郭 婧，田 穎，梁云平，徐蘇士，趙 靚，陶 蕾，荊紅衛(wèi)

北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，北京 100048

溫榆河發(fā)源于北京市境內(nèi)且常年有水，是京杭大運(yùn)河北京段的上游河段，位于北京市的核心區(qū)域，橫跨西部生態(tài)帶和東部發(fā)展帶，戰(zhàn)略地位舉足輕重，被譽(yù)為北京市的“母親河”。溫榆河由東沙河、北沙河、南沙河3條支流匯合而成，沿途接納藺溝、清河、壩河等支流，在通州北關(guān)閘匯入北運(yùn)河，全長(zhǎng)為55 km，承擔(dān)著昌平區(qū)、順義區(qū)以及其他部分城區(qū)的排水任務(wù)，同時(shí)，也是沿岸居民的一條景觀河道。

近年由于城市規(guī)模的擴(kuò)大和人口的劇增，污水排放量隨之增加，雖然全市污水處理率逐年提高，水質(zhì)狀況逐步改善，但是溫榆河流域水質(zhì)仍然為劣Ⅴ類(lèi)，屬于污染水體，許多學(xué)者對(duì)其開(kāi)展了大量的研究，從水文、水質(zhì)、水生態(tài)等角度進(jìn)行闡述，關(guān)注面從沉積物到水體以及河道的閘壩，污染指標(biāo)從有機(jī)物到重金屬、微生物[1-12]。然而，現(xiàn)有研究大多是考察了較短時(shí)間段內(nèi)溫榆河水環(huán)境質(zhì)量，對(duì)溫榆河長(zhǎng)期水環(huán)境質(zhì)量演變過(guò)程的研究尚不多見(jiàn)，郁達(dá)偉等[13]對(duì)溫榆河進(jìn)行過(guò)長(zhǎng)序列的水環(huán)境質(zhì)量時(shí)空演變特征的報(bào)道，但是該報(bào)道注重水質(zhì)演變過(guò)程，并未過(guò)多分析水質(zhì)變化原因。

筆者試圖利用近20年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析該流域水質(zhì)變化特征以及水質(zhì)變化原因，為未來(lái)制定流域改善措施提供科學(xué)依據(jù)。

1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與研究方法

研究所用污染指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于各河段監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)，各點(diǎn)位數(shù)據(jù)平均值代表河段數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)置的地表水監(jiān)測(cè)點(diǎn)位涵蓋溫榆河流域的主要干、支流，具體點(diǎn)位分布見(jiàn)圖1。

圖1 溫榆河及其支流監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布示意圖Fig.1 Monitoring sites of the Wenyu River and its branches

除了手工監(jiān)測(cè)點(diǎn)位外，在溫榆河上、下段及清河下段和壩河下段各設(shè)有一個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。流量數(shù)據(jù)由美國(guó)YSI公司的智能多頻走航式多普勒剖面儀M9測(cè)得。

評(píng)價(jià)方法采用單因子評(píng)價(jià)，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，將水質(zhì)分為Ⅰ～Ⅴ類(lèi)別，不滿(mǎn)足Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)即為劣Ⅴ類(lèi)。

2 溫榆河水質(zhì)變化分析

北京多年缺水，2016年地表水資源量為14.01億m3[14]，比多年平均水量(17.72 億m3)少20.9%。水資源減少，缺乏生態(tài)補(bǔ)水，河流自?xún)裟芰档停h(huán)境容量極為有限[15]。溫榆河水質(zhì)多年來(lái)一直為劣Ⅴ類(lèi)，主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量、氨氮、五日生化需氧量和總磷等，除了自然因素外，人為活動(dòng)對(duì)河流影響很大，研究選用主要污染指標(biāo)化學(xué)需氧量和氨氮對(duì)其水質(zhì)變化進(jìn)行分析。

2.1 時(shí)間變化

圖2展示了1998—2017年溫榆河水質(zhì)變化情況。

由圖2可知，在20年間，溫榆河水質(zhì)變化可以大致分為4個(gè)階段，水質(zhì)惡化-水質(zhì)改善-水質(zhì)穩(wěn)定-水質(zhì)進(jìn)一步改善。

圖2 1998—2017年溫榆河水質(zhì)變化Fig.2 Yearly change of the water quality in the Wenyu River from 1998 to 2017

溫榆河上段化學(xué)需氧量濃度從1998年開(kāi)始升高，由1998年的55.4 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))升高至2002年的110 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))，2004—2010年，濃度開(kāi)始緩慢下降，其間略有波動(dòng)，2010年濃度達(dá)到50.5 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))，2011—2015年化學(xué)需氧量濃度穩(wěn)定在40～50 mg/L(依然為劣Ⅴ類(lèi))，2016—2017年再次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2017年降至35.5 mg/L(轉(zhuǎn)變?yōu)棰躅?lèi))；氨氮濃度變化雖然也經(jīng)歷了3個(gè)階段，但與化學(xué)需氧量變化的時(shí)間段不大一致，其濃度在1998—2007年都屬于升高階段，其間雖然較為波動(dòng)，但整體形勢(shì)呈升高，到2007年達(dá)到23.0 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))，2010年之后開(kāi)始逐漸下降，2011—2015年屬于穩(wěn)定階段，濃度基本穩(wěn)定在12～14 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))，2016—2017年再次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2017年降至7.5 mg/L(仍為劣Ⅴ類(lèi))。溫榆河下段化學(xué)需氧量和氨氮的濃度變化較為一致，1998—2003年為濃度升高階段，化學(xué)需氧量濃度峰值出現(xiàn)在2002年，達(dá)到149 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))，氨氮濃度峰值出現(xiàn)在2003年，達(dá)到32 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))，2003—2005年為濃度明顯下降階段，2006年以后為濃度穩(wěn)定階段，化學(xué)需氧量濃度穩(wěn)定在55～70 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))，氨氮濃度穩(wěn)定在14～18 mg/L(劣Ⅴ類(lèi))，2016—2017年均呈明顯下降趨勢(shì)，2017年化學(xué)需氧量濃度降至38.1 mg/L(Ⅴ類(lèi))，氨氮濃度降至3.9 mg/L(仍為劣Ⅴ類(lèi))。

從變化過(guò)程還可以看出，溫榆河下段水質(zhì)已逐漸好于上段并且隨著化學(xué)需氧量濃度的逐漸下降，溫榆河污染指標(biāo)凸顯為以氨氮為主。

2.2 空間變化

溫榆河水質(zhì)的空間變化主要反映在支流的影響上。上段由北沙河、東沙河、南沙河匯合而成，之后沿途接納藺溝。下段接納清河、壩河。將支流的關(guān)系概化后，得到如圖3所示河系關(guān)系示意圖。

圖3 溫榆河河系關(guān)系示意圖Fig.3 The relationship of the Wenyu River and its main branches

溫榆河上段及其匯入河段水質(zhì)空間變化較大，2002年之前，2種污染物濃度均是東沙河最高，溫榆河上段化學(xué)需氧量最低，但氨氮濃度較高，僅次于東沙河，北沙河氮氮濃度最低。2002年之后，各匯入河段化學(xué)需氧量濃度均明顯下降，氨氮濃度較為波動(dòng)。2004—2012年，化學(xué)需氧量總體上呈現(xiàn)北沙河>藺溝>南沙河>溫榆河上段>東沙河的趨勢(shì)，氨氮總體上呈現(xiàn)南沙河>溫榆河上段>北沙河>藺溝>東沙河的趨勢(shì)。2012—2015年，各河段化學(xué)需氧量濃度集中在50～60 mg/L，氨氮濃度集中在10～20 mg/L。2016—2017年2種污染物濃度順序逐漸趨向一致，為藺溝>北沙河>南沙河>溫榆河上段>東沙河，見(jiàn)圖4。

圖4 溫榆河上段及匯入河段水質(zhì)變化Fig.4 Water quality changes of the upstream of the Wenyu River and its main branches

雖然污染物空間變化不完全一致，但Pearson相關(guān)分析結(jié)果表明，溫榆河上段化學(xué)需氧量與南沙河化學(xué)需氧量顯著相關(guān)(r=0.940，P<0.01)，表明溫榆河上段化學(xué)需氧量主要受南沙河影響；溫榆河上段氨氮與北沙河和南沙河的氨氮濃度均顯著相關(guān)(r分別為0.707、0.676，P<0.01)，表明溫榆河上段氨氮受北沙河及南沙河影響均較大。

溫榆河下段水質(zhì)隨時(shí)間序列的空間變化波動(dòng)也較大，2005年之前，2種污染物濃度的排序?yàn)榍搴酉露?壩河下段>溫榆河下段>溫榆河上段。2005年之后，化學(xué)需氧量的排序?yàn)閴魏酉露?清河下段>溫榆河下段>溫榆河上段，氨氮的排序?yàn)闇赜芎由隙?溫榆河下段>壩河下段>清河下段。2017年，4條河段中，清河下段的2項(xiàng)污染物濃度均降到了最低，見(jiàn)圖5。

圖5 溫榆河下段及匯入河段水質(zhì)變化Fig.5 Water quality changes of the downstream of the Wenyu River and its main branches

Pearson相關(guān)分析結(jié)果表明，溫榆河下段化學(xué)需氧量與清河下段、壩河下段、溫榆河上段的化學(xué)需氧量均呈顯著相關(guān)(r分別為0.866、0.882、0.867，P<0.01)，表明3條河段的化學(xué)需氧量對(duì)溫榆河下段均有影響；氨氮與清河下段和壩河下段的氨氮濃度顯著相關(guān)(r分別為0.853、0.762，P<0.01)，表明溫榆河下段氨氮主要受清河下段及壩河下段影響。

3 分析與討論

3.1 水質(zhì)變化階段分析

自1998年開(kāi)始，溫榆河水質(zhì)出現(xiàn)惡化，上段化學(xué)需氧量在2004—2010年為好轉(zhuǎn)階段，氨氮?jiǎng)t在2010年之后為好轉(zhuǎn)階段；下段在2003年之后進(jìn)入水質(zhì)好轉(zhuǎn)狀態(tài)。

3.1.1 溫榆河上段

1998年適逢改革開(kāi)放20年，工業(yè)蓬勃發(fā)展，人口迅猛增加，污染隨之加重，以溫榆河上段主要流經(jīng)的昌平區(qū)為例，2001年人口為43.6萬(wàn)，2017年為206萬(wàn)，增加了160多萬(wàn)，詳見(jiàn)圖6。

圖6 昌平區(qū)人口變化圖[16-17]Fig.6 Population changes in Changping district

隨著人口數(shù)量的增加，排污量增大，但是污水處理設(shè)施并不健全，污水得不到及時(shí)處理，此段時(shí)間內(nèi)溫榆河上段污染物處于高濃度狀態(tài)。2001年小湯山污水處理廠建成(日處理量為4 500 t/d)，2003年昌平污水處理中心建成投入使用(日處理量為5.4×104t/d)，2008年北七家污水處理廠(日處理量為2.5×104t/d)、2009年南口鎮(zhèn)污水處理廠(日處理量為2.0×104t/d)以及2014年未來(lái)科技城再生水處理中心(日處理量為5.0×104t/d)等污水處理廠的投入運(yùn)行，使昌平區(qū)的污水處理率由2008年的不足20%提高至2016年的60%以上(圖7)，并且后期建成的污水處理廠考慮了除磷脫氮要求，溫榆河上段水質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn)，2004年以后化學(xué)需氧量濃度明顯降低，2010年以后氨氮濃度開(kāi)始降低。

圖7 昌平區(qū)污水處理率Fig.7 Sewage treatment rate in Changping district

3.1.2 溫榆河下段

2002年前，清河的污染源主要是清河鎮(zhèn)毛紡工業(yè)基地的工業(yè)污水。由于沒(méi)有污水處理廠，所有的工業(yè)廢水都未經(jīng)任何處理而直接排放到清河[18]。2002年以后，清河污染大戶(hù)(北京毛紡廠、北京制呢廠和清河毛紡廠)都陸續(xù)搬出清河地區(qū)，廠房占地被用于住宅區(qū)建設(shè)，并且在2002年9月清河污水處理廠一期建成通水，處理能力為40萬(wàn)m3/d，2004年12月二期建成通水，處理能力再增加47萬(wàn)m3/d[19]。清河水質(zhì)在2002年之后出現(xiàn)好轉(zhuǎn)跡象，2004年之后徹底好轉(zhuǎn)。另外，為迎接2008年北京奧運(yùn)會(huì)的召開(kāi)，自2002年起，朝陽(yáng)區(qū)開(kāi)展了大規(guī)模的河道整治，對(duì)壩河及其支流北小河和亮馬河五環(huán)內(nèi)部分進(jìn)行了截污，并將北小河污水處理廠的二級(jí)出水引入壩河，極大改善了壩河水質(zhì)。隨著清河和壩河的水質(zhì)改善，溫榆河下段污染物濃度也在2003—2004年開(kāi)始出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

3.2 水質(zhì)穩(wěn)定階段分析

溫榆河上、下段水質(zhì)在好轉(zhuǎn)之后至2014、2015年，均處于穩(wěn)定狀態(tài)，水質(zhì)仍為劣Ⅴ類(lèi)。

3.2.1 溫榆河上段

在污水處理率大幅提高之后，2011—2015年溫榆河上段水質(zhì)穩(wěn)定在一定狀態(tài)，無(wú)明顯繼續(xù)好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。分析原因：一方面是由于缺少生態(tài)補(bǔ)水，而且據(jù)報(bào)道，污水處理廠出水難以達(dá)到河流水質(zhì)要求[20]，另一方面由于各支流上仍有相當(dāng)數(shù)量的排污口。《昌平區(qū)入河排污口調(diào)查及污染溯源報(bào)告》調(diào)查[21]顯示，南沙河有工業(yè)、混合、生活、養(yǎng)殖、雨水等排污口共計(jì)38個(gè)，排水量為4 395 m3/d，北沙河有77個(gè)排污口，排水量為7 411 m3/d，東沙河有81個(gè)排污口，排水量為22 447 m3/d。由空間分析可知，3條河段均對(duì)溫榆河上段水質(zhì)有重要影響，這些直排口的存在阻礙了水質(zhì)的進(jìn)一步好轉(zhuǎn)。

3.2.2 溫榆河下段

2014年9月對(duì)溫榆河主干河道的流量測(cè)定顯示，溫榆河上段匯入下段前的土溝橋點(diǎn)位處流量為5.17 m3/s，清河下段匯入溫榆河前的沙子營(yíng)點(diǎn)位處流量為5.28 m3/s，壩河匯入溫榆河前的沙窩點(diǎn)位處流量為3.99 m3/s，河段匯入后，溫榆河下段的流量為9.59 m3/s。可見(jiàn)，下段流量在支流清河和壩河匯入后得到了大幅提高，這也與張永勇等[12]、王亞煒等[22]所述一致。清河的主要補(bǔ)給水源來(lái)自于清河污水處理廠(設(shè)計(jì)規(guī)模為40萬(wàn)m3/d，實(shí)際規(guī)模為54萬(wàn)m3/d)，壩河的補(bǔ)給水源為酒仙橋污水處理廠(設(shè)計(jì)規(guī)模為20萬(wàn)m3/d，經(jīng)亮馬河排入壩河)和北小河污水處理廠(設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，經(jīng)北小河排入壩河)，溫榆河下段表現(xiàn)出以城市污水處理廠排水補(bǔ)給為主的河流特征[23]。

排入溫榆河下段的幾個(gè)污水處理廠化學(xué)需氧量及氨氮濃度整體上呈下降趨勢(shì)，但在2014年之前多超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中2項(xiàng)指標(biāo)的Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值，詳見(jiàn)圖8。并且，由于服務(wù)區(qū)域的人口增長(zhǎng)迅速，清河污水處理廠超負(fù)荷運(yùn)行，加上溫榆河上段的來(lái)水濃度較高，上段水質(zhì)逐漸劣于下段，成為下段的污染來(lái)源之一，此段時(shí)間內(nèi)溫榆河下段的污染濃度仍穩(wěn)定持續(xù)在劣Ⅴ類(lèi)水平。

3.3 水質(zhì)進(jìn)一步好轉(zhuǎn)階段分析

2015年4月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，并與北京市簽定考核目標(biāo)責(zé)任書(shū)，2017年北京市政府印發(fā)《北京市進(jìn)一步全面推進(jìn)河長(zhǎng)制工作方案》，將水環(huán)境保護(hù)提升至新的高度，原北京市環(huán)保局啟動(dòng)《北京市水環(huán)境區(qū)域補(bǔ)償水質(zhì)監(jiān)測(cè)辦法(試行)》，通過(guò)經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)姆绞蕉酱俑鲄^(qū)進(jìn)行河道整治。同時(shí)，全市范圍內(nèi)的所有有水河流包干至具體河長(zhǎng)，定期進(jìn)行考核。各污水處理廠加強(qiáng)了升級(jí)改造工程，提高了出水標(biāo)準(zhǔn)，溫榆河主干道實(shí)施河道底泥清淤并加強(qiáng)污水收集和再生水利用管網(wǎng)建設(shè)，使得2016、2017年污染物濃度再次呈明顯下降趨勢(shì)。

偶爾也有批評(píng)的聲音。前不久一位作家的文章被人品頭論足地批評(píng)了一通，也許是話說(shuō)得嚴(yán)厲，又有點(diǎn)刻薄，作家惱羞成怒，立刻反唇相譏、冷嘲熱諷，甚至出言不遜，全然沒(méi)了往日的風(fēng)度。這讓我頗感意外。

圖8 溫榆河下段污水處理廠排水濃度Fig.8 Drainage concentration of sewage treatment plant in the downstreat of the Wenyu River

但是，在水質(zhì)再次好轉(zhuǎn)的情況下，溫榆河的氨氮水平仍然為劣Ⅴ類(lèi)，除了仍有未完成的排污口整治外，非點(diǎn)源影響也是不可忽視的一個(gè)重要因素，根據(jù)荊紅衛(wèi)等2009年的研究結(jié)果[24]，北京市水環(huán)境非點(diǎn)源年負(fù)荷總量為化學(xué)需氧量8.83萬(wàn)t、氨氮1.11萬(wàn)t，分別占水環(huán)境污染總負(fù)荷的46.6%和48.4%。

根據(jù)溫榆河干支河道的4個(gè)自動(dòng)站監(jiān)測(cè)結(jié)果，選擇2017年降雨較多的7月，以氨氮為例進(jìn)行分析，雖然各自動(dòng)站所處地區(qū)降雨時(shí)間略有不同，但是在7月4、6、14、21日(大部分地區(qū)降雨的時(shí)間)，各自動(dòng)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均出現(xiàn)濃度峰值，由于各自動(dòng)站的雨量不同，峰值高低有所不同，下清河站由于平時(shí)氨氮濃度較低，突變更為明顯，進(jìn)一步佐證了降雨沖刷導(dǎo)致非點(diǎn)源污染入河，造成水體污染，詳見(jiàn)圖9。

圖9 雨季(7月)自動(dòng)站氮氨濃度變化Fig.9 The concentration change of NH3-N in automatic station during rainy season(July)

4 結(jié)論

1)1998—2017年，溫榆河水質(zhì)時(shí)空變化較大，時(shí)間上經(jīng)歷了水質(zhì)惡化-水質(zhì)改善-水質(zhì)穩(wěn)定-水質(zhì)進(jìn)一步改善4個(gè)階段，最后一個(gè)階段，污染指標(biāo)凸顯為以氨氮為主；空間上各支流水質(zhì)不斷變化，并不斷影響溫榆河干流水質(zhì)。

2)污水處理廠的建成運(yùn)行、污水處理率的提高，使溫榆河整體水質(zhì)得到改善，北沙河、南沙河、東沙河等支流上仍有直排污口，而且部分直排污水以及污水處理廠排水的濃度達(dá)不到地表水標(biāo)準(zhǔn)，阻礙水質(zhì)進(jìn)一步改善。

建議在溯源的基礎(chǔ)上，加大排污口整治力度，進(jìn)一步擴(kuò)大污水處理廠除氮升級(jí)改造范圍，加強(qiáng)非點(diǎn)源控制研究。