黄河流域支流金堤河汛期水质变化分析及治理对策研究

唐 敏，杨志轩，王 兵，赵海丽，和暐杰

(河南省安阳生态环境监测中心，河南 安阳 455000 )

前 言

水资源短缺、水环境恶化、洪涝等自然灾害频发、水质危机等问题日益突出[1-2]，制约了社会经济的可持续发展。尤其是安阳市既是一个典型的工业城市又是一个资源型缺水城市，人均水资源占有量245m3，仅为全国平均水平的1/10，水环境压力较大[3]，因此开展区域水环境污染源与水质参数之间关系的探讨，对水环境保护和治理具有重要意义。目前，国内外已经有比较成熟的水质评价方法，比较典型的方法有单因子评价法、综合污染指数评价法、灰色聚类法、综合水质标识指数法等[4]。

安阳处于我国南北气候过渡带，天气复杂多变，常引发多种气象灾害，特别是局地暴雨、大风、冰雹等灾害性的强对流天气每年都有发生[5]。尤其是2021年安阳市汛期出现多次强降雨过程，在强降水的冲刷作用下，水、泥、污俱下，使得汛期水质状况恶化，这是金堤河濮阳大韩桥断面是未达到目标要求的主要原因。文章通过不同水质评价方法的结合，确定了安阳金堤河流域内主要污染源以及主要超标污染物，着重探讨汛期强降水对金堤河水质的影响及解决办法，以期为安阳市进一步加强黄河流域水环境保护，做好区域水污染防治，解决金堤河水环境问题提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究地区概况

金堤河是跨豫、鲁两省的一条黄河支流，属于平原河道。在安阳市滑县境内的流域范围南至黄河和天然文岩渠流域，北临卫河、马颊河、徒骇河，西起人民胜利渠灌区的七里营东，在台前县的张庄汇入黄河[6]。滑县境内金堤河流经滑县县境北部，自枣村乡耿庄村、穿枣村乡、白道口镇、四间房乡、赵营乡，经赵营乡流入濮阳市境内，金堤河滑县境内长27.7km，滑县境内流域面积1648km2[7]。金堤河在滑县境内主要支流有柳青河、黄庄河、城关河、贾公河、回木沟、大功河、枣庄沟等。金堤河大韩桥断面汇水情况详见图1。

图1 金堤河大韩桥断面汇水情况Fig.1 Water catchment at Dahanqiao Section of the Jindi River

1.2 数据来源及评价因子

文章以2017～2021年国家地表水采测分离手工监测数据、2017年安阳市第二次全国污染源普查排污企业的普查数据、2021年安阳市统计局数据与安阳市气象局大气降水为依据。水质评价因子为《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项。

1.3 水质评价方法

1.3.1 单项因子评价

按照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)对参与评价的因子进行类别评价，同一因子不同类别标准值相同时，从优不从劣。

1.3.2 综合评价

采用河流平均综合污染指数[8]进行综合评价，平均综合污染指数主要用于同一评价范围内不同时段的环境质量整体变化趋势分析，或同一评价时段内同级评价范围之间的环境质量状况(或污染程度)的比较。指数数值越大，表示污染程度越严重，环境质量较差；反之指数数值越小，表示污染程度较轻，环境质量较好[9-10]。计算方法见公式(1)。

(1)

公式中：

P-区域(或河流)平均综合污染指数；

Pj-第j个断面的平均综合污染指数；

Pi-第i个因子的污染指数；

Ci-第i个因子的年平均浓度值；

Si-第i个因子的评价标准值；

m-区域内的监测断面数；

n-评价因子数。

1.3.3 承载力指数计算

水环境承载力评价指标体系包括水质时间达标率和水质空间达标率两个评价指标，反映评价区域内水质在时间和空间尺度上的达标情况。参照2020年10月17日，生态环境部印发的《关于开展水环境承载力评价工作的通知》(环办水体函〔2020〕538号)中的《水环境承载力评价方法(试行)》[11]，开展安阳市水环境承载能力现状评价。

水质时间达标率(A1)定义：反映评价区域内水质在时间尺度上的达标情况，是所有断面(点位)水质时间达标率的算术平均值。断面(点位)水质时间达标率指在一年内不同时期水质达标次数占总监测次数的百分比。

水质空间达标率(A2)定义：反映评价区域内水质在空间尺度上的达标情况，指区域内年度达标断面(点位)个数占断面(点位)总个数的百分比。

水环境承载力指数(Rc)的计算方法见公式(2)。

(2)

公式中：

A1：水质时间达标率；

A2：水质空间达标率。

水环境承载力指数越大，表明区域水环境系统对社会经济系统支持能力越强。根据评价区域水环境承载力指数大小，将评价结果划分为超载、临界超载、未超载三种类型。当Rc<70时，判定该区域为超载状态；当70≤Rc<90时，判定该区域为临界超载状态；当Rc≥90时，判定该区域为未超载状态[12]。

2 结果与讨论

2.1 金堤河水环境质量现状

2021年，金堤河共布设濮阳大韩桥1个地表水监测断面，综合污染指数为0.363，在全市主要的10条河流中排名第6，与2020年相比平均综合污染指数上升幅度最大，为47.8%；全年水质类别符合Ⅳ类，水质状况为轻度污染，与2020年相比，金堤河水质类由Ⅲ类转为Ⅳ类，水质状况有所变差。详见图2。

图2 安阳市地表水河流水质状况图Fig.2 River water quality in Anyang City

2.2 金堤河水环境承载分析

参照《水环境承载力评价方法(试行)》，对安阳市主要的10条河流进行承载力评价，结果显示，2021年安阳市茶店河、露水河、安阳河、淇河、粉红江、硝河、卫河7条河流承载力状态均为未超载状态，汤河、洪河2条河流承载力状态均为临界载状态，仅金堤河水环境承载力指数Rc<70，河流承载力状态为超载状态。详见图3。

图3 2020～2021年安阳市水环境承载力分析图Fig.3 Analysis diagram of water environment carrying capacity of Anyang City from 2020 to 2021

2.3 汛期水质状况

金堤河流域位于中纬度地带，属暖温带半湿润大陆性季风气候，夏季受西太平洋副热带高压控制，雨量多且集中；冬季和春季受西伯利亚冷高压

图4 安阳市滑县逐月降水量统计图Fig.4 Statistical map of monthly precipitation in Hua County，Anyang City

控制，雨雪稀少，风多干冷，流域多年平均降水量为556mm[13]。2021年7～10月份，安阳市出现多次强降雨过程，其中滑县降水量达到1214.2mm，是历年同期降水量的3.2倍，占全年降水量的84.0%，是多年流域平均降水量的2.2倍，详见图4。

2021年汛期强降水导致金堤河出现超警洪水，河流水质出现持续性恶化，丰水期中8月水质类别符合Ⅳ类，为轻度污染，7月、9月、10月3个月水质类别均符合Ⅴ类，为中度污染，且丰水期的高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮、总氮、总磷却为三个水期的最高浓度值，化学需氧量丰水期和平水期持平，2021年濮阳大韩桥断面丰水期浓度值与枯水期浓度值相比，氨氮增加338.9%、总磷增加328.4%、生化需氧量增加120.2%、总氮增加86.1%、高锰酸盐指数增加78.4%、化学需氧量增加36.3%。而对比2017年至2020年金堤河濮阳大韩桥断面数据整体是平水期和枯水期水质相对较差。数据详见图5。(备注：枯水期K为12～3月，平水期P为4～6月，丰水期F为7～10月。)

图5 2017～2021年金堤河水期主要污染因子统计表Fig.5 Statistical of main pollution factors in Jinti River water period from 2017 to 2021

2021年仅金堤河未达到目标要求，年度水质类别符合Ⅳ类，为轻度污染，超标因子为生化学需氧量、高锰酸盐指数、化学需氧量，分别超Ⅲ类标准0.2倍、0.1倍、0.05倍，平均综合污染指数为0.363，在安阳市11条河流水质中排名为第7，丰水期污染对全年的污染贡献最大，污染负荷比为43.3%，其次为枯水期，污染负荷比为33.7%，平水期污染负荷最低，为23.0%，影响平均综合污染指数因子为生化需氧量，详见图6。

2.4 废水排放分析

濮阳大韩桥断面是金堤河在滑县境内的唯一的一个国考断面，断面汇水范围主要涉及滑县的19个乡镇，汇水面积约1530.21km2；该汇水范围内的污染物排放主要来自污水处理厂排污以及农业面源污染。

滑县产业集聚区污水处理厂、滑县清源污水处理有限公司2个污水设计处理规模6万吨/日，2020年处理负荷为93.6%，但2021年总处理负荷已接近110%，尤其是滑县清源污水处理近两年均超负荷运转，详见图7。

据第二次全国污染源普查数据显示滑县工业废水排放量占全市的16.4%，但总磷、总氮、氨氮3项主要污染因子均集中在滑县。其中总磷排放量占工业源总排放量的45.1%，氨氮排放量占工业源总排放量的32.9%，总氮排放量占工业源总排放量的32.8%，化学需氧量排放量占工业源总排放量的29.2%[14-15]，详见表1。

表1 安阳市第二次全国污染源普查工业废水排放占比统计表 Tab.1 Industrial wastewater discharge proportion of the second national pollution source survey in Anyang City

但因历史原因滑县雨污分流不彻底，管网仍在存在混接及乱接，雨天会造成大量外水流入污水系统，加上部分管网老化，存在渗漏情况，水外泄，可能导致河道监控断面水质超标，2021年7月23日至31日对滑县产业集聚区污水处理厂下游、滑县清源污水处理有限公司下游共开展14次监测，其中总磷均超Ⅲ类标准，最大值为1.06mg/L，超标4.3倍，化学需氧量超标率为85.7%，氨氮超标率为78.6%。详见表2。

表2 2021年汛期滑县污染水处理厂下游监测结果统计表Tab.2 Monitoring results of downstream polluted water treatment plant in Hua County in flood season in 2021

2.5 农业面源分析

随着水污染防治攻坚战的深入开展对入河排污口等点源污染监管力度的显著增强，以点源污染形式输出的污染物已得到有力的控制，而以面源污染形式流失的污染物占受纳水体负荷比例逐渐提高，成为影响水功能区达标的主要因子。滑县为农业大县，素有“豫北粮仓”之称，是全国最大的小麦生产县、河南第一产粮大县，2021年种植粮食面积为135314.1公顷，占全市耕地面积的33.1%[16]，详见图8。

图8 2021年安阳市各县市区耕地面积占比图Fig.8 The proportion of cultivated land area in Anyang City by county in 2021

农业化肥、农药过量使用，导致土壤自我净化与自我修复能力持续下降，进而导致种植业面源污染问题突出，依据第二次全国污染源普查，滑县农业面源排放的氨氮、总氮、总磷占比均在33%左右[15]，在全市9个县市区中均排名第1，详见图9。地表径流是流域污染物输出主要驱动力，尤其是当降水量较大时，水土流失较为严重，地形地貌和土壤植被主要通过降雨和地表径流影响面源污染，对面源污染有重要影响的是降水量和降雨强度，其大小直接影响着径流量的大小，进而影响面源污染的程度。

图9 安阳市各县市区农业面源排放占比图Fig.9 Proportion of agricultural non-point source emissions in Anyang City

3 结论及建议

2021年安阳市8个省控责任目标断面中金堤河濮阳大韩桥断面是唯一未达到目标要求的断面，综合污染指数为0.363，年度水质类别符合Ⅳ类，为轻度污染，与2020年相比，金堤河水质类由Ⅲ类转为Ⅳ类，水质状况有所变差。2021年汛期强降水导致金堤河出现超警洪水，河流水质出现持续性恶化，丰水期中8月水质类别符合Ⅳ类，为轻度污染，7月、9月、10月3个月水质类别均符合Ⅴ类，为中度污染。而2021年中共中央国务院印发《黄河流域生态保护和高质量发展规划纲要》，足见国家对于黄河流域生态保护的重视，更是把“十四五”金堤河大韩桥水质目标提升为Ⅲ类，金堤河水环境质量改善压力较大。为有效改善金堤河水环境质量，提升黄河流域水生态文明建设，提出以下建议：

(1)提升县城区污水处理能力。滑县现有的2个污水设计处理符合已达到90%以上，尤其是滑县清源污水处理有限公司，实际运行负荷已接近110%。无法满足城市远期发展，“十四五”要加快完成设计规模为5万t/d地滑县第三污水处理厂建设，同时克服县城经济承受能力较弱，资金不足问题，并开展管网混错接改造、破损修复等工作。积极推进污水配套管网及雨污分流系统改造，充分结合城建计划、老旧小区改造、河道整治等相关工程一同实施对局部混接、错接、漏接的排水管道进行改造，做到雨污分流[17-18]。

(2)加大农村面源污染防治。根据水环境容量和国内外农村面源污染控制的规程和标准，制定合理的农业发展规划；通过激励机制，加强生物防控技术、高效低毒农药的推广，合理配置肥料资源，做到肥料减量、定性、定量化使用；落实责任，建立分工协助齐抓共管工作机制。将农村面源污染防治纳入政府重点工作，建立政府统一领导、各部门分工协助、全社会共同参与的工作机制；加大宣传力度，提高农村面源污染治理意识，充分调动农民参与农业面源污染防治的积极性和主动性[19～21]。

(3)深入推进农村生活污水治理。农村生活污水处理设施存在明显短板。滑县多数乡镇及农村地区基本未实现生活污水集中收集处理，农村污水处理设施缺口大。农村生活污水直排问题较多，“十四五”期间，按照“分散收集，集中处理”的原则，收集处理广大农村地区的生活污水，建立乡镇污水处理厂收集处理为主，中心村处理厂处理为辅的处理模式[22-23]，实施滑县18个乡镇污水处理工程项目，优先治理乡镇政府所在地、临近金堤河及主要支流村庄，逐步实现流域内农村生活污水处理全覆盖。

(4)持续开展金堤河等主要河流入河排污口的排查整治工作。对金堤河沿线新发现、未纳入台账的入河排污口按照分类管理的原则，实施对应的整治措施。对非法设置的入河排污口限期拆除封堵；对合法设置的入河排污口实施规范化建设，开展入河排污口的监测工作，规范设置标识牌，安装一体化水质监测和视频监控设备[24]。直排废水企业外排废水执行《河南省黄河流域水污染物排放标准》(DB41/2087-2021)。

(5)加强水质预警监测。把汛期监测与各类常规监测结合起来进行，发现水质异常立即加密监测，及时分析水质异常原因。同时加强水质监测质量保证和质量控制工作，确保监测数据真实、准确，及时掌握汛期水质状况及变化趋势，科学评估汛期强降雨对水环境质量的影响[25]。

(6)积极开展河流生态修复工作。金堤河白道口镇段为重点，推动河湖岸线修复试点工作，加强生态缓冲带拦截污染、净化水体、提升生态系统完整性等功能。逐步建设配套的污水收集管网及暂存池，使用污水罐车收集暂存池的就近进入污水处理厂处理。