西安市浐灞生态区地表水水质变化特征研究

杨媛媛,佘志鹏,夏梦洁,朱大为

(1.西安浐灞生态区博士后科研工作站，陕西 西安 710024；2.西北大学城市与环境学院，陕西 西安 710127；3.秦岭国家植物园，陕西 西安 710061；4.国网陕西省电力有限公司，陕西 西安 710048)

城市河流与人类的发展密切相关，具有供应水源、防洪排涝、保护生态和美化环境等作用。城市河流水质直接影响着城市的整体风貌和居民的生活质量，是城市经济发展的命脉[1]。随着城市的不断发展，城市建设严重影响了城市水环境，水质不断恶化，为满足人民对美好生活的愿望，需要不断改善水质。西安浐灞生态区位于陕西省西安市东北部，浐灞生态区内有浐河和灞河2条河流，浐河和灞河合称浐灞河流域，作为渭河的主要支流。本研究以浐灞河流域城市段的浐灞生态区为研究对象探索城市建设，对河流水质的影响具有重要意义。

浐灞生态区曾经是西安东部纳污场，每年接纳污水量近7.0×107t，占西安市污水排放总量的1/6。2008年10月，西安浐灞生态区被国家水利部批准列入全国第10、西部首个国家级水生态系统保护与修复项目试点区域。浐灞河流域经历了水系整治与修复、污染治理与污水回用、湿地保护与修复、生态景观和生物工程、雨水利用、生态监测等6大方面的水生态系统保护与修复试点工作。

但是浐灞生态区依然面临着水资源不足，上游污水不断流入等问题，河流水质的改善仍然存在严峻挑战。刑萌等[2]分析了浐灞河硝酸盐污染物的溯源，研究表明，浐灞河下游即浐灞生态区段，硝酸盐含量较高的生活污水及工业废水的贡献比例高达30%以上。杜麦等[3]基于多元统计分析浐灞河水质污染特征，发现浐灞河水体主要受到化学需氧量、总磷、总氮、氨氮、溶解氧和电导率的污染，这些污染物主要来源于城市生活污水和工业废水的排入。本研究通过分析2018—2020年连续3年的河流水质监测结果，研究浐灞河流域浐灞生态区段的水质现状，探讨下一步的重点治理方向。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

浐灞生态区是全国首个以生态命名的开发区，位于西安东北部。浐灞生态区内有浐河和灞河2条河流，合称浐灞河流域，浐灞生态区位于浐灞河流域下游，作为渭河的主要支流。浐灞河流域四季冷暖干湿分明，属暖温带半湿润大陆性季风气候。浐灞生态区用水量占整个流域耗水量的59.1%，但区域河段地表水资源量不足全流域的10%，区域平均年降雨量570mm。浐灞河是西安市东北部重要的城中河，也是美丽西安重要的景观廊道和生态屏障。

1.2 试验方案

本研究采用浐灞生态区生态环境局在2018年1月—2020年12月期间对浐灞生态区内浐灞河流域水体的监测结果进行水质分析。浐灞生态区共有9个监测点位，其中灞河5个，分别为：东城大道监测点、东三环桥监测点、北三环桥监测点和三郎村监测点；瀍河4个，分别为：南绕城监测点、咸宁桥监测点、华清桥监测点和浐入灞监测点。具体监测点位分布如图1所示。

图1 西安浐灞生态区水质监测点位分布示意图

监测期间如无特殊情况每月采样2次，其中2018年10月、2020年2月全月未采样监测，2020年5月下半月、10月下半月和12月下半月未采样监测，因此2018年1月—2020年12月期间共采样测定65次。水质监测指标包括：化学需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)和总磷(TP)。

1.3 样品测定

化学需氧量(COD)采用HJ 828—2017《水质化学需氧量的测定-重铬酸盐法》[4]。氨氮(NH3-N)采用HJ 535—2009《水质氨氮的测定-纳氏试剂分光光度法》[5]进行测量。溶解氧(DO)使用便携式溶解氧仪进行现场测量。总磷(TP)采用GB/T 11893—1989《水质总磷的测定-钼酸铵分光光度法》[6]。

2 结果与分析

2.1 溶解氧和化学需氧量变化特征

浐灞河流域生态区段9个监测点连续3年的水体溶解氧含量变化特征如图2所示。

图2 水体溶解氧含量变化特征

分析发现，2018年1—9月9个监测点的水体溶解氧相比其他时间段偏低，根据GB 38383—2002《地表水环境质量标准》[7]，水体溶解氧含量指标主要满足Ⅱ—Ⅲ类水质要求。从2018年11月开始，9个监测点水体含溶解氧含量提高，满足Ⅰ—Ⅱ类水质要求。综合各监测点结果分析，2018—2020年间水体溶解氧含量满足Ⅲ类水质要求占比97.3%，溶解氧指标控制良好。这主要得益于浐灞生态区段设置了13座橡胶坝。有研究发现，橡胶坝可以提高水体对有机物的降解自净能力，一方面，橡胶坝降低了水流速，使得单位水面的相对复氧效率和水生植物及藻类的光合作用增加。另一方面，水流经过橡胶坝形成的跌水，相当于曝气过程，使水流充分吸收氧气，增加了水体的溶解氧量[8]。

浐灞河流域生态区段9个监测点连续3年的水体化学需氧量变化特征如图3所示。

图3 水体化学需氧量变化特征

分析发现，9个监测点连续3年水体化学需氧量差异大，其中三郎村、秦汉大道和浐入灞监测点水体化学需氧量高，南绕城、咸宁桥和东城大道监测点水体化学需氧量低。化学需氧量是反映水体受污染程度的直接指标，结合图1浐灞生态区水质监测点位分布图可以发现，南绕城、东城大道、咸宁桥监测点位于浐灞河生态区段中上游，三郎村、秦汉大道和浐入灞监测点位于浐灞河生态区段下游，随着河流流经城市段，污染物汇入多，水质在逐渐变差。化学需氧量年际间变化大，2019年河流水体化学需氧量总体高于2018、2020年，其次是2020年。根据地表水环境质量标准，综合各监测点结果分析，2018—2020年间浐灞河水化学需氧量满足Ⅲ类水质要求占比59.3%。相比2004年之前的劣Ⅴ类，浐灞河生态区段水质已有了显著提升，但是对水体化学需氧量的控制还需加强。

化学需氧量是用来表征水中的还原性物质浓度高低的指标，水体中的还原性物质包括各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要是有机物[9]。由于水体有机质含量没有测定，化学需氧量只能侧面反应水体有机质的高低，针对这一情况，建议后续增加水体有机质的测定，为针对性控制浐河和灞河水体污染物提供直接依据。

2.2 氨氮和总磷含量变化特征

浐灞河流域生态区段9个监测点连续3年的水体氨氮含量变化特征如图4所示。

图4 水体氨氮含量变化特征

2018年浐灞河9个监测点中，灞河三郎村、秦汉大道和浐河浐入灞监测点水体氨氮含量高，尤其是灞河三郎村监测点，8—9月水体氨氮含量在6～8mg/L，超标严重；浐河南绕城监测点水体氨氮含量相对较低。2019年灞河三郎村水体氨氮含量显著降低，灞河秦汉大道、浐河浐入灞监测点水体氨氮含量较其他监测点偏高。2020年灞河三郎村、秦汉大道和浐河浐入灞监测点水体氨氮含量相对偏高，浐河南绕城监测点水体氨氮含量相对较低。这与监测点所处河流位置相关，随着河流流经城市段，水体中氨氮含量在增加。文献[2]对浐河和灞河河水硝酸盐氮同位素组成及其空间特征进行了研究，表明河水受污染程度从上游到下游呈增长趋势。除了监测点之间的差异，同一监测点在年内和年际间变化也很大。总体呈现出冬春季水体氨氮含量高于夏秋季，这与河流流量变化关系大，浐灞河在夏秋季迎来汛期[10]，对河流污染物的稀释效果相比冬春季好。根据地表水环境质量标准，综合各监测点结果分析，2018—2020年间浐河和灞河水体氨氮含量满足Ⅲ类水质要求占比70.6%。但仍需加强水体氨氮含量的管控，尤其是冬春季。

浐灞河流域生态区段9个监测点连续3年的水体总磷含量变化特征如图5所示。

图5 水体总磷含量变化特征

分析发现，2018年浐灞河9个监测点中，灞河三郎村、秦汉大道、浐河浐入灞、咸宁桥监测点水体总磷含量高，其中浐河南绕城监测点个别时段总磷含量突增。2019年，灞河秦汉大道、北三环桥、浐河浐入灞、华清桥监测点水体总磷含量高。2020年，浐河4个监测点水体总磷含量高，可见浐河总磷指标劣于灞河。另外，8—9月水体总磷含量都会出现一个峰值，且与监测点位置无关。根据地表水环境质量标准，综合各监测点结果分析，2018—2020年间浐河和灞河总磷含量满足Ⅲ类水质要求占比75.4%。水体中的磷元素是引起水体富营养化最关键的元素[11-12]，浐灞河生态区段连续3年监测数据显示水体总磷含量较高，尤其是8—9月，做好水体富营养化防治依旧关键。

2.3 浐灞生态区地表水水质分析

浐灞河流域生态区段9个监测点连续3年的水体水质变化特征如图6所示。

图6 各监测点水质变化特征

从连续3年浐灞河水质检测结果分析发现，Ⅳ、Ⅴ类水质占比大于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水质，尤其是2019年水质差。9个监测点中，灞河东城大道、东三环桥监测点优于北三环桥、秦汉大道和三郎村监测点；浐入灞监测点水质很差。总体特点是浐灞生态区浐灞河流域上游水质优于下游水质。

以上分析表明，虽然浐灞河流域浐灞生态区段已经摆脱劣Ⅴ类水质，但是Ⅳ—Ⅴ类水质占比较大。因此，下一步应持续加大生态治理力度，改善Ⅳ—Ⅴ类水质，提高Ⅰ—Ⅲ类水质占比，打造生态环境更加优美、人与自然更加和谐的浐灞生态区。

3 结论

通过2018—2020年连续3年监测结果分析可见,浐、灞河地表水水质通过水生态系统保护与修复工作取得了很大改善，已经摆脱劣Ⅴ类水质，但是Ⅳ—Ⅴ类水质占比大于Ⅰ—Ⅲ类，仍需加大管控、进一步改善水质。水体溶解氧指标良好，97.3%符合Ⅲ类水质要求；化学需氧量、氨氮和总磷指标满足Ⅲ类水质要求的占比分别为59.3%、70.6%和75.4%。化学需氧量随着河流流经城市段，含量不断增加。氨氮随着河流流经城市段，含量增加，并且冬春季含量高于夏秋季。总磷与河流是否流经城市段关系不大，但是8—9月是高峰，应高度关注。浐河和灞河水质类型主要取决于水体化学需氧量指标，其次是氨氮和总磷。