征的基础上，选取奎河、新濉河、新汴河、沱河及浍河5条主要河流为研究对象.宿州市环境保护监测站对该5条河流每年均逐月监测，具体监测项目主要包括：高锰酸盐指数（CODMn）、5日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、化学需氧量（CODCr）、总氮（TN）及总磷（TP）.各项目监测方法严格依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）和《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91-2002）中相关要求执行.

同时，每条河流均设定2～3个监测断面，分别为杨庄、时村北大桥、符离闸、尹集、泗县八里桥、七里井、刘闸、泗县汴河桥、东关闸、芦岭桥、东坪集及祁县闸断面，各监测断面的基本情况如表1、图1所示.

表1　宿州市主要河流水质监测断面属性表

2.2评价方法

采用内梅罗综合污染指数法［8］对宿州市各主要河流水质污染状况进行评价，该法特别突出污染最严重因子对评价结果的贡献，同时也兼顾其他参评因子的污染平均水平［9］.计算公式为：

式中，Pi、Ci、Si分别为水中第i类污染物（共6类，包括CODMn、BOD5、NH3-N、CODCr、TN、TP）的单因子污染指数、质量浓度实测值及评价标准值；PN为河流水质内梅罗综合污染指数；PMax和PAvg分别为各类污染物单因子污染指数中的最大值和平均值.根据PN值的大小可将河流水质污染状况划分为5类等级：PN≤1.0时为清洁；1.0＜PN≤2.0时为轻污染；2.0＜PN≤3.0时为中污染；3.0＜PN≤5.0时为重污染；PN＞5.0时为严重污染.

另外，根据《安徽省水环境功能区划》中的要求，奎河和新濉河水环境功能为V类，沱河和浍河水环境功能为IV类，新汴河水环境功能为III类，对应上述河流水环境的功能类型，其评价标准Si分别执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中相应类别的标准限值，具体如表2所示.

表2　地表水环境质量标准基本项目标准限值（部分）（mg/L）

3　结果与分析

3.1宿州市河流污染物质量浓度的时间变化特征

（1）年际变化特征.为更好地分析宿州市主要河流各污染物质量浓度的年际变化特征，分别统计出2004～2010各年份6类水质污染物的年均值，并将其绘制成图，如图2所示.从图2中可以看出，除TP质量浓度明显上升外，其他5类污染物的质量浓度总体均呈下降趋势.说明宿州市地表河流的整体水质环境状况正在逐渐改善，其中CODMn、BOD5和CODCr的质量浓度变化表现为逐年下降趋势，而NH3-N和TN的质量浓度变化则呈现出明显的波动下降特征.另外，对比2004年和2010年河流水中的各类污染物质量浓度发现，6类污染物的下降幅度依次为BOD5（62.34%）＞TN（58.20%）＞CODMn（49.55%）＞CODCr（49.07%）＞NH3-N（45.55%）＞TP（-40.00%），说明多数污染物的质量浓度下降显著.

（2）年内变化特征.以2009年为例，分别统计出各月河流水体中6类污染物的质量浓度平均值，并将其绘制成图，如图3所示.由图3可以看出，宿州市主要河流污染物质量浓度的年内变化大致呈现“上升-下降-上升”特征，质量浓度高值时段多集中在上半年的3～6月份（TN为9月份），而低值时段则主要以下半年的8～11月份为主.其中，有机污染物（CODMn、BOD5和CODCr）年内变化基本一致，在3月、6月和12月份分别达到质量浓度峰值，且以6月份的质量浓度最高；NH3-N和TN的年内变化特征较为接近，其质量浓度在1～5月份波动上升，随后逐月下降，并分别于7月份（TN）和8月份（NH3-N）达到全年质量浓度最低值，之后又呈波动上升；而TP质量浓度在1～4月份持续上升，并在4～6月份维持较高质量浓度，随后呈波动下降并于10月份达到质量浓度最低值.

3.2宿州市河流污染物质量浓度的空间分布特征

为了解宿州市主要河流之间水体污染物的质量浓度差异，计算出5条评价河流及其各断面的污染物质量浓度多年（2004～2010年）平均值，如表3、表4所示.由表3可以看出，各河流间的污染物质量浓度差异明显，其中6类污染物质量浓度多年平均值均以奎河最高，CODMn、CODCr和TP以新汴河质量浓度最低，而NH3-N、BOD5和TN又以浍河质量浓度最低.结合各断面污染物质量浓度（见表4）来看，6类污染物质量浓度最高值均出现在奎河杨庄断面，而质量浓度最低值除CODMn出现在沱河东关闸断面外，其余5类污染物最低值均出现在新汴河泗县汴河桥断面.

另外，对同一河流不同断面的污染物质量浓度对比发现，奎河上游杨庄断面各污染物质量浓度均远高出下游时村北大桥断面（如杨庄断面CODCr质量浓度达时村北大桥的2.49倍），说明该河污染物主要来自上游流域，属于外源型污染；沱河、浍河的下游断面各污染物质量浓度均较之上游断面具有明显上升的趋势，在其下游断面中，以沱河CODCr和浍河NH3-N的质量浓度上升幅度为最大，分别达到上游断面的2.09和2.02倍，说明这两条河流的污染物主要来源于本研究流域，属于内源型污染；而对于新濉河和新汴河来说，相比上游断面，前者在下游断面中有机污染物CODMn、BOD5、CODCr和TP的质量浓度上升显著，而后者的NH3-N、TN质量浓度增幅最大，说明新濉河水体中的有机污染主要来自本研究流域，含N类污染物主要来自上游流域，而新汴河恰好与之相反.

表3　不同河流污染物质量浓度的空间差异性

表4　不同断面污染物质量浓度的空间差异性

3.3宿州市主要河流的水质污染评价

从评价结果来看，宿州市主要河流在2004～2010年度污染较严重，全部断面污染指数多年平均值都大于1.0，其中新濉河泗县八里桥、新汴河泗县汴河桥、沱河东关闸、浍河祁县闸和浍河东坪集为轻污染，新汴河七里井和沱河芦岭桥为中污染，奎河时村北大桥、新濉河符离闸、新濉河尹集和新汴河刘闸为重污染，而奎河杨庄断面综合污染指数为6.63，已达到严重污染程度.而从污染指数的时间变化上来看，与2004年相比，多数河流断面水质有明显改善，其中，以沱河芦岭桥断面最为显著，该断面综合污染指数由2004年的5.12下降至2010年的0.79，达到清洁水平.

表5　内梅罗指数法评价结果

4　结论

以宿州市5条主要河流为例，通过对其水体中6类污染物含量的时空变化特征分析和水质污染程度的综合评价，得出以下结论：从年际变化上看，除TP质量浓度明显上升外，其他5类污染物的质量浓度总体均呈下降趋势，说明宿州市地表河流的整体水质环境状况正在逐渐改善；而从年内变化上分析，3～6月份水质较差，8～11月份水质较好.各河流间的污染物质量浓度差异明显，其中奎河水质最差，而新汴河和浍河水质较好；监测断面之间的对比发现，奎河属外源型污染河流，沱河、浍河为内源型污染河流，新濉河中有机污染物来源于本研究流域，而含N类污染物则来自上游，这与新汴河刚好相反.从内梅罗综合指数法的评价结果来看，2004～2010年宿州市主要河流均受到不同程度污染，全部断面污染指数多年平均值都大于1.0，其中以奎河杨庄断面最为严重；而从综合污染指数的时间变化上来看，多数河流断面水质较2004年有明显改善，其中以沱河芦岭桥断面最为显著.

［1］ 丁文喜.中国水资源可持续发展的对策与建议［J］.中国农学通报，2011，27（14）：221-226.

［2］ 夏军，翟金良，占车生.我国水资源研究与发展的若干思考［J］.地球科学进展，2011，26（9）：905-915.

［3］ 储茵，朱江，夏守先，等.巢湖典型支流柘皋河水质污染时空变化特征［J］.水土保持学报，2011，25（4）：243-248.

［4］ 吴舜泽，夏青，刘鸿亮.中国流域水污染分析［J］.环境科学与技术，2000（2）：1-6.

［5］ 范晓君.宿州市水资源可持续开发利用建议［J］.江淮水利科技，2011，6：17-20.

［6］ 陈得阳，王松.宿州市中小河流规划设计［J］.治淮，2013（2）：14-15.

［7］ 张生，许爱梅.安徽省宿州市农业生态环境的主要问题与对策［J］.安徽师范大学学报：自然科学版，2007，30（1）：74-78.

［8］ 朱陆卫军，张涛.几种河流水质评价方法的比较分析［J］.环境科学与管理，2009，34（6）：174-176.

［9］ 徐彬，林灿尧，毛新伟.内梅罗水污染指数法在太湖水质评价中的适用性分析［J］.水资源保护，2014，30（2）：38-40.

Evaluation of spatial and temporal characteristics and water quality pollution of major rivers in Suzhou City

LI Qi1，ZHANG Sheng2∗，GUO Yong3
（1.School of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232000，China；2.School of Environmental and Mapping，Suzhou University，Suzhou 234000，China；3.Environmental Monitoring Station of Suzhou City，Suzhou 234000，China）

Based on the water quality monitoring data of the five major rivers in Suzhou city from 2004 to 2010，the paper analyzed the spatial-temporal dynamic change characteristics of water pollutants as CODMn，BOD5，NH3-N，CODCr，TN and TP，and used Nemerow index method for the assessment of water pollution situation.The results show that：In addition to TP，the other five categories of pollutant concentrations showed interannual variation of the overall decline，but in terms of changes during the year，various pollutants generally have a“up-down-up”feature，high concentration values appear from. March to June；The highest concentration value of six class pollutants appeared in the Yangzhuang section of Kui River，but except that the lowest concertration of CODMnappeared in the Dongguanzha section of Tuo River，the lowest concentration values of the remaining five pollutants appeared in the Sixian Bian River Bridge section of New Bian River；The evaluation results show that：in the study period，all rivers are subject to different levels of pollution，among with the Kui River water quality is the worst，while the new Bian River and the Hui River＇s water qualities are better，most of the water quality of the river section has improved significantly compared with 2004，with Luling Bridge section of Tuo River improved the most.

suzhou city；river water quality；temporal and spatial characteristics；pollution evaluation

X522

A

1672-2477（2015）02-0042-06

2015-01-20

宿州学院教授博士基金资助项目（2014JB02）；安徽省煤矿勘探工程技术研究中心开放平台基金资助项目（2012YKF11）

李 奇（1992-），男，江西鹰潭人，硕士研究生.

张 生（1960-），男，安徽宿州人，教授，硕导.