南运河沧州段水环境质量分析与研究

2022-07-13程琳

河北水利电力学院学报 2022年2期

程琳

(河北省南运河河务中心，河北省沧州市新华西路10号 061000)

按照沧州市大运河文化保护传承利用规划的总体要求，我市大运河保护规划范围为沧州市境内的南运河河道，起于沧州德州界第三店北，终于冀津界，河道全长215km。

南运河的主要功能包括：(一)防洪功能：南运河承担着分泄漳卫河部分洪水入海的任务。(二)输水功能：南运河是引黄济津以及位山引黄(向大浪淀供水)、潘庄引黄的输水通道，也是南水北调东线二期规划的主要输水干线。(三)生态功能：南运河沿程穿越多个城镇，是规划津冀鲁的绿色生态走廊。(四)运河文化传承功能：南运河承载着深厚的文化底蕴，两岸保留了丰富的历史遗存，其中河北省南运河的“两点一段”列为大运河遗产点，即沧州东光县连镇谢家坝、衡水景县华家口夯土险工及南运河德州至沧州段河道。(五)航运功能：古代南运河是以漕运为主的河道，新中国成立初期可从天津乘船直达新乡，进入二十世纪七十年代，航运逐渐萎缩。按照沧州市大运河文化保护传承利用实施规划，通过专项治理，将逐步恢复南运河通航功能，实现南运河河道正常来水年份全线有水，河道水生态环境明显改善，适宜河段实现旅游通航。

因此，南运河沧州段水环境的保护工作，是推进大运河景观带建设、打通京冀鲁绿色生态走廊，恢复南运河河道通航功能的重要条件。对改善沧州市人居环境，增强水资源保护意识，创建生态文明城市发挥了重要作用。

文中通过运用单因子分析法和综合污染指数评价法，对南运河沧州段近五年的水环境监测数据进行分析，研究水环境质量变化趋势，和影响水环境质量的主要因素，为水环境治理和保护提供理论指导和参考。

1 计算方法

当前国内外的水环境质量评价方法有很多，水环境质量指数评价法是国内目前应用最广泛的一种评价方法。分为单因子分析和多因子综合指数评价两种。单因子分析法是用监测数据与评价标准之比作为评价指数。综合指数评价是以单因子评价指数为基本单元，通过运用数学运算方法，如算术平均法，确定综合评价指数，进行分析。

按照《地表水环境质量标准(GB 3838-2002)》规定标准，数据选取南运河沧州境内的2个监测断面，一个是位于沧州市的南端吴桥县桑园桥断面，一个是位于沧州市的北端青县桥断面。监测时间选取2016-2020年近五年时间，监测频率为每月一次，监测项目中包括总磷(TP)、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(COD)、铜(Cu)、氟化物(F-)、砷(As)、总氮(TN)、硒(Se)、镉(Cd)、六价铬(Cr6+)、铅(Pb)、汞(Hg)、锌(Zn)、氰化物(CN-)、五日生化需氧量(BOD5)、挥发酚(AR-OH)、硫化物、石油类(OIL)、阴离子表面活性剂(LAS)、粪大肠菌群等。

1.1 指数评价法

单因子指数评价法是利用各评价因子的实际检测数据和各类别标准限值进行比对，选择最差的一项水质类别作为评价结果[2]。公式如下：

Pi=Ci/Si

(1)

1.2 综合污染指数法

由于不同类别水体功能对水质要求有差异，并且利用单一项目来评价水质优劣不够全面，因此可以在单项污染指数评价的基础上进行综合污染指数评价。根据水质综合污染指数来判别污染程度是相对的，即相应于某个要求标准评判其污染程度。因此，表1综合污染指数的污染程度级别的应用，基于以下条件：

首先，污染程度是对应于相应类别的水质要求的。其次，根据水质综合指数P的大小将水体分为清洁、较清洁、轻污染、中污染和重污染等级(详见表1)。

表1 综合污染指数的污染程度级别Tab.1 Pollution degree level of comprehensive pollution index

公式如下：

(2)

公式(1)、(2)中：

P——监测断面的综合污染指数；

Pi——第i项单项评价因子污染指数；

Ci——第i项单项评价因子实测值；

Si——第i项评价因子选取的标准限值；

n——评价因子总项目数。

2 计算结果及水质评价

2016年至2020年水质监测及评价结果见表2、表3、表4、表5。吴桥桑园桥断面每年均有3-5个月处于无水或冰封状态;青县桥断面2016-2017年全年断流无水。

表2 各监测点逐年综合污染指数Tab.2 Year-by-year comprehensive pollution index of each monitoring point

表3 2020年逐月综合污染指数Tab.3 Month-by-month comprehensive pollution index in 2020

表4 2020年单因子污染指数分析Tab.4 Analysis of single factor pollution index in 2020

表5 南运河沧州段水质监测数据统计及评价结果Tab.5 Statistics and evaluation results of water quality monitoring data for the Cangzhou section of the South Canal

选取V类水指标作为标准，对每年各监测点的项目指标平均值进行计算，求得年综合污染指数表2。以2020年为例，分析每月各监测断面综合污染指数如表3，单项污染指数表4。

表2为2016-2020年各断面综合污染指数，数据显示，综合污染指数逐年减小，至2020年，达到清洁标准；桑园桥断面的污染指数高于青县桥断面污染指数。

表3为2020年各月综合污染指数，数据显示，6月份来水初期桑园桥和青县桥断面污染指数均显示增高，之后趋于平缓，总体能够达到清洁标准。

表4显示为2020年单因子污染指数，所有监测项中高锰酸盐指数，化学需氧量，五日生化需氧量，氨氮，总氮，总磷，氟化物等监测指标较高。

根据表5数据，可以准确看出，桑园桥断面超标项目达到8个，TN超标倍数最大达到10.4，单因子指数评价水质总体为III～劣V类，综合污染指数为0.07～1.20；最差年份为2016年劣V类，2018年为III类，总体水质情况逐年转优。

青县桥断面单因子指数评价水质总体为III～V类，水质优于桑园桥断面。超标项目仅为3个，TN超标倍数最大为2.135。综合污染指数为0.04～0.7，最差年份为2019年劣V类，最优年份2020年III类。

由此可以判断：该断面主要污染指标为耗氧物质和营养盐，而重金属及毒性指标基本无污染[4]。在空间上，南运河沧州段上游比下游污染严重，也就是说水流在沧州境内通过时，水质污染没有加重。从时间上看，桑园桥和青县桥的水质均逐年改善，但南运河下游青县桥水质明显优于上游桑园桥水质。

3 水环境影响因素分析

根据水质评价结果，影响南运河水环境质量的因素主要有以下几个方面：

一是水资源是影响水环境质量的重要因素。根据数据显示，总体上看南运河水质逐年改善。2016年、2017年南运河部分河段处于断流无水状态，水环境质量综合评价达到了轻污染；但是2018年开始南运河引黄工程、南水北调东线一期实施力度逐年增加后，水环境得到了明显改善，逐渐转变为较清洁并达到清洁等级。这是因为河道引水解决了多年来南运河水资源短缺的问题，实现了河道水体的周期性更换，满足了河道生态水量的需求，补充了地下水，逐步恢复了水体自洁功能，优化了河道沿岸的生态环境，使得河道内水环境质量不断改善。由此可见，水资源是影响水环境质量的重要因素。

二是农业是南运河水环境污染的主要污染源。南运河沧州段全线不设排污口，评价结果显示重金属毒性指标基本无污染。但由于运河沿线村镇、农田数量众多，居民生活污水、畜禽养殖废水、农田排水、化肥农药沉降、垃圾冲刷水等，在雨季容易被冲刷或渗入地下，对水质造成污染。造成雨季丰水期水中氮磷含量较高，耗氧物质和营养盐污染指标较高。

三是上游来水污染也是影响南运河水环境的原因之一。水质评价结果的空间对比显示，上游断面污染明显高于下游断面。推断一是位于南运河上游卫运河接纳了大量污水经由南运河下泄，下泄的污水对南运河水质造成了较大的影响；二是南运河山东段也存在污水直排或渗漏入河现象，加之南运河河道水环境容量较小，对沧州段南运河水环境造成威胁。

4 建议措施

4.1 充分利用每年南运河输水工程，通过计算河道生态需水量，并结合航运要求，确定总需水量，合理配置水资源。充分利用本地水源、非常规水源，多方利用外调水源，优先利用上游卫运河径流水量，其次利用引黄工程、南水北调东线工程，通过多水源联合调度等措施，保证南运河生态水量，改善水生态环境。为大运河景观带的建设提供水资源和水环境的双重保障。

4.2 开展河道清淤工程，清除底泥中的污染物，降低河道内源污染。

4.3 加强运河沿岸城镇、乡村环境整治和保护工作，禁止将未经处理的生活污水等废水直接排入南运河河道，杜绝倾倒生活垃圾，建立垃圾长效管控机制。完善“村收集、乡转运、县处理”的农村生活垃圾收运处理模式，加快乡镇转运设施建设，加强河道内垃圾监管，杜绝清理后反弹。

4.4 加强农业面源污染整治。在滩地范围内积极推广保护性耕作、化学农药替代、化肥机械化深施、精准化施肥和水肥一体化等减量增效技术，推进农家肥、畜禽粪便等有机肥料资源的综合利用[13]。

4.5 采用生物修复技术，通过利用培养、接种微生物或培育水生植物和水生动物，对水中污染物进行吸收、降解、转化及转移，从而净化水质。

4.6 改善河流沿岸生态环境，建设生态驳岸，打造沿岸绿色走廊，恢复水面和水边动植物生态系统，逐步恢复河流水生态功能，提高河流自净能力。

4.7 加强水环境质量监测，逐步建立水生态环境监测系统，为水环境的保护和治理提供详实准确的数据资料。建设水利信息化体系，在南运河河道水系管护中应用互联网系统，为防洪减灾、水资源管理、水环境监测等提供有力的技术支撑。