張向宇 ,裴曉婕 ,陳新永 ,朱 靜

(1.河北云譜檢測技術有限公司,河北 石家莊 050070;2.河北環(huán)境工程學院,河北 秦皇島 066102)

地表水環(huán)境質量關系著整個水生態(tài)的健康,地表水質現狀研究是全球重點關注的環(huán)境科學問題之一[1-3]。隨著環(huán)渤海區(qū)域經濟速發(fā)展,入海河流水質問題突出,海洋的生態(tài)環(huán)境壓力不斷增大。入海河流的污染物輸送是海洋污染物的重要來源,是影響水質改善和富營養(yǎng)化的重要因素[4]。秦皇島市的7 條主要河流是沿岸工業(yè)、農業(yè)、生活等污染物承載體,對秦皇島近岸海域水環(huán)境有十分重要的影響。

2023 年3 月,秦皇島市召開入海河流綜合治理攻堅動員會議。會議指出,要綜合施策、重點突破,深入推進入海河流綜合治理,徹底破解制約總氮削減和管控的瓶頸問題,確保主要入海河流水質穩(wěn)定達標。要推動末端治理向源頭管控轉變,深入開展“清河”行動和河湖“四亂”清理整治,加大河道日常保潔力度,讓每一米河道都有人管理。要推動應急處置向超前干預轉變,完善地表水水質監(jiān)測預警機制,加強入河入海排污口監(jiān)管,嚴厲打擊偷排偷放等環(huán)境違法行為。

加強秦皇島河流的水環(huán)境治理,保障水環(huán)境容量安全,是秦皇島市可持續(xù)發(fā)展的前提和基礎。明確影響秦皇島市河流水質的主要污染物,分析河流水質污染現狀和變化趨勢,對海域污治理和生態(tài)環(huán)境保護具有重要的指導意義。本研究對秦皇島市7 條主要河流2021—2022 年水質污染狀況年、月及季節(jié)變化特征進行分析,并對比不同監(jiān)測斷面間水質差異,以期為評價秦皇島市流域水質狀況、識別流域污染主要原因提供參考,并為進一步制定該市水資源保護和管理措施提供科學依據[5]。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

秦皇島市位于河北省東北部,東北接遼寧省綏中縣,西北臨承德市,西靠唐山市的灤縣、遷安,南臨渤海,地處環(huán)渤海地區(qū)中段。轄海港、北戴河、山海關、撫寧4 個區(qū)和昌黎、盧龍、青龍滿族自治縣3 個縣及秦皇島經濟技術開發(fā)區(qū)、北戴河新區(qū),陸域面積7 802 km2[6-8]。秦皇島市分屬灤河水系及冀東沿海水系。灤河水系主要為灤河,青龍河是灤河的較大支流,冀東沿海水系主要入海河流有灤河(青龍河)、七里海、飲馬河、東沙河、人造河、洋河、戴河、新河、湯河、新開河、排洪河、沙河、石河等13 條河流,其中國控監(jiān)測斷面7 個,省控監(jiān)測斷面18 個。秦皇島市屬大陸性季風氣候,一年四季分明。因毗鄰海洋,受海洋影響較大,氣候比較溫和,春季少雨干燥,夏季溫熱無酷暑,秋季涼爽多晴天,冬季漫長無嚴寒。多年平均氣溫為11.9 ℃,最高氣溫為40.2 ℃,最低氣溫為-21.0 ℃。年平均降水為555.5 mm,降水季節(jié)分布不均,多集中在夏季,6 月—8 月降水量可達全年降水總量的70%～80%。2022 年,秦皇島市地區(qū)生產總值1 909.52 億元,按不變價格計算,比上年增長3.5%。分產業(yè)看,第一產業(yè)增加值252.17億元,增長3.8%;第二產業(yè)增加值681.45 億元,增長5.3%;第三產業(yè)增加值975.90 億元,增長2.2%[9]。

1.2 數據來源與研究方法

本研究基于秦皇島市主要河流2021—2022年水環(huán)境質量逐月采樣監(jiān)測數據,數據來源于手動監(jiān)測結果,水環(huán)境功能區(qū)劃基于《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)。各監(jiān)測斷面具體信息見表1,選擇溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(CODMn)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)及總氮(TN)等5 項監(jiān)測指標進行數據分析。通過對2021—2022 年該流域水質數據月變化、季度變化及及監(jiān)測斷面間對比研究,分析水質不同時間的變化規(guī)律,并對不同監(jiān)測斷面的污染物年平均值進行對比,分析水質空間變化規(guī)律。

表1 秦皇島地表徑流監(jiān)測斷面具體信息

2 結論與分析

2.1 水質總體情況

本研究選取秦皇島市的7 條主要河流有洋河、石河、湯河、戴河、飲馬河、新開河和青龍河作為監(jiān)測對象,該流域均為季節(jié)性河流,除田莊子斷面外,其余6 個監(jiān)測斷面均位于河口處。青龍河流域的桃林口水庫、洋河流域的洋河水庫和石河流域的石河水庫,均為秦皇島市城市用水的主要水源地。

表2 為2021—2022 年秦皇島市國控斷面主要指標監(jiān)測結果匯總,由表2 可知,除總氮指標外秦皇島市7 個國控斷面監(jiān)測斷面基本滿足Ⅲ類水體要求,新開河口2021 年高錳酸鉀指數和2022年飲馬河口的總磷值比較接近標準值,各監(jiān)測斷面2021—2022 年總氮年均值明顯高于Ⅲ類水體標準值,2022 年部分斷面均值均超出兩倍以上,說明總氮為各流域的主要污染物。

表2 2021—2022 年秦皇島市國控斷面主要指標監(jiān)測結果匯總 mg/L

2.2 秦皇島主要河流水體理化性質分析

對秦皇島市7 個國控斷面水體的理化性質進行對比研究,相關數據如圖1 所示。從圖中可知,秦皇島市主要河流水溫主要集中于12.48～19.57 ℃之間,新開河口水溫年均值較高可達19.57 ℃,相對其他監(jiān)測斷面水溫較高。水溫對水的許多物理性質和化學性質均有影響。

圖1 2022 年秦皇島市主要流域監(jiān)測斷面水體特性

溶解氧是衡量水體生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的重要指標之一,其含量的高低對水生生物、水環(huán)境、水體化學特性等方面都有著明顯的影響。溶解氧含量越高,有機物分解就越快,水體自凈能力就越強。7 個國控斷面水體的溶解氧處于7.13～12.93 mg/L 范圍內,均符合II 類水質要求。溫度越低,水體中溶解氧含量越高。在冬季,水溫低,水體中溶解氧含量通常比夏季高。夏季溫度升高,水體中溶解氧含量可能降低,因為水體中的生物活動增加,導致氧氣消耗增加。新開河口溶解氧含量較低,與其水溫較高有直接關系。由此可知,溫度越高,平均溶解氧含量越低。

除新開河口監(jiān)測斷面外,秦皇島市河流國控斷面年均pH 值均在8 左右,為弱堿性,新開河口斷面pH 年均值為6.43,呈偏酸性。新開河口斷面pH 值呈偏酸性的主要原因是:新開河上游生態(tài)來水極少,主要是秦皇島發(fā)電有限公司和秦皇島秦熱發(fā)電有限公司的循環(huán)冷卻水(海水),由于電廠脫硫廢水呈酸性,且水溫較高,加之海水倒灌,其排放廢水溶解氧濃度和pH 值較低,造成河水水質不穩(wěn)定。

2.3 秦皇島主要河流水質月變化特征分析

圖2(a～e)為2022 年秦皇島市主要河流7 個國控斷面污染物隨月份變化的水質監(jiān)測數據,由圖2 可知,氨氮、總磷、總氮、高錳酸鹽指數、溶解氧的含量整體隨月份變化趨勢不大,各監(jiān)測斷面的指標基本滿足地表水功能區(qū)劃中Ⅲ類水質標準。氨氮含量在2 月、10 月份出現峰值,整體在6月—8 月份含量偏高,主要原因是水中的氨氮可以在氧氣充足的情況下被氧化為亞硝酸鹽和硝酸鹽,在6 月—8 月份,水中溫度偏高,溶解氧含量不足不能夠發(fā)生這個轉化,這個轉化無法進行造成氨氮含量過高。從總磷含量看,除飲馬河口在8 月—10 月份相對較高外,其他河口總磷含量隨月份變化相差不大,分析可知,可能與集水區(qū)人類日?；顒佑嘘P。從總氮含量看,總氮在5 月—7月份對河口影響最小,初步考慮到的主要原因是水體中富營養(yǎng)化物質的蓄積引起的。銨鹽、尿素等氮源在水中要通過生物轉化才能被植物利用。如果水中富營養(yǎng)化物質較多,會對水生植物的生長產生控制作用,使水體總氮含量偏低。從高錳酸鹽指數看,田莊子的水質隨月份變化趨勢最小,水質狀況最好,飲馬河口隨月份變化趨勢最為明顯,并且在4 月、9 月份出現了峰值,主要原因是飲馬河口附近工廠污水排放量高。其他斷面變化趨勢基本一致,說明排放污染物的來源可能是類似的。對于DO 的濃度,DO 濃度整體的變化趨勢是隨月份的變化先升高再降低再升高。在自然狀況下,空氣中的含氧量變動不大,故影響DO 的主要因素是溫度,在冬季溫度降低,夏季溫度升高,水溫愈低,水中溶解氧的含量愈高。DO 的含量變化符合自然狀態(tài)下的變化規(guī)律。綜上所述,大部分水質因子濃度有明顯的月份變化特征,不同月份對水質的影響呈現不同的效果。

圖2 2022 年秦皇島市主要流域監(jiān)測斷面污染物濃度月變化

2.4 秦皇島主要河流水質季節(jié)變化特征分析

水質季節(jié)變化選取季度均值作為研究對象,從圖3(a～e)中可以看出,污染物濃度均隨季節(jié)呈現明顯的變化趨勢,且變化趨勢各不相同。具體來看,高錳酸鹽指數在第二、三季度值高于第一、四季度,氨氮值在第三季度出現峰值,在第四季度出現低值?？赡茉蚴堑谌径绒r業(yè)活動頻繁,施用大量有機化肥、農藥導致濃度較高。第四季度溫度較低,微生物活性降低,對含氮有機物降解速率較慢。總磷的濃度第三季度＞第四季度＞第二季度＞第一季度。總氮第一、四季度高于第二、三季度值與高錳酸鹽指數呈相反的趨勢,溶解氧DO 在第一、四季度的值明顯高于第二、三季度與氧在水中的溶解度隨溫度變化的趨勢一致,說明其含量主要取決于大氣中氧的溶解。通過以上分析可知,季度變化導致污染物的濃度不同的主要原因是溫度、降水量、農業(yè)活動。

圖3 2022 年秦皇島主要流域監(jiān)測斷污染物濃度季度變化

2.5 秦皇島主要河流水質時空變化

根據2021—2022 年的水質檢測數據,選取7個重點監(jiān)測斷面進行水質空間變化分析,依次為石河口斷面、新開河口斷面、湯河口斷面、戴河口斷面、洋河口斷面、飲馬河口斷面、田莊子斷面。

圖4(a～d)為2021—2022 年秦皇島市主要河流監(jiān)測斷面(a)高錳酸鹽指數、(b)氨氮、(c)總磷、(d)總氮年均值,由圖4 可知,各污染物在不同監(jiān)測點存在明顯的空間分布差異,相對于其他監(jiān)測斷面,田莊子呈現明顯較好的的水質狀況。對比2021 年及2022 年數據發(fā)現,各個斷面間的相對變化趨勢變化不大。從高錳酸鹽指數看,除田莊子污染指數較低外,其余斷面數據相差不大,呈現較均勻的空間分布特征,這可能是水中有機污染物的主要來源相似,均為城鎮(zhèn)污水處理廠排污所引起的,其中飲馬河口相對污水排放量較大,與其高錳酸鹽指數呈現數值相符。從氨氮指數看,新開河口和飲馬河口數值較高,呈現明顯的空間分布差異,這與水體的溶解氧含量呈明顯的負向相關,對比總氮污染指數可以發(fā)現,新開河口氨氮較高,但總氮值不高,說明其氨氮展示的高數值與其理化性質有直接關系,而飲馬河口的總氮與氨氮值均較高,說明其污染主要來自城鎮(zhèn)污水廠的排放。從總磷指數看,各個斷面呈現出較為明顯的空間分布差異,其中飲馬河口的總磷指標相對其他對面較高,除田莊子外,其他監(jiān)測斷面的總磷含量相差不大,進一步說明,總磷數值主要取決于該斷面生態(tài)排水的水質情況?？傮w來看,田莊子斷面水質狀態(tài)較好,與其所處位置及相關職能部門的監(jiān)管密切相關。飲馬河口、新開河口水質相對較差,污染物主要以高錳酸鹽指數、氨氮為主,主要與其周邊排放水質特點相關。

圖4 2021—2022 年秦皇島主要河流監(jiān)測斷面污染物濃度年均值

3 結論

通過研究水質的時空變化特征發(fā)現:

(1)各監(jiān)測指標隨季節(jié)、月份的變化顯著,理化性質呈現較為明顯的月變化及季節(jié)變化趨勢,春季、秋季污染相對較高,夏季、冬季污染相對較低。

(2)由于地理位置和周邊環(huán)境的優(yōu)勢,田莊子水質最好。石河口、洋河口、戴河口的污染物狀況相對較好,而飲馬河口、新開河口、污染狀況相對較惡劣。污染物主要以高錳酸鹽指數、氨氮為主,主要由于其排水特點及水體理化性質相關。

(3)綜上所述,秦皇島主要河流國控斷面,水質整體較好,符合Ⅲ類水體要求,主要污染物為總氮,水質呈現明顯的時間和空間變化規(guī)律。