黄河流域包头段西河水环境调查分析

于秋颖，郝再禹，高 冰

(1.内蒙古自治区环境监测总站包头分站，内蒙古包头 014060；2.中央民族大学生命与环境科学学院；3.包头医学院)

在人们的生活环境中，水环境是其中很重要的内容，保障人们日常生产生活。水环境生态综合治理不仅保障着人们健康生活，还要确保水资源的可持续发展。城市河道是与自然环境中的河流相互连接沟通的，一旦破坏城市河道水环境，就会影响区域整体生态环境平衡[1]。城市河道作为城市居民用水的重要来源，在城市发展建设过程中发挥了举足轻重的作用。所以要做好水环境的保护，优化河道治理，加大对水环境的保护和管理力度，减少污水排放，对河道进行整治，从而建设一个良好的水环境生态系统，对人们生活质量的提高具有重要意义[2]。

包头地处中国华北地区、内蒙古中部、南濒黄河，阴山山脉横贯城市中部，是国家生态安全的重要屏障。黄河流域包头段有4条支流，分别为昆河、四道沙河、西河和东河。这4条支流在包头境内依次汇合汇入黄河，其下游磴口是包头市的主要饮用水源地。为了解黄河流域包头段水质情况，对包头支流水环境监测结果进行分析和预测，为水污染治理与水环境保护提供数据。其中西河是黄河干流包头段的主要支流，属于季节性河流，雨季泄洪，平时作为城市排污河。尾闾工程排口也经此入黄河，接纳全市重点工业与生活污染源90 %的废水，日排水量30余万吨。城市流域水环境综合治理工作是城市发展建设中的关键，对城市居民的生活和健康产生重要影响，坚持“注重源头控制、污水集中处理、强化监控手段、加强应急响应系统建设”原则[3]，做好水环境的保护和河道优化治理工作。本文就2015-2020年黄河包头段水环境质量现状进行评估，为包头市水源地提出合理的有效风险防范措施提供理论依据。

1 资料与方法

本研究以黄河包头段为研究区域，收集整理研究区内2015-2020年监测数据，进行水环境质量现状评价，初步筛选水质主要污染指标，为风险防范措施提供技术支撑；对主要污染指标进行分析和年度对比，以及对各断面综合指标评价，同时构建风险评价模型，提出措施建议。利用风险预测模型对2021-2025年研究区进行综合指标水环境风险评价和预测，根据水环境质量现状评价和时空变化规律分析，提出合理的水源地风险防范措施。开展黄河包头主要支流的监测，对水源地周边产业布局、植被保护、安全调查评价、水质监测及应急预案等方面提出具体措施，从源头上控制污染总量。

1.1数据来源 收集2015-2020年《包头市环境统计年报》和《包头市生态环境质量报告书》数据资料，监测项目主要包括氨氮、总磷、氟化物、化学需氧量及生化需氧量等。

1.2检测方法 现场采集水样按照《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T91-2002)中的标准进行检测。水中氨氮的测定按照《水质氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》(HJ 535-2009)。五日生化需氧量按照《水质五日生化需氧量(BOD5)的测定 稀释与接种法》(HJ 505-2009)。总磷按照《水质总磷的测定 钼酸铵分光光度法》(GB 11893-89)。

1.3水质评价 按照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中水质标准评价，同时执行《地表水评价办法(试行)》。

1.4数据分析方法 用Excel建立数据库，使用SPSS 20.0软件进行统计，检验水准α=0.05。以2015年为基准年，采用秩相关系数法对2015-2020年支流河道主要污染物氨氮、化学需氧量、生化需氧量的变化趋势进行分析。预测模式采用“灰色模式”预测方法GM(1，1)模式，对西河水中生化需氧量、氨氮和总磷浓度进行预测，建模如下。

对于给定的原始数据列(设为n个)：

[X(0)(t)]〗=[X(0)(1),X(0)(2),…X(0)(n)]

[X(1)(t)]〗=[X(1)(1),X(1)(2),…X(1)(n)]

建立微分方程：

用最小二乘法求解两个对数a、u便有

其中B为累加生成矩阵，Yn为原始列向量，由原始数据列中去掉第一个数据构成：

得预测模式为：

Yn=[X(0)(2),X(0)(3),…X(0)(n)]T

求原序列的方差：

求残差的方差：

计算方差比C和小误差概率P：

表1 预测精度等级检验表

2 结果

2.12020年西河水质监测结果及现状评价 2020年，按照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准评价，西河主要污染物为氟化物、氨氮和生化需氧量，各月均为劣Ⅴ类水质，水质状况为重度污染，粪大肠菌群为Ⅱ，年均值超标污染物见表2。

2.2西河主要污染物年度对比分析 2020年西河水质与2015年对比无明显变化，氟化物升高107.6 %，氨氮、生化需氧量分别下降89.6 %、78.9 %；2020年西河与2019年对比，氟化物、氨氮、生化需氧量分别下降7.2 %、 56.7 %、 37.7 %。

表2 2020年西河道水质状况统计表

2.3黄河包头段3条主要支流河道时空变化规律分析 对2015-2020年包头昆河、东河与西河3条支流河道时空变化规律分析，其中西河氨氮、化学需氧量、生化需氧量变化趋势没有显著意义，主要污染物趋势检验统计结果见表3。

表3 2015-2020年支流河道主要污染物趋势检验统计表

2.4黄河包头段主要支流西河水质预测分析 基于西河入黄口2015-2020年监测数据，对模型参数进行验证，结果表明西河生化需氧量、氨氮和总磷精度检验均合格，可以使用灰色模式预测，C值见表4。

表4 西河生化需氧量、氨氮和总磷浓度C值

应用构建的水质模型，与2020年相比，预计2025年西河生化需氧量浓度下降72.1 %，氨氮浓度下降66.9 %，总磷浓度持平。“十四五”期间，西河主要污染物生化需氧量在2.4～6.2 mg/L，氨氮在0.90～2.90 mg/L、总磷在0.27～0.54 mg/L。西河生化需氧量、氨氮和总磷年度预测结果见表5。

表5 西河生化需氧量、氨氮和总磷年度预测值(mg/L)

3 讨论

人们环保意识随着经济社会的发展越来越强烈，对城市水源地水质安全要求越高[4]。加强集中式饮用水源地保护力度，要加大水污染防治工程建设资金投入，多部门配合，通过重点工程的实施，加强生态环境监管力度，打赢碧水保卫战,使黄河支流河道水质能有明显改善，保护饮用水源地，确保全市人民的饮水安全。

3.1“十四五”期间西河整改工作 “十四五”期间，通过19个改善西河水质的重点工程全面实施，主要包括尾闾管线纳管企业整改、中水回用工程建设、上游来水截污改造以及西河生态治理工程建设等四部分内容，处理后的水质达到地表水Ⅴ类标准要求。采用“灰色模式”预测方法GM(1，1))模式，对西河入黄口中主要污染物生化需氧量、氨氮和总磷浓度进行预测，“十四五”末，生化需氧量、氨氮两项指标将达到Ⅲ类标准及以上，总磷保持在Ⅳ标准。将实现西河水环境质量的明显改善，提升水生态环境安全保障水平，确保黄河磴口饮用水源地安全。

3.2实施河道整治与生态修复工程 针对城市供水系统的实际情况与地表水监测相结合，构建完善的水源地地下水监测体系，加强对城市水源地地下水监测体系的构建；选取适当区域，设置水源地地下水监测点，增强对地下水污染的预警能力，强化对地下水水质的动态监测分析；对城市水源地受污染区域做好重点监测，严密监测地下水水质变化；根据地表水水质变化，做好地下水水质的协同监测；加强对城市水源地地下水保护区域的规划，在保护区域内严禁工业和生活用水排放，有效降低水源地发生污染事件的概率；全面了解城市水源地地表水与地下水水质的变化特征，为做好水源地污染防治提供参考[5]。

深入落实河长办工作机制，依照《包头市河湖长巡河巡湖制度(修订版)》(市河长办[2020]17号)工作要求，扎实落实各级河湖长巡河工作机制，巡河、巡湖坚持问题导向、水岸同抓、标本兼治，协调解决河湖管理保护重大问题，突出对昆河、四道沙河、西河、东河等重点河流国家、省级控制断面水质的巡查保障。

3.3实施水环境精细化管理工程 城市水源地地下水污染的防治重点应该集中在污染物的防治上[6]。要做好城市供水系统的科学设计，做好工业废水和生活污水的处理后排放，固体废弃物的处理与填埋应当远离城市水源地保护区，并做好防渗漏措施。在农业生产中，应当推行科学合力的化肥和农药使用技术，结合高效灌溉技术，减少化肥和农药通过地表水渗透到地下水的总量；工业废水应当集中处理，更新处理设施，采用先进的处理工艺，加强对废水排放的检测，确保处理达标后排放[7]。

以水生态环境质量为核心，统筹水资源利用、水生态保护和水环境治理，加强水环境协同管理[8]。全面加强城市取水、水域及其岸线、市政管网纳污、河道排污口、工业排污的全过程协同管理，各主管部门各司其职、主动对接，严格管理、强化执法，促进形成更加高效的监管链条。

3.4实施饮用水安全保障工程 城市管理者应该在城市污水治理中加强水源地保护区域周围污水截排系统的建设，加强对城市和乡村污水集中收集装置的完善，广泛建设污水处理设施，实现对城市和乡村生活废水的集中处置和安全排放[9]。同时，大力开展地表水生态恢复工程，在城市工业区、生活区与水源地之间构筑缓冲地带，加大建设湿地公园等设施，做好对城市水源地的周边治理，减少污染物对水源地的影响，防止造成二次污染[10]。(1)提高源头管控水平：进一步建立完善全市饮水工程(集中式水源地)选址建设，饮用水水源保护划定，规范化建设全流程管理机制，促进饮用水水源、保护区划定同时规划、同步启动、同时完工，提高源头管控水平。(2)开展饮用水水源地定期监测和调查评估：巩固城市及“万人千吨”农村水源地规范化治理成果，延伸推进农村饮用水源地规范化建设，持续开展远郊旗县区集中式饮用水源地定期监测、调查评估和环境问题整治。(3)强化信息化建设：启动实施流域污染防治智慧监管平台，以信息平台为载体实现高效化、智能化管理。完善旗县级以上水源地数据库，提高城镇、乡镇农村饮用水水源地管理水平。

本研究通过主成分分析筛选风险评价指标，构建风险评估模型对黄河包头段支流进行水环境风险评价，评估水体污染程度及解析污染源，取得了很好的效果，且与实际情况吻合，为水环境风险评价指标筛选与风险评价提供了一种新的研究思路，对水环境治理和饮用水水源地保护工作具有重要现实意义。水源地的保护关系着附近人民群众的日常生活和身体健康，水源地大多流经城镇，沿途排入的点污染源和农村面源是影响水质的主要因素，各地应按照所辖范围内水功能区目标水质，结合本地的实际制定相应的措施，加强污染源控制，关注突发性水污染事件，强化水质实时监测，做好水资源保护工作，保障饮用水功能区的可持续利用。