山西境内滹沱河流域水功能区水质变化及成因分析

刘晓霞 芦绮玲 陈柯良

（1.山西财经大学公共管理学院 山西太原030006；2.山西省水利发展中心 山西太原030002）

0 引言

滹沱河是海河水系子牙河的上游支流，是山西省生态修复的“七河”之一。山西境内滹沱河流域面积为18 856 km2，占流域总面积74.9%，流域内行政区域包括忻州市六个县（区）、阳泉市一区两县，以及晋中市、太原市、大同市、朔州市的部分县域，承载着区域经济发展的重要增长极与城镇群，流域内高强度经济活动对地表水环境质量带来严峻挑战。厘清影响水环境质量的主要因子及成因，是解决地表水环境质量与经济发展矛盾的关键。水功能区是基于不同功能定位实行分类保护和管理的水域，是水污染防治和水环境综合治理的基本单元。因此，本文以山西境内滹沱河流域水功能区为研究对象，依据国控水质监测断面2015-2019年的监测数据，分析影响水质主要因子及其变化趋势，进一步结合产业结构特点分析成因。

1 流域水功能区概况

根据全国重要江河湖泊水功能区分类体系和区划结果，山西境内滹沱河流域水功能区有两类一级区，即缓冲区和开发利用区，开发利用区划分为四个二级区，即繁峙饮用、农业用水区，代县农业用水区，原平忻定工业、农业用水区，阳泉饮用水源区。水功能区、名称、国控监测断面、类型和水质目标具体见表1。

表1 山西境内滹沱河流域水功能区划分表

2 数据来源与分析方法

2.1 数据来源

本研究数据来源于山西省水文水资源勘测局和山西省水环境监中心关于2015-2019年滹沱河流域国控断面水质监测数据。

2.2 分析方法

首先，提取水质超标因子。依据各水功能区的水质目标与相应的《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）单因子评价标准，基于滹沱河流域2015-2019年的国控监测断面水质全因子监测数据，提取月度超标单因子。结果表明，六项因子超标，分别为化学需氧量、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮指标。

其次，分析超标单因子变化趋势及特征。由于不同水功能区水质目标差异较大，为揭示超标因子时空分布特征和影响程度，以地表水环境基本项目标准限值为界定标准，逐一分析各水功能区主要超标单因子的变化趋势及特征。六项超标因子的标准限值具体见表2。

表2 地表水环境六项超标因子标准限值 单位：mg/L

3 水功能区水质超标因子特征分析

3.1 滹沱河晋冀缓冲区主要超标因子分析

滹沱河晋冀缓冲区控制河段为鳌头到河北出境50 km 河段，汇流区域包括平定、盂县和阳泉市及郊区，水质目标为Ⅲ类。总氮年均浓度处于4.5~5 mg/L水平，是Ⅴ类水质标准限值的2~4 倍，枯水期个别月份高达7~8 mg/L，严重超标。从年际变化看，尽管2019年总氮指标值较其他年份有所改善，仍是Ⅴ类标准限值的2-2.5 倍，可见，总氮是影响水质的主要指标。COD、CODMn、BOD5指标值除个别月份超过Ⅲ类标准外，基本处于Ⅱ-Ⅲ类水平，从年度变化趋势看，近两年浓度水平呈上升趋势。总磷指标值低于Ⅰ类水质标准值。说明除总氮外，其他指标不是影响水质的主要因子。

3.2 繁峙饮用、农业用水区主要超标因子分析

繁峙饮用、农业用水区控制河段为下茹越水库以上52.5 km 河段，汇流区域为繁峙县，水质目标为Ⅱ类。总氮指标大多数月份超过Ⅱ类标准限值，枯水期个别月份严重超标，浓度高达Ⅴ类标准限值的4 倍以上；COD、CODMn、BOD5指标年度内波动幅度较大，11月到次年3月为Ⅰ-Ⅱ类，5月到7月下降到Ⅲ类，8、9月份有所好转，10月又降为Ⅲ类，呈现出非作物生长期相对偏低、作物生长期相对偏高，主汛期下降、非主汛期上涨的变化趋势。从年际变化看，2019年六项指标处于监测期平均水平。可见，总氮是影响水质的主要因子，有机物污染物次之。

3.3 代县农业用水区主要超标因子分析

代县农业用水区控制河段为下茹越水库坝下到下政化52.5 km 河段，汇流区域包括代县、繁峙县的部分区域，水质目标为Ⅳ类。总氮指标值95%的月份超标，年均水平是Ⅴ类标准限值的3 倍，2019年有所好转，但仍有10 个月超过Ⅴ类标准，是影响水质的主要因子。COD、CODMn、BOD5指标除个别月份为Ⅴ类外，均达到水质目标。氨氮指标年度波动幅度和年际变化均较大，枯水期普遍偏高，个别月份远高于Ⅴ类标准限值，2019年明显好转，全年达标。从年际变化看，2019年各项指标均有明显好转。可见，总氮是影响水质的主要因子，有机物污染和氨氮次之。

3.4 原平忻定工业、农业用水区主要超标因子分析

原平忻定工业、农业用水区控制河段为下政化到南庄的146.5 km 河段，汇流区域包括忻府区、原平市、定襄县三县区，水质目标为Ⅳ类。总氮指标均高于Ⅴ类水质标准限值，即使2019年有所好转，枯水期浓度仍是Ⅴ类水质标准限值的2~2.5 倍，是影响水质的主要因子。COD、CODMn、BOD5指标值2019年全年达标，其他年度个别月份超标，但变化趋势发生本质改变，年内污染物浓度最高的月份由2016-2018年汛期7、8月转变为非作物生长期2月份，说明有机物污染成因出现变化。一方面与水文丰枯年份有关，另一方面反映了农业面源污染降低、随着地表径流进入河道的污染物减少。氨氮、总磷指标逐渐由超标转为正常，且2019年大多数月份达到Ⅱ类水质标准。可见，总氮是影响水质的主要因子，其他指标逐步满足目标要求。

3.5 阳泉饮用水水源区主要超标因子分析

阳泉饮用水水源区控制河段为南庄到鳌头45 km河段，汇流区域为五台县和盂县两县区，水质目标为Ⅲ类。总氮指标值总体水平是Ⅴ类水质标准限值2~3倍，年际变化幅度大，是影响水质的主要指标。氨氮指标满足目标水质要求，但呈现逐年上升趋势，个别月份逼近Ⅲ类标准限值。总磷、COD、CODMn、BOD5指标值均满足水质要求。可见，总氮是影响水质的主要因子，氨氮次之。

4 超标因子的成因分析

水功能区超标因子的分析结果表明，总氮是影响水各类功能区的主要超标因子，有机物污染物和氨氮是农业用水区的次要超标因子。从年度内变化趋势看，总氮指标值与河道内径流量密切相关，汛期随着径流量的增加污染浓度降低，但在枯水期的非作物生长期严重超标，说明排放量相对稳定的污染物是总氮超标的主要原因。在农业用水区，有机物污染浓度呈现出作物生长期增加、汛期达到峰值，进入主汛期后随着径流加大污染物浓度降低的特征，说明农业生产带来的面源污染是影响农业用水区水质的又一成因。

从空间分布看，农业用水区主要集中忻州市，缓冲区和饮用水源区主要集中在阳泉市。以环境统计年报、污染物排放统计数据为基础，结合产业特征，从市域尺度分析超标因子的成因。

4.1 缓冲区和饮用水源区主要超标因子分析

2019年阳泉市一、二、三产业的产值比为1.45∶47.03∶51.52，以非农产业为主，其中，工业生产总值占第二产业生产总值83.6%。但是，环境污染排放物监测统计数据显示，工业废水排放量仅占总排放量的6.27%、化学需氧量和氨氮排放量占比不足1%。可见，随着工业水处理设施的建设和完善，水处理能力逐步提高，同时，主要排污口监测力度的加大，有效降低了工业水体污染物排放水平。说明，总氮超标的成因主要是排放量相对稳定的生活源污水。

4.2 忻州市农业用水区主要超标因子分析

忻州市污染物排放及处理统计数据显示，总氮和废水的排放主体是生活源，分别占比96.59%、91.2%，总体处理水平较低，处理率分别为59.63%、84.42%，是总氮超标的主要成因。忻州市区划内的三个农业用水区，第一产业占总产值为8%~12%，且畜牧养殖和种植业并重，普遍存在化肥施用量高（平均水平超过330 kg/hm2）、畜牧养殖粪便处理系统不完善的问题。化肥、喷洒的农药与杀虫剂、作物形成的腐殖质，以及畜牧养殖废水在汛期随地面径流汇入河道或从土壤中渗沥出汇入河道，是汛期有机物污染偏高的主要原因。总体上，随着减量化施用化肥的引导、规模化养殖和生态养殖的推进，畜禽养殖场粪便处理系统逐步完善，有机物污染水平逐步得到控制。

5 结论

综上所述，得出以下结论：

1）总氮是各水功能区水质变差的主要超标因子，生活源污染物排放和处理水平低是总氮超标的主要成因。

2）有机物污染是农业用水区水质变差的次要因子，种植业化肥施用量高和畜牧养殖业污染排放、以及农药的使用是主要成因。总体上，有机污染物情况逐步改善。代县和忻定农业用水区2019年全部达标，且部分指标明显优于水质目标。