河北省“十二五”规划考核断面水质状况分析

2016-11-08韩雪孙丽周冰

海河水利 2016年5期

关键词：海河十二五分析法

韩雪，孙丽，周冰

（河北省环境监测中心站，河北石家庄050037）

河北省“十二五”规划考核断面水质状况分析

韩雪，孙丽，周冰

（河北省环境监测中心站，河北石家庄050037）

对照《重点流域水污染防治规划（2011—2015年）》中海河流域考核目标，分析了河北省“十二五”期间考核断面的水质状况，结果显示39.3%的断面水质不能稳定达到考核目标要求。对于8个常年不达标的重污染断面，采用2011—2015年的常规监测数据，运用因子分析法分析了主要污染物及来源，结果显示河流污染正在从有机污染为主向多因子共同影响的混合型污染过渡。针对“十二五”期间的水质状况，分析了污染成因，提出持续改善水环境质量的对策与建议。

海河流域；“十二五”规划；考核目标；因子分析法

海河流域地处京畿要地，流域总面积32.06万km2，人口密集，工农业发达，水污染严重，是我国水污染治理重点流域之一。海河流域水资源的主要特点是水资源总量少，降雨时空分布不均，经常出现连续枯水年，近年来水资源量更是逐渐衰减，流域水资源开发率106%［1］，资源性缺水与污染性缺水并存。河北省91%的国土面积位于海河流域境内，占流域总面积的52%，河北省河流水质的改善程度直接决定海河流域整体水质的改善程度。在《重点流域水污染防治规划（2011—2015年）》［2］确定的81个海河流域考核断面中，33个断面直接考核河北省，其中30个断面属于河北省常规监测断面、3个断面由外省监测。这里重点对河北省监测的30个断面的水质进行分析与评价。

因子分析法作为一种多元统计分析方法，与指数评价法等评价方法相比，能够在最大限度地保留原始数据信息的基础上，对高维变量进行综合和简化，并且能够客观地确定各个指标的权重，避免了主观随意性，因此较其他方法有一定的优越性。张骥等将因子分析法应用于天津市主要河流的水质评价中，评价结果表明天津地区河流水质受有机污染物和氮营养盐的影响明显，这与工业废水和生活污水排放密切相关［3］。张德同运用因子分析法对白城市及周边地区的地表水水质进行了客观评价，分析结果清晰明确，为水资源管理与保护提供了科学依据［4］。

1　分析方法

1.1断面水质评价方法［5］

（1）考核因子。《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标［6］。

（2）考核断面。依据《重点流域水污染防治规划（2011—2015年）》确定，考核时段为2011—2015年，水质状况评价采用每月1次的人工监测值。

（3）断面水质达标率。按照单因子评价法，对考核断面进行评价，达到规划目标的监测次数占年度监测总次数的百分比。2012、2013、2014、2015年单个断面达标率依次分别不低于50%、60%、70%和80%，即视为该断面达标。季节性河流的断面以该断面实际有水的月份计算断面水质达标率，无水质监测数据的月份不计入考核月份。

水质达标率计算公式为：

式中：G断面为考核断面的水质达标率（%）；N达标为考核断面的达标次数（次）；N监测为考核断面总监测次数（次）。

1.2因子分析法

因子分析法是主成分分析法的推广和深化［7］，它是把一些具有错综复杂关系的变量归纳为少数几个综合因子的一种多变量统计分析方法。而主成分分析法是将水质污染特征因素作为待求因子，建立水质污染特征因素与测点间的数学模型，再由该数学模型计算出各点位相对污染程度的一种统计分析方法［8］。与主成分分析法相比，由于可以使用旋转技术帮助解释因子，因子分析法在解释方面更加有优势。

其主要过程是［7-9］：

设有p个监测点，每个测点有n个变量，由此构成原始数据矩阵：

将原始数据标准化，再由n个变量两两之间的相关系数构成一个n阶方阵：

称为相关系数矩阵，显然它是对称矩阵，再用雅可比法求出R阵的特征值和特征向量，特征值为λi（i=1，2，…，n），特征向量为ai（i=1，2，…，n），由线性代数可知R的特征矩阵为：

其对角元就是相关系数矩阵的特征值，将全部特征值λi（i=1，2，3，…，n）按大小排列为λ1＞λ2＞λ3…＞0。一般取大于1的特征值个数来确定m值。然后，求m个公共因子的荷载矩阵A：

在实际分析时，为了对公共因子变量的含义有比较清楚的认识，往往对荷载矩阵进行极大化旋转，使得每个公共因子上的最高荷载变量的数目最少［9］。计算各公共因子的得分，其计算公式为：

式中：aij是主轴ai的第j个分量。所以主成分Fi是原变量X1，X2，…，Xp的线性组合，组合系数恰好为aij，从这个角度又可以说Fi是一个新的综合变量。

2　结果与讨论

2.1断面水质评价

在实际监测的28个考核断面中（来家庄和小范桥2个断面常年断流不计入），60.7%的断面水质可以稳定达到“十二五”规划的目标要求，21.4%的断面只有部分年份达到目标要求，17.9%的断面无一年份达到目标要求。

（1）21.4%的断面水质部分年份达标，存在污染隐患。这些断面的水质时好时坏，有的是受上游影响，有的是存在污染隐患，需要加强对工业废水和农业面源的管理，保证水质稳定达标。引水干渠等河流干枯时期不定，也应加强日常监管，防止污水排入河道，保证水质稳定达标。

（2）17.9%的断面水质常年不达标，需要重点治理。这些断面的水质常年处于不达标状态，主要分布在河北省中南部和东部，有的是受上游影响，有的是无自然径流，有的已经成为城市纳污河，需要重点治理，加大监管力度。

2.2重污染断面主要污染因子分析

对不能稳定达标的8个Ⅴ—劣Ⅴ类断面，选取氨氮、高锰酸盐指数、生化需氧量、化学需氧量、总磷、阴离子表面活性剂、挥发酚、氟化物、石油类9个主要污染指标，采用2011—2015年的月监测数据，通过河北省地表水水环境空间分析系统及统计分析软件SPSS20［10］运用因子分析法对其主要污染物进行分析归类。分析结果，见表1。

表1　2011—2015年度因子分析法结果

由表1可以看出，2011—2015年每年的主要污染因子都在发生变化，2011—2012年以有机污染为主，包括生化需氧量、化学需氧量等，公共因子分成3类；2013—2014年则呈现出多因子污染状态，公共因子分成4类。由于生态补偿监测、总量减排等措施的实行，河流治理以化学需氧量的去除和削减为主，有机污染逐步减轻，其他污染因子逐渐显现出来。

根据上述因子分析结果，结合环境统计和重点污染源统计中对行业污染物的分类，将污染因子与相关行业进行了关联，结果见表2。

表2　污染因子与相关行业

3　结论与建议

3.1污染原因分析

根据以上分析结果，结合河北省河流污染现状，总结出河北省海河流域“十二五”规划考核断面不能稳定达标的原因如下：

（1）河北省“十二五”规划考核断面中的Ⅴ类—劣Ⅴ类断面污染因子复杂，尤其是位于下游的河段因受上游来水水质的影响，污染严重，治理难度大。

（2）河北省水资源量少，除滦河有自然径流外，其余河流多为人工调控河流，多数河流枯水期基本上无水或断流，平水期径流量小或形不成径流，有些河道基本干涸［11］。

（3）由于河北省产业结构偏重，污染物排放量大，河流自净能力极弱，环境容量几乎为零，多数河流成为城市污水和工业废水的纳污河，河流几乎失去生态功能，河流污染严重。

（4）河流人工调控功能强，生态功能脆弱。河北省海河流域内，在各河流上建造的登记注册的各类水库就有上千座，控制着各河流来水的95%［11］；河流修建堤坝、行洪道100余条，将自然的河流人工切分成若干段，由自然的生态河流演变为分段控制的人工调控河流。筑坝的河流，就像自来水管中的水流，受闸坝的控制改变自然的季节流量模式，河流因筑坝而经历化学、物理和生物变化，会极大地改变原有的水质状况，加剧河流的水质污染。

（5）河道复杂，治理难度大。由于河道断流形成多处首尾不相接的沟、坑，河道不畅，成为接纳污水的容器；河道内坝闸众多，水流方向经常变动，造成管理难度大，治理效果与百姓直观的反应不一致。

（6）政府职能部门之间缺乏有效的沟通和协调，上下游城市缺少统一联动，部门利益、局部利益为重，影响了海河流域水质的改善效果。

3.2“十三五”期间改善河流水质的对策与建议

2015年4月，国务院印发了《水污染防治行动计划》［12］。同年12月，河北省委省政府印发了《河北省水污染防治工作方案》，将考核断面增加至118个，力争到2030年末全省主要河流水质优良（达到或优于Ⅲ类）的比例总体达到55%以上，丧失使用功能（劣于Ⅴ类）的水体断面比例基本消除。要达到这些目标，亟需尽快采取有效措施，大力改善海河流域水质。根据流域特点，提出以下几点建议：

（1）尽快完善地表水环境监测网络，全面反映海河流域水环境质量状况，为水质改善及时提供科学、客观、全面的技术依据。

（2）尽快建成地表水自动监测预警预报系统，提高应急反应能力，有效遏制偷排偷放现象的发生。

（3）加强能力建设，提升环境监管能力［13］。完善监测与监管协调机制，充分利用监测数据作为技术支撑，对排污单位采取针对性措施，确保目标完成。

（4）加强部门合作，构建符合自然规律的水生态系统。重新审视境内水库、堤坝和河渠，进行统一规划，按照河流的自然形态，在保证防洪抗旱的基础上，进行河道的规整、修复，拆除已失去功能的坝、渠等，采取有效措施减轻大坝对河流生态系统的影响，恢复海河流域的生态功能［14］。

（5）强化污水处理厂的升级改造和管理。一要加快污水管网的建设速度，提高污水收集率；二要加速污水处理厂的升级改造，提高脱磷、脱氮效率，保证稳定达标排放［15］；三要精细化管理，保证污水处理效果。

（6）加快产业结构调整，优化产业发展布局，严格产业环境准入，加大落后产能淘汰力度，逐步减少工业污染源的排放，减轻河流的负担。

（7）在农村城镇化建设中，注重规划，加强基础设施建设和配套工程的建设，切实做好农业面源污染防治工作，积极推广畜禽养殖场污染防治技术，降低农业对生态环境的影响［16］。

（8）以海河流域为整体，充分考虑上下游关系，保证水环境功能划分合理、科学，水质目标严格、可达。建立会商机制，采取联防联控措施，防止类似山西省苯胺泄漏污染事件的再发生，保证海河流域规划的落实，有效改善海河流域水质。

［1］周涛，杨朝翰，史福全.南水北调东线通水后海河流域水资源配置分析［J］.海河水利，2010（3）：59-60.

［2］环境保护部.关于印发《重点流域水污染防治规划（2011-2015年）》的通知（环发〔2012〕58号）［EB/OL］. http：//www.mep.gov.cn/gkm l/hbb/bwj/201206/t20120601_ 230802.htm，2012－10－08/2016－03－12.

［3］张骥，高翔，周晶.因子分析法在天津市主要河流水质污染程度综合评价中的应用［J］.安全与环境工程，2013，20（1）：65-68.［4］张德同.因子分析法在白城市水质评价中的应用［J］.东北水利水电，2014（12）：39-40.

［5］环境保护部.关于印发《重点流域水污染防治专项规划实施情况考核指标解释》的函（环办函〔2012〕1202号）［EB/ OL］.http：//www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgth/201210/t2012102 9_240621.htm，2012－10－08/2016－03－12.

［6］环境保护部办公厅.地表水环境质量评价办法（试行）［Z］.北京：环境保护部办公厅，2011.

［7］伊燕平，卢文喜，辛欣，等.因子分析法在金泉工业园区地下水水质评价中的应用［J］.中国环境监测，2012，28（1）：10-12.［8］倪云龙.水环境监测点位优化数学模型探讨［J］.江苏环境科技，2007，20（2）：58-60.

［9］陈东景，马安青，徐中民，等.因子分析法在水质评价中的应用［J］.水文，2002，22（3）：29-31.

［10］吉祝美，方里，张俊，等.主成分分析法在SPSS软件中的操作及在河流水质评价中的应用［J］.环保科技，2012，18（4）：38-43.

［11］姬振海.“十一五”河北环境质量变化趋势研究［M］.石家庄：河北科学技术出版社，2012.

［12］国务院.水污染防治行动计划［M］.北京：人民出版社，2015.

［13］嵇晓燕，刘廷良，刘京，等.兴凯湖中国区域水质及污染现状调查研究［J］.中国环境监测，2013，29（6）：79-84.

［14］毛战坡，王雨春，彭文启，等.筑坝对河流生态系统影响研究进展［J］.水科学进展，2005，16（1）：134-140.

［15］荆红卫，郭婧.北京市地表水环境面临的主要问题及防治对策［J］.中国环境监测，2006，22（6）：81-85.

［16］王玮，靳伟.石家庄市典型乡镇饮用水源地环境调查与分析［J］.中国环境监测，2013，29（6）：70-72.

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1004-7328（2016）05-0014-04