王 蕾，關(guān)建玲，姚志鵬，丁 強，羅儀寧，程俊俠

1．陜西省環(huán)境監(jiān)測中心站，陜西 西安 710054

2．中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室，北京 100012

南水北調(diào)中線工程是優(yōu)化配置中國水資源，解決中國北方水資源嚴(yán)重短缺的特大型調(diào)水工程之一［1］，陜西省漢丹江流域位于其供水水源地丹江口水庫的上游，承擔(dān)著70%以上的供應(yīng)水量，是南水北調(diào)中線的主要水源涵養(yǎng)區(qū)［2］。作為丹江口水庫的主要來水水源，陜西省漢江、丹江水體環(huán)境質(zhì)量是南水北調(diào)中線工程順利實施的前提和保障。近年來漢丹江(陜西段)區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程不斷加快［3］，流域水環(huán)境狀況受到廣泛關(guān)注，而已有文獻針對漢丹江(陜西段)的水質(zhì)評價研究僅限于南水北調(diào)工程論證時期［4］及建設(shè)初期的水質(zhì)狀況［5］，目前針對漢丹江(陜西段)水質(zhì)變化特征的研究鮮見報道［6］。基于漢丹江(陜西段)水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測資料、區(qū)域環(huán)境統(tǒng)計及污染源普查數(shù)據(jù)，結(jié)合實地調(diào)研結(jié)果，全面分析該河段水質(zhì)變化特征及水污染源特征，以期為南水北調(diào)中線水源水環(huán)境質(zhì)量保障和水資源利用提供參考。

1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)來源

漢丹江(陜西段)位于陜西省南部的秦巴山地，流域總面積約6.5萬平方千米，由西向東主要流經(jīng)漢中、安康、商洛3市27個縣(區(qū))。漢江干流(陜西段)為631 km，流域面積為25 691 km2;丹江是漢江最長的支流，發(fā)源于陜西省商洛鳳冠山南麓，出陜西后在湖北省丹江口市與漢江交匯進入丹江口水庫，丹江干流(陜西段)為248 km，流域面積為6 995 km2。

采用2008—2012年漢丹江(陜西段)干流14個監(jiān)測斷面的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項指標(biāo)為評價指標(biāo)，對該河段水質(zhì)狀況進行考察。監(jiān)測頻次為1次/月，監(jiān)測項目分析方法依據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)［7］。各監(jiān)測斷面名稱和位置見圖1。

圖1 漢丹江(陜西段)水體監(jiān)測斷面位置示意圖

2 研究方法

2.1 水質(zhì)評價方法

單因子評價法:用河流斷面各監(jiān)測項目的監(jiān)測結(jié)果對照該項目分類標(biāo)準(zhǔn)，確定水質(zhì)類別，即低于或等于某類標(biāo)準(zhǔn)限值時評價為達到某類標(biāo)準(zhǔn);在所有項目的水質(zhì)類別中選取水質(zhì)最差類別作為斷面水體的水質(zhì)類別。河流水質(zhì)評價采用斷面水質(zhì)類別比例法，即按照環(huán)保部《關(guān)于印發(fā)“地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)”的通知》(環(huán)辦［2011］22號)中河流水質(zhì)類別比例與水質(zhì)定性評價分級的對應(yīng)關(guān)系描述河流水質(zhì)狀況。

平均綜合污染指數(shù)法［8］:對斷面或河流水體污染物產(chǎn)生的水質(zhì)影響進行綜合評價，定量描述總體污染狀況。其計算公式為

式中:Ci為監(jiān)測值;Si為標(biāo)準(zhǔn)值，取《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值;n為評價指標(biāo)的個數(shù);Pi為第i項指標(biāo)的污染分指數(shù);P為平均綜合污染指數(shù)。文中未檢出監(jiān)測項目以檢出限值參與計算。

2.2 變化趨勢研究方法

Spearman秩相關(guān)系數(shù)法。具體計算按照環(huán)保部“地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)”進行。

3 結(jié)果與討論

3.1 漢丹江(陜西段)水質(zhì)時間變化特征

2008—2012年漢丹江(陜西段)水體綜合污染狀況逐月變化趨勢見圖2。

圖2 漢丹江(陜西段)平均綜合污染狀況逐月變化

由圖2可見，漢江(陜西段)水質(zhì)綜合污染狀況時間序列曲線呈現(xiàn)不規(guī)則振動波型變化，且振動幅度逐年減小，年內(nèi)變化特征各異，沒有一致的規(guī)律性。丹江(陜西段)2008—2009年綜合污染指數(shù)較高，且2008年有上升趨勢，2009年趨于下降;2010—2012年綜合污染指數(shù)變化幅度不大，水質(zhì)狀況基本保持穩(wěn)定;結(jié)合丹江降水監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，丹江(陜西段)2008—2009年非汛期綜合污染指數(shù)高于汛期，這是由于丹江水量較小，污染較嚴(yán)重時降雨對污染物的稀釋作用較為顯著。

2008—2012年漢丹江(陜西段)水體綜合污染狀況年際變化見表1。

表1 漢丹江(陜西段)平均綜合污染狀況年際變化

由表1可見，漢江、丹江水質(zhì)綜合污染狀況均呈下降趨勢，其中漢江下降趨勢顯著。漢江、丹江2008年水質(zhì)綜合污染狀況相當(dāng)，2012年丹江水體平均綜合污染指數(shù)大于漢江，顯示漢江水質(zhì)整體優(yōu)于丹江。

3.2 漢丹江(陜西段)水質(zhì)空間分布特征

以2012年漢丹江流域(陜西段)水體綜合污染狀況為例分析漢丹江(陜西段)干流綜合污染狀況(圖3)。

圖3 2012年漢丹江(陜西段)干流綜合污染狀況沿程變化

由圖3可見，漢丹江(陜西段)各斷面水質(zhì)具有明顯的空間差異性和區(qū)域分布特征，漢江漢中段呈現(xiàn)明顯的拋物線型變化，漢江源頭代表斷面烈金壩平均綜合污染指數(shù)最低，沿程經(jīng)梁西渡、南柳渡斷面明顯增加，到漢中市城鎮(zhèn)集中區(qū)蒙家渡斷面達到最大值，隨后經(jīng)黃金峽至安康段石泉Ⅰ、安康Ⅰ斷面降至最低點，其后經(jīng)安康市城鎮(zhèn)集中區(qū)到白河Ⅱ陜西出境斷面又有所上升;從丹江沿程分布看，丹江上游斷面峽口平均綜合污染指數(shù)最低，其后平均綜合污染指數(shù)持續(xù)增加，在商洛市商州城區(qū)張村達到最大，最后至下游丹鳳下斷面略有降低。

以2012年Landsat TM影像為數(shù)據(jù)源，使用ArcGIS和ENVI軟件對陜西省漢丹江流域進行土地利用分類，如圖4所示。

圖4 2012年漢丹江流域(陜西段)土地利用情況

由圖4可見，漢中污染嚴(yán)重的河段土地利用類型多為耕地和居民點及工礦地，黃金峽、石泉Ⅰ、安康Ⅰ斷面所處河段周邊多為林地和草地，污染來源明顯減少，河流自凈能力彰顯。漢丹江(陜西段)水質(zhì)空間分布總體呈現(xiàn)城區(qū)污染大于郊區(qū)，在各行政區(qū)段河流下游水質(zhì)污染均大于上游的特點。

根據(jù)單因子評價結(jié)果，2012年陜西省境內(nèi)漢江干流9個斷面中列金壩水質(zhì)狀況為Ⅰ類，南柳渡為Ⅲ類，其他7個斷面為Ⅱ類;丹江5個斷面中峽口和構(gòu)峪口水質(zhì)狀況為Ⅱ類，其余3個斷面為Ⅲ類，均符合相應(yīng)水質(zhì)功能區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)環(huán)保部“地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)”中河流水質(zhì)類別比例與水質(zhì)定性評價分級的對應(yīng)關(guān)系，漢丹江(陜西段)水質(zhì)均為優(yōu)。根據(jù)2012年漢江、丹江各斷面21項水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測結(jié)果可知，漢江、丹江水質(zhì)均為中性偏堿;五日生化需氧量、石油類、汞、鉛、砷、鎘、六價鉻、硒、銅、鋅、氟化物、揮發(fā)酚、氰化物、陰離子表面活性劑和硫化物在各斷面年均值及月測定值均為Ⅰ類，說明漢丹江水質(zhì)不受或受這些指標(biāo)所代表的污染物影響較小;溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷在部分?jǐn)嗝婺昃禐棰蝾惢颌箢悾瑐€別斷面的氨氮月測定值為Ⅵ類，存在偶然超標(biāo)現(xiàn)象，說明影響漢丹江水質(zhì)的主要因子為有機污染因子和營養(yǎng)鹽因子。

值得注意的是，漢江南柳渡斷面用單因子評價法評價結(jié)果為Ⅲ類(氨氮為Ⅲ類)，是漢江干流水質(zhì)類別最差斷面，而根據(jù)平均綜合污染指數(shù)法評價時，位于南柳渡下游的蒙家渡斷面水體綜合污染狀況最差，對比各水質(zhì)指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，蒙家渡斷面氨氮為Ⅱ類，但其他指標(biāo)(如高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、總磷、揮發(fā)酚、氰化物、砷、汞等)年均值均較南柳渡斷面高。

3.3 漢丹江(陜西段)水污染源特征及水質(zhì)變化原因

據(jù)研究，河流污染一般來自工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水排放［9］、城市地表徑流［10］、水土流失［11］、農(nóng)田排水［12］及干濕沉降［13］等。根據(jù) 2012年陜西省環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)，陜西省境內(nèi)漢丹江流域接納的污廢水主要為城鎮(zhèn)生活污水(79.03%)和工業(yè)廢水(20.77%);流域接納的化學(xué)需氧量有86.11%來自城鎮(zhèn)生活源(47.84%)和農(nóng)業(yè)源(38.27%)，氨氮有 84.46%來自城鎮(zhèn)生活源(46.89%)和農(nóng)業(yè)源(37.57%)，總磷有73.40%來自農(nóng)業(yè)源，這說明城鎮(zhèn)生活源和農(nóng)業(yè)面源是影響漢丹江(陜西段)水質(zhì)的主要污染源，是目前該流域水質(zhì)安全保障防控的重點。漢丹江流域(陜西段)工業(yè)污染源化學(xué)需氧量和氨氮排放量分別占流域總排放量的11.50%和13.97%，流域內(nèi)金屬礦采選和冶煉、氮肥制造、黃姜皂素加工、繅絲加工以及農(nóng)副食品加工行業(yè)的廢水排放量占流域工業(yè)總排放量的77.22%，化學(xué)需氧量和氨氮排放量分別占流域工業(yè)總排放量的78.14%和80.81%。由此可見，漢丹江流域(陜西段)工業(yè)污染物排放量占比相對較小且排放行業(yè)較為集中。

近年來，隨著陜西省《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持“十二五”規(guī)劃》及《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》的實施，漢丹江流域(陜西段)污染源得到控制:①流域內(nèi)城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)加快，2008年僅有3家市級污水處理廠投運，2012年則增至16家，污水處理能力由2008年的1.9×105m3/d增加至2012年的3.6×105m3/d，使得城鎮(zhèn)生活源污染物入河排放量減少;②流域內(nèi)生態(tài)環(huán)境綜合整治力度不斷加大，生態(tài)濕地、綠化造林等水土保持項目有序開展，截至2011年底治理水土流失面積1.24萬平方千米，退耕還林逾千萬畝［14］;③流域內(nèi)關(guān)、停、并、轉(zhuǎn)、遷了300多家不符合國家產(chǎn)業(yè)政策、污染嚴(yán)重的企業(yè)和礦產(chǎn)資源開發(fā)項目，全面實施污染物總量控制和排污許可證制度，同時完善建制鎮(zhèn)及工業(yè)園區(qū)、移民集中居住區(qū)環(huán)保設(shè)施，有效控制了流域內(nèi)點源污染物的排放量;④農(nóng)業(yè)畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；皬U物資源化利用的生態(tài)環(huán)保養(yǎng)殖模式、農(nóng)田有機肥代替化肥使用使得漢江、丹江入河農(nóng)業(yè)污染物減少。另外，近年來漢丹江流域(陜西段)用水量基本不變，但漢江、丹江的年徑流量總體呈增加趨勢(表2)，水量有所保障，這些因素共同促進了漢丹江(陜西段)綜合污染水平的下降。

表2 漢丹江流域(陜西段)水資源利用情況年際變化108m3

4 結(jié)論

1)2008—2012年漢丹江(陜西段)水質(zhì)綜合污染狀況總體呈下降趨勢。漢江(陜西段)水質(zhì)綜合污染狀況逐年減輕，下降趨勢顯著，年內(nèi)變化無規(guī)律;丹江(陜西段)2008年水質(zhì)綜合污染狀況有上升趨勢，2009年趨于下降，2010年以后水質(zhì)狀況基本保持穩(wěn)定。

2)2012年漢丹江(陜西段)水質(zhì)綜合污染狀況空間差異和區(qū)域分布特征明顯，漢江漢中段污染大于安康段，漢丹江水質(zhì)空間分布總體呈現(xiàn)城區(qū)段污染大于郊區(qū)，各行政區(qū)段河流下游污染大于上游的特點。漢丹江(陜西段)流域斷面水質(zhì)以Ⅱ類、Ⅲ類為主，水質(zhì)總體為優(yōu)，影響漢江、丹江水質(zhì)的主要因子為有機污染因子和營養(yǎng)鹽污染因子。

3)漢丹江(陜西段)水污染源主要來自城鎮(zhèn)生活源和農(nóng)業(yè)面源，工業(yè)污染源占比不大，但行業(yè)特點明顯，主要集中在金屬礦采選和冶煉、氮肥制造、黃姜皂素加工、繅絲加工和農(nóng)副食品加工行業(yè)。

［1］李思悅，張全發(fā)．運用水質(zhì)指數(shù)法評價南水北調(diào)中線水源地丹江口水庫水質(zhì)［J］．環(huán)境科學(xué)研究，2008，21(3):61-68．

［2］張淑芳，杜新黎，李合義，等．漢、丹江流域 (陜西段)環(huán)境現(xiàn)狀分析及保護對策研究［J］．陜西環(huán)境，2003，10(1):11-12．

［3］張春玲，周曉強．陜西省漢丹江流域水資源質(zhì)量近年變化分析與保護對策研究［J］．陜西水利，2011(5):21-26．

［4］張志祥，陸曉華．漢江水質(zhì)評價的化學(xué)計量學(xué)研究［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2004，20(1):47-51．

［5］吳波，黨志良．漢丹江流域陜西段水環(huán)境容量研究［J］．水科學(xué)與工程技術(shù)，2009(1):12-15．

［6］Li S，Gu S，Tan X，et al．Water quality in the upper Han River basin，China:the impacts of land use/land cover in riparian buffer zone［J］．Journal of Hazardous Materials，2009，165(1):317-324．

［7］國家環(huán)境保護總局．水和廢水監(jiān)測分析方法［M］．4版．北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002:200-395．

［8］荊紅衛(wèi)，張志剛，郭婧，等．北京北運河水系水質(zhì)污染特征及污染來源分析［J］．中國環(huán)境科學(xué)，2013，33(2):319-327．

［9］Eneji I S，Sha’Ato R，Annune P A．An assessment of heavy metals loading in River Benue in the Makurdi Metropolitan Area in Central Nigeria ［J］．EnvironmentalMonitoring and Assessment，2012，184(1):201-207．

［10］葛靜茹，李建清，李霄宇，等．北京市周邊地區(qū)河道污染現(xiàn)狀分析［J］．中國環(huán)境監(jiān)測，2011(3):84-88．

［11］王星，李占斌，李鵬，等．陜西省丹漢江流域面源污染現(xiàn)狀及防治對策［J］．水土保持通報，2012，31(6):186-189．

［12］王少麗．基于水環(huán)境保護的農(nóng)田排水研究新進展［J］．水利學(xué)報，2010，41(6):697-702．

［13］Carpenter S R，Caraco N F，Correll D L，et al．Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen［J］．Ecological Applications，1998，8(3):559-568．

［14］陜西省人民政府．治理水土流失，保護一江清水．［EB/OL］．(2011-12-1)［2014-05-15］．http://www．swcc．org．cn/Topics_desc．a(chǎn)sp?id=30648．