海河流域省界断面水体污染物分布及相关性分析

张 俊 ，郭书英 ，孟宪智 ，张世禄 ，郭丽峰 ，许 维 ，郝光玲

（1.海河流域水环境监测中心，300170，天津；2.海河流域水资源保护局，300170，天津）

一、研究背景

海河流域地跨北京、天津、河北、山西、河南、山东、内蒙古和辽宁等8个省（自治区、直辖市），面积约32万km2，包括滦河、海河和徒骇马颊河三个水系，其中，滦河水系包括滦河及冀东沿海诸河；海河水系包括北三河（蓟运河、潮白河、北运河）、永定河、大清河、子牙河、黑龙港及运东地区、漳卫南运河等；徒骇马颊河水系包括徒骇河、马颊河等。

海河流域虽然面积不大，但地跨8个省级行政区，加之河系呈扇形网状分布、京津两市被河北省包围，使得海河流域河流省界断面较多。根据《2016年海河流域水资源公报》数据，海河流域2016年工业废水和城镇生活污水排放总量为55.11亿t，流域内70个省界断面中，有2个断面全年河干。参加水质监测评价的68个省界断面中，全年满足Ⅰ～Ⅲ类水质标准的17个、Ⅳ～Ⅴ类的9个、劣Ⅴ类的42个，占总参与评价省界断面的比例分别为25.0%、13.2%和61.8%；主要超标项目为化学需氧量、氨氮、总磷、总氮。而根据《2016年中国水资源公报》，2016年全国省界断面水质为Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类、劣Ⅴ类的占比分别为67.1%、15.8%和17.1%，主要超标项目为化学需氧量、氨氮、总磷。与全国省界断面水质情况相比，海河流域跨省河流污染情况更为严重，劣Ⅴ类水质的省界断面占比是全国的3.61倍，而Ⅰ～Ⅲ类水质的省界断面占比仅为全国的1/3左右。由此可见，海河流域水环境承载力形势严峻。根据 《中华人民共和国水污染防治法》第二十六条中关于省界水体监测机构职责的要求，对近年海河流域跨省界水体中的主要污染物分布特征开展了分析评价，以期为海河流域水资源保护管理，特别是京津冀协调发展战略下的水资源保护提供重要基础支撑。

二、省界断面概况

以海河流域45条跨省河流的70个省界断面水体为研究对象，地跨北京、天津、河北等7个省（自治区、直辖市），涉及滦河、北三河、永定河等8个河系，具体见表1、表2。70个省界水质监测断面位置分布如图1所示。

三、主要污染物分布情况

本研究收集了海河流域45条跨省河流的70个省界断面2013—2016年月水质监测数据，主要包括化学需氧量、氨氮、总磷、总氮等4种主要污染物。分析了省界水体的污染状况，研究了主要污染物分布规律。

1.化学需氧量

化学需氧量月平均监测数据表明：70个省界断面的化学需氧量浓度处于0～174.8 mg/L之间，最大浓度值超过地表水Ⅲ类质量标准7.74倍。总体上说，海河流域仅11个省界断面的化学需氧量浓度月平均值达到地表水Ⅲ类质量标准要求，占比为15%。太行山山区省界断面的化学需氧量浓度较低，主要涉及河流为浊漳河、漳河、松溪河、拒马河等，而平原地区特别是环京、津省界断面化学需氧量浓度相对偏高，主要涉及河流为北排河、子牙新河、蓟运河、还乡河、漳卫新河等。

图1 海河流域省界水质断面分布图

表1 海河流域省界水质监测断面区域统计表

表2 海河流域省界水质监测断面水系统计表

2.氨氮

氨氮月平均监测数据表明：70个省界断面的氨氮浓度处于0.05～17.99 mg/L之间，最大浓度值超过地表水Ⅲ类质量标准16.99倍。总体上说，海河流域有25个省界断面氨氮浓度月平均值达到地表水Ⅲ类质量标准要求，占比为36%。燕山、太行山山区省界断面的氨氮浓度较低，主要涉及河流为黑河、汤河、白河、唐河、松溪河等，而平原地区特别是环京、津省界断面氨氮浓度相对偏高，主要涉及河流为子牙新河、北京港沟河、北运河等。

3.总磷

总磷月平均监测数据表明：70个省界断面总磷浓度处于0.02～6.22 mg/L之间，最大浓度值超过地表水Ⅲ类质量标准30.1倍。总体上说，海河流域有24个省界断面的总磷浓度月平均值达到地表水Ⅲ类质量标准要求，占比为34%。燕山、太行山山区省界断面的总磷浓度较低，主要涉及河流为松溪河、漳河、棉河、黑河、汤河等，而平原地区特别是环京、津省界断面的总磷浓度相对偏高，主要涉及河流为潮白河、漳卫新河、北运河、北京港沟河等。

4.总氮

总氮月平均监测数据表明：70个省界断面的总氮浓度处于0.85～26.58 mg/L之间，最大浓度值超过地表水Ⅲ类质量标准25.58倍。由于《地表水环境质量标准》未针对河流制定总氮标准，因此采用湖库评价标准。按此标准，海河流域仅有1个省界断面（闪电河中桥）的总氮浓度月平均值达到地表水Ⅲ类质量标准要求，占比仅为1.4%。总体上说，海河北部山区闪电河、二道河、滦河等省界断面总氮浓度相对偏低，而环京、津省界断面以及漳卫南运河沿线省界浓度相对偏高，主要涉及河流为子牙新河、北运河、潮白河、漳卫新河等。

四、污染特征分析

主要污染物分布分析结果表明，京津冀交汇区 （廊坊市北三县周边）以及漳卫南运河沿线省界水体质量相对较差，主要涉及河流为漳卫新河、子牙新河、北排河、北京港沟河、北运河、蓟运河等。导致这一现象的主要原因是该区域河流沿线人口相对密集，工业、农业污水排放量较大，虽然近年对小作坊开展了违法排污治理，但水质仍然相对较差。北部燕山及西部太行山山区省界水体水质相对较好，主要包括漳河、松溪河、白河、潮河、闪电河等河流。主要原因是该区域人口密度低，工业企业分布及农作物种植均较少，水体受污染程度低。从具体水质指标上看，化学需氧量、氨氮、总磷、总氮4个主要污染指标在省界断面的月均最大值分别为174.8 mg/L、17.99mg/L、6.22mg/L、26.58mg/L，均超过《地表水环境质量标准》Ⅴ类水标准的上限值。从省界水体水质达标情况看，采用湖库评价标准，海河流域仅1个省界断面 （闪电河中桥）的总氮浓度月平均值达到Ⅲ类水标准要求，占所有省界断面的1.4%；化学需氧量、氨氮、总磷达到Ⅲ类水质标准的断面数量分别仅占15%、36%、34%。污染特征分析结果表明，海河流域省界水体环境质量问题比较严峻，与最严格水资源管理制度要求还有很大距离，需要进一步提高水体质量。

图2 总氮与氨氮相关性

图3 总氮与总磷相关性

图4 总氮与化学需氧量相关性

五、污染物相关性分析

海河流域省界水体主要污染物总氮、氨氮、总磷、化学需氧量浓度分布图表明：不同水体主要污染物分布之间有一定的相关性，以上4种污染物的浓度在京津冀交汇区以及漳卫南运河沿线较高，在燕山、太行山山区省界断面较低。以总氮作为参照因子，分析了70个省界断面氨氮、总磷、化学需氧量浓度与总氮浓度的关系，如图2～图4所示。结果表明：作为总氮的重要贡献源，氨氮与总氮的相关性相对较好，R2达0.730，特别是氨氮浓度较高时，氨氮浓度与总氮浓度表现出的相关性更为明显。该结果与张琴等的研究结果一致。总磷浓度与总氮浓度也有一定的相关性，R2为0.630。氮、磷元素作为生物地球化学循环中物质流的基础，是河流污染物排放总量控制的主要对象，两者均主要通过地表径流及生产、生活废水等途径流入地表水体，这也是两者具有一定相关性的主要原因。但是，化学需氧量浓度与总氮浓度相关性不太明显。海河流域几乎所有省界断面的总氮浓度均超标，而化学需氧量浓度的变化范围较大。

六、结 论

对海河流域省界断面水体主要污染物分布特征及相关性分析的结果表明：①海河流域省界水体质量总体较差，几乎所有省界断面的总氮浓度均超过Ⅲ类水质标准，省界断面化学需氧量、氨氮、总磷浓度超过Ⅲ类水质标准的比例达85%、64%、66%。②海河流域省界水体质量在京津冀交汇区（廊坊市北三县周边）以及漳卫南运河沿线相对较差，在北部燕山及西部太行山山区相对较好。③对海河流域省界水体主要污染物相关性分析结果表明，总氮与氨氮相关性最大，特别是高浓度范围相关性更好；总氮与总磷在整体趋势上也有一定相关性；总氮与化学需氧量的相关性不明显。■