近年来长江水功能区水质达标情况分析

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(长江科学院 流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，武汉 430010)

1 研究背景

根据近20 a长江水资源现状分析，发现目前长江流域水资源管理的主要问题是水污染治理和水资源保护[1]，前者是治“坏水”，后者是保“好水”。近2 a来，长江经济带在“不搞大开发，共抓大保护”、绿色发展战略指导下，先后开展了环保督查、水源地保护督查、入河排污口排查、岸线利用及固体废弃物排查、天然水域围网养殖清理等一系列专项行动，同时大力推进河湖长制，水污染治理和水资源保护力度逐渐加大，这些行动最终会反映到长江水质的改善上。本文通过近5 a来逐月的水功能区水质达标监测资料评判上述系列保护行动实施后长江水质改善效果，并根据各水域水污染情况提出有针对性的保护措施。

水功能区评价及管理制度是根据我国经济社会发展实际情况于2002年起建立的一项重要水资源保护制度[2]，并纳入新《水法》，按照“好水好用、坏水坏用”的原则，在主要江、河、湖、库划分了不同的水功能区，并制定了相应的水质管理目标，以保证水资源的开发利用发挥最佳社会、经济和环境效益。水功能区采用2级区划体系[3]：一级区分为保护区、缓冲区、开发利用区和保留区4类，主要协调河流上、下游间水资源保护要求；二级区是在一级区的开发利用区中根据用途再细分为饮用水源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区和排污控制区7类，根据用水目的设立相应水质标准，目的是协调同一开发利用区内不同用水部门之间的关系。水功能区水质达标评价采用《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，监测的水质参数包括水温、pH值、溶解氧、化学需氧量、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮(湖库)、氰化物、砷、挥发酚、汞、铜、铅、锌、硒、镉、铬(六价)、氟化物、石油类、粪大肠菌群、阴离子表面活性剂、硫化物24项，饮用水源区还需增加5项(硝酸盐、硫酸盐、氯化物、铁、锰)补充项目。依照《地表水资源质量评价技术规范》(SL 395—2007)，水功能区水质类别达标评价采用单因子评价法。本文数据主要来源于2014年1月—2018年4月逐月的长江干流及主要支流《长江流域水资源质量公报》[4]和《长江流域水资源公报》[5]等资料。

2 长江水功能区水质达标情况

表1为长江及二级区水功能区水质达标率变化情况。其中2014年数据为该年1—12月份平均值，而近1 a值为2017年5月—2018年4月1个年度的平均值，后者可以反映近期水环境保护系列专项行动的成效。

表1 近年来长江流域水功能区一级区及二级区饮用水源区河流水质达标率变化情况(按河长计算)Table 1 Changes in the standard-reaching rate of riverwater quality in first-class water function region anddrinking water source area of second-class water functionregion in Changjiang River Basin in recent years(calculated according to river length)

图1为长江流域水功能区一级区过去4.5 a中每月的水质达标率示意图，其中河流按河长评价(以下均按河长评价)，最低达标率发生在2014年7月，为63.5%，最高达标率出现在2017年10月，达到91.7%。2014年全年平均达标率为70.3%，近1 a平均达标率88.9%，后者提高了18.6%，说明河流水功能区水质达标率在过去4.5 a中稳步提高。2006年，长江水利委员会曾经开展过水功能区水质达标评价[6]，当年长江干流重点水功能区水质达标率为73.3%，说明从2006—2014年长江干流水质达标率处于下降阶段；到2015年才超过2006年的水平，水质达标率达到79.7%。湖库按面积计算，水质达标率始终比河流低，最低时段在2014年11月，仅为14.1%，最高为2018年3月，达到71.6%。虽然湖库达标率提高幅度很大，但湖库达标率年内变幅也很大，1 a内达标率可以上下波动2倍以上，说明湖库水质受水文季节性变化和水利工程调控等因素影响十分显著，达标率很不稳定。

图1 长江流域水功能区一级区河流、湖库水质达标变化情况Fig.1 Changes in the standard-reaching rate of water quality of rivers and lakes in first-class water function region in Changjiang River Basin

图2为长江流域水功能区二级区水质达标情况，其中：河流达标率从2014年的75.2%提高到近1 a的86.8%，提高了11.6%；湖库二级区水质达标率最高时与河流差不多，但年内变幅巨大，几乎每年都有个别月份达不到40%。

图2 长江流域水功能区二级区河流、湖库水质达标变化情况Fig.2 Changes in the standard-reaching rate of water quality of rivers and lakes in second-class water function region in Changjiang River Basin

图3为长江流域水功能区二级区中饮用水源区水质达标情况，其中：河流水质达标率从2014年的74.5%提高到近1 a的86.9%，提高了12.4%；同期湖库水质达标率从2015年的37.0%降到近1 a的23.3%，下降了13.7%。由此可知，作为水源地的湖库水质还在恶化中，导致长江流域生活生产用水的水源地越来越依赖长江干流及主要支流河流型水源地。目前许多引调水工程和水系连通工程都是基于此目的而上马，主要原因就是城镇附近的湖库水质越来越差，只能舍近求远。

图3 长江流域水功能区二级区中饮用水源区河流、湖库水质达标变化情况Fig.3 Changes in the standard-reaching rate of water quality of rivers and lakes in drinking water source area of second-class water function region in Changjiang River Basin

3 长江干流主要河段及支流水质达标情况

图4(a)、图4(b)、图4(c)分别为长江干流各江段、主要支流和两湖水系河流水功能一级区水质达标率情况。从表1和图4可见：除金沙江石鼓以下江段和鄱阳湖水系外，长江干流沿线、主要支流及洞庭湖水系的河流水功能一级区达标率都有所提高，提高最明显的是长江上游干流宜宾—宜昌江段，其次是岷沱江，主要原因是这些河段2014年达标率起点低，后期进步大；改善最小的是洞庭湖水系和嘉陵江，原因是两者前期达标率起点较高，后期进步小。从年内各月达标率来看(见表2)，长江干流中下游和大部分主要支流都是枯水季水质较差，汛期水质相对较好，说明长江水质总体尚好的主要原因是巨大的水量和流量，也间接说明点源污染仍然是影响江河水质达标率的主要因素，而金沙江石鼓以下干流、嘉陵江等山区河流水质最差月份时常出现在汛期，说明山区型河流在汛期因水土流失常常造成面源污染加重。

图4 长江流域干流、支流主要河段及两湖水系河流水功能区一级区水质达标率情况Fig.4 Changes in the standard-reaching rate of river water quality in first-class water function region in the mainstreams and tributaries of Changjiang River Basin, as well as in the Dongting Lake Basin and the Poyang Lake Basin

表2 2014—2017年长江流域水功能区一级区河流水质达标率年内最低月份情况(按河长计算)Table 2 Months with the lowest rate of riverwater quality reaching standard in first-class waterfunction region in Changjiang River Basin from 2014to 2017(calculated according to river length)

图5(a)和图5(b)分别为长江干流和主要支流河流水功能区二级区中饮用水源区水质达标率情况。从表1和图5可见:河流饮用水源区水质达标率比较高，其中金沙江石鼓以下江段和鄱阳湖水系中五河水质达标率保持在100%，改善比较大的是宜宾—宜昌江段和湖口以下干流，分别提高了50.6%和29.2%，而乌江却在退步，达标率下降了21.6%，主要超标项目是总磷。从图5(b)可见，乌江饮用水源区水质达标率近几年变幅很大，2015年11月、2016年3月、2016年8—9月、2017年5—7月达标率仅20.5%，而其他月份基本都在100%，达标率很不稳定。长江流域水资源二级区饮用水源区水质达标率年内变幅明显，其中长江干流上游比下游变幅大，主要支流比干流变幅大，说明水量越大，达标率越稳定。再如图5(a)中，2015年7月，金沙江石鼓以下和宜宾—宜昌干流饮用水源区达标率曾经出现同步下降现象，其中金沙江石鼓以下干流从100%下降到23%，说明该月份可能发生突发水污染事故。

图5 长江干流和主要支流河流水功能区二级区中饮用水源区水质达标率情况Fig.5 Changes in the standard-reaching rate of river water quality reaching standard in drinking water source area of second-class water function region in the main streams and tributaries of Changjiang River Basin

4 影响水质达标率的原因探讨

影响河流水功能区水质达标率的主要项目为氨氮、总磷、化学需氧量、五日生化需氧量和高锰酸盐指数等；影响湖泊水质达标率主要项目为总磷、氨氮和高锰酸盐指数等；影响水库水质达标率主要项目为总磷、高锰酸盐指数和五日生化需氧量等。湖库超标项目在河流中都存在，只是影响3类水体项目的权重不同。影响饮用水源地水质达标率的主要超标项目在2014年是总磷、铁、锰、氨氮，到2017年变为总磷、锰、铁、五日生化需氧量和高锰酸盐指数，上述第1项总磷没有变化，后几项次序和内容有所变化。

由于长江不同地区自然条件和经济社会发展差距巨大，各水域水文特性、地球物理化学特性和人类活动造成的污染物质不同，所以各河段、湖泊和水库主要超标项目及影响程度也不同。2006年，长江主要污染物质是COD、氨氮、总磷和总氮，其中COD和氨氮在入河点源中的贡献率分别占到54.2%和55.9%[7]，表明COD和氨氮主要是点源污染造成的，与工业和生活废污水大量排放密切相关，而当年总氮和总磷占入河点源中的贡献率仅分别为21.4%和24.5%，表明当时氮和磷主要是面源污染造成的。近年来城镇废污水处理能力大幅提高，COD和氨氮排放总量逐步减少，但总磷等营养物质的处理没有跟上，不仅面源中的营养物质随着化肥使用量的增长而继续增加外，在点源废污水排放中的比重也增加，所以，总磷污染越来越严重。例如前述乌江水质达标率下降，主要超标项目就是总磷，洞庭湖、鄱阳湖、太湖等大型湖泊第一超标项目是总磷，滇池和巢湖2014年第一超标项是总磷，而现在是COD和总磷[8]。根据秦延文等[9]分析，从2016年开始，总磷已经成为长江主要污染因子，其中上游污染最为严重，枯/平水期总磷污染较重，丰水期污染较轻。造成长江流域总磷较高的主要原因是磷矿开采和磷化工污染、农田大量使用化肥、城镇生产生活污水排放、大规模畜禽养殖和水域网箱养殖、农村垃圾及生活污水排放等。近年来，长江流域城镇污水处理能力成倍增长，但绝大多数污水处理厂没有增加除磷设备，磷的排放量并没有减少。按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)，总磷即使达到一级A 标准(0.5 mg/L)排放，也达不到GB 3838—2002 V类水的标准，处理后中水中的氮、磷仍然是江河湖库的主要污染源。目前农业面源污染还没有得到有效控制，进入水体中的磷和氮总量仍然较大，特别是磷进入水体中后很难消除。由于梯级水库的建成和运行，许多河流蓄水时，库区成为湖泊态，水体流动性大幅降低，氮磷物质容易置留和沉积，常常引起库弯水华的发生。相当多的城市河流，为了扩大水面景观已经修建了许多壅水闸坝，使水体在形态上是河流，但多数时间呈现出湖库特性，很容易造成水体富营养化加重，如果按湖库标准评价水质，达标率会明显下降。所以，目前长江几乎所有水体都面临总磷等营养物质超标的难题。

采用单因素评价水功能区是比较严格的，在20多个指标中只要有1项超标就算该水质超标，所以，在应用评价成果时，需要根据水功能实际要求综合考虑，例如在湖库水质评价中，总氮一般单独评价，因为按总氮评价，太湖、鄱阳湖、巢湖、洞庭湖、丹江口水库都是Ⅳ类水质[8]，实际上丹江口水库除了总氮外，其他指标始终保持在Ⅱ类水平，完全达到饮用水源的要求。

5 结 论

本文根据近5 a长江水资源质量公报逐月监测数据，初步分析了长江及其水资源二级区水功能区水质达标情况。分析表明：在过去几年中，除个别河段外，水功能区一级区、二级区水质达标率都明显提高，说明近年来加大水污染防治和水资源保护取得了初步成效，但也要看到水功能区二级区，特别是饮用水源区水质达标率年内变幅较大，而且湖库作为城镇最方便、最经济的饮用水源地，其达标率近年来仍然呈现下降趋势，使得长江流域4亿多人口的饮用水越来越依靠河流型水源地，城市附近许多中小湖库由于受富营养化或者水污染影响已经失去饮用水源地功能，这是一件十分遗憾的事。影响长江水功能区水质达标率的主要项目排序已经由氨氮、总磷、COD等向总磷、氨氮、COD变化，所以，仅采用氨氮、COD双指标评价水质达标率已经不合适，应该将总磷也作为最基本的评价项目，至少应该采用3个指标评价。

影响江河湖库水质达标率主要有2方面因素：一是外因——污染源；二是内因——水域纳污能力。显然控制污染源是根本之策，而提高水体纳污能力，如引调好水进来、增加水量和水体流动性等措施只能是辅助性的调控手段。为了进一步提高水功能区水质达标率，首先需要根据各水域主要超标项目，找准主要污染源，减少这些污染物质的排放；然后再根据水域水文条件和水利工程调控能力，适当增加枯水季水量和流量，促进水体的流动性，提高环境容量。对于大江大河和大型水库，点源和面源污染控制仍然不能放松，一方面需要提升污水处理标准，增加剔除氮和磷的处理能力，控制营养物质进入水体；另一方面需要加强农业面源污染治理，严格执行水源地保护综合措施。对于大型湖泊，富营养化的治理要从流域整体考虑，从源头控制，需要深入到农村、田间和社区，采取综合治理措施，而且要做好“持久战”的准备；对于中小水库和湖泊，目前污染问题依然比较严重，点源、面源和内源污染三者叠加，虽然物理(截污、换水、清淤等)治理效果快，但长期稳定水质还是要靠生物措施，需要重建良性的水生态系统。总之，如果继续加强水污染治理和水资源保护，持续推进河湖长制和《水污染防治行动计划》，一河(湖)一策地治理，长江流域水环境质量会进一步提高。

水功能区管理制度是根据我国经济社会发展水平和生态环境现状发展而来的，应该是阶段性的制度，目的是依据人类用水和生态环境用水要求，分别确定各水域纳污能力，进行定量化的水质管理[10]：如果入河湖污染物质超过水体的纳污能力，就需要削减污染物质排放；如果达标了，说明该水域尚有纳污能力，也说明该地区水资源保护工作做得好，可以通过排污权交易获得生态补偿收益。从长远看，按现在的保护力度，到2035年有希望使长江各水域水质达标率提高到95%以上，主要水体都可以恢复到Ⅲ类水质标准，达到人和水生生物基本的用水功能要求，不必要再分“好水”和“坏水”，这正是欧美等发达国家目前的水环境水平，到那时水功能区管理制度也会退出历史舞台。