河南省安阳市汤河水环境质量变化趋势分析及治理对策研究

丁金杰，杨志轩，赵海丽，唐 敏，胡岩江

(1.河南省安阳生态环境监测中心，河南 安阳 455000；2.安阳市生态环境局，河南 安阳 455000 )

前 言

水环境作为影响社会和经济发展的基本要素，其承载力及状态对区域发展起着至关重要的作用[1-2]。安阳市既是一个典型的工业城市又是一个资源型缺水城市，全市亩均水资源占有量351m3，为全国平均水平的1/5，人均水资源占有量245m3，仅为全国平均水平的1/10[3-4]，水环境压力较大。安阳市共有主要河流11条，按照平均综合污染指数进行综合评价，2020年汤河综合排名为第10名，且第二次污染源普查结果显示汤河是安阳市的主要污染河流之一，尤其是汤河汤阴县段工业源污染物排放的总磷、化学需氧量、总氮、氨氮入卫河量占总工业源入卫河量的比例均超过50%[5-6]，对安阳市整体水环境质量影响较大，因此对汤河水环境质量进行全面深入的分析，并提出有针对性的治理对策具有迫切性和现实意义。

本文依据2012至2020年汤河水质监测数据，结合第二次全国污染源普查数据计算汤河水环境承载力指数，运用单因子评价、平均综合污染指数、秩相关系数等方法对汤河水环境质量变化趋势、水环境承载力状态、主要污染因子及入汤河的工业废水特征、主要污染物及水质变化趋势进行系统分析，为进一步加强区域精准治污，建立汤河水环境承载力监测预警长效机制提供技术服务和指导。

1 概况及研究方法

1.1 研究地区概况

汤河起源于河南省鹤壁市牟山山麓，向东流贯安阳市汤阴县域，于汤阴县任固镇东南注入卫河，河流具体位置详见图1。汤河全长69.2km，其中汤阴县域内河段长51.2km，总流域面积1190km2[7-8]；其中汤阴县内的永通河为汤河最主要的分支，为汤阴县纳污河且季节性明显，通常年份冬春干旱，夏季洪水季节流量增大；汤河流域属温带大陆性气候区，多年平均气温13.50℃。多年平均降雨量594.80 mm，降水年内分布极不均匀，多集中在6～8月份，占全年降雨量的63.50%，且年际变化大，具有连续干旱与连续丰水的特点[9]。

图1 河南省汤河地理位置分布图Fig.1 Geographical distribution map of Tanghe river in Henan Province

1.2 数据来源及评价因子

文章以2012～2020年安阳市地表水手工监测数据及2017年453家安阳市第二次全国污染源普查排污企业的普查数据为依据。水质评价因子为《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项。

表1 安阳市河流断面布设分布表Tab.1 Layout and distribution of river sections in Anyang city

1.3 评价断面

选取汤河北庄、汤河水库、汤河石辛庄3个断面开展汤河水质及趋势分析；选取24个断面开展安阳市河流水环境质量评价，断面布设详见表1。其中除金堤河(大韩桥断面)属于黄河流域，其余河流均汇入卫河属海河流域，安阳市入卫河的地表水河流监测断面分布情况见图2。

图2 安阳市主要河流及监测断面分布简图Fig.2 Distribution diagram of main rivers and monitoring sections in Anyang city

1.4 水质评价方法

1.4.1 单项因子评价

按照《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)对参与评价的因子进行类别评价，同一因子不同类别标准值相同时，从优不从劣[10]。

1.4.2 综合评价

采用河流平均综合污染指数进行综合评价，平均综合污染指数主要用于同一评价范围内不同时段的环境质量整体变化趋势分析，或同一评价时段内同级评价范围之间的环境质量状况(或污染程度)的比较。指数数值越大，表示污染程度越严重，环境质量较差；反之指数数值越小，表示污染程度较轻，环境质量较好[11-12]。计算方法见公式(1)。

(1)

公式中：

P-区域(或河流)平均综合污染指数；

Pj-第j个断面的平均综合污染指数；

Pi-第i个因子的污染指数；

Ci-第i个因子的年平均浓度值；

Si-第i个因子的评价标准值；

m-区域内的监测断面数；

n-评价因子数。

1.4.3 趋势分析

采用Daniel的Spearman秩相关系数法[13-14]对安阳市地表水污染物变化趋势进行分析检验，计算方法见公式(2)。秩相关系数rs的正负分别表示污染的增长和下降，其绝对值的大小表示变化的强度。将秩相关系数rs的绝对值同Spearman秩相关系数统计表中的临界值Wp(当显著性水平为0.05，N=5时，Wp=0.9；N=9时，Wp=0.6)进行比较。如果当∣rs∣≥Wp则表明变化趋势有显著意义，反之无显著意义。

(2)

公式中：

rs-秩相关系数；

N-时间周期总数；

Xi-污染物从小到大排列的序号；

Yi-按时间顺序排列的序号；

di-变量Xi和变量Yi的差值。

1.4.4 承载力指数计算

水环境承载力评价指标体系包括水质时间达标率和水质空间达标率两个评价指标，反映评价区域内水质在时间和空间尺度上的达标情况。参照2020年10月，生态环境部印发的《关于开展水环境承载力评价工作的通知》(环办水体函〔2020〕538号)中的《水环境承载力评价方法(试行)》，开展安阳市水环境承载能力现状评价。

(1)水质时间达标率(A1)定义：反映评价区域内水质在时间尺度上的达标情况，是所有断面(点位)水质时间达标率的算术平均值。断面(点位)水质时间达标率指在一年内不同时期水质达标次数占总监测次数的百分比。

(2)水质空间达标率(A2)定义：反映评价区域内水质在空间尺度上的达标情况，指区域内年度达标断面(点位)个数占断面(点位)总个数的百分比。

(3)水环境承载力指数(Rc)的计算方法见公式(3)。

(3)

公式中：A1：水质时间达标率；A2：水质空间达标率。

水环境承载力指数越大，表明区域水环境系统对社会经济系统支持能力越强。根据评价区域水环境承载力指数大小，将评价结果划分为超载、临界超载、未超载三种类型。当Rc<70时，判定该区域为超载状态；当70≤Rc<90时，判定该区域为临界超载状态；当Rc≥90时，判定该区域为未超载状态[15]。

2 结果与讨论

2.1 汤河水环境质量现状

2.1.1 水质综合评价

2020年，汤河水质类别符合Ⅳ类，水质状况为轻度污染；北庄、汤河水库、石辛庄3个断面水质类别分别符合Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类，水质状况分别为良好、轻度污染、中度污染。平均综合污染指数为0.379，在安阳市11条河流水质综合评价中水质仅好于硝河，为第10名。详见图3。

图3 2020年安阳市地表水河流水质状况图Fig.3 Water quality chart of surface rivers in Anyang city in 2020

2.1.2 主要污染因子评价

以《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类标准评判，2020年汤河21项因子的年均浓度值中生化需氧量超0.1倍、化学需氧量超标0.1倍；90百分位值中溶解氧、高锰酸盐指数(超标0.2倍)、生化需氧量(超标1.3倍)、氨氮(超标0.4倍)、化学需氧量(超标0.6倍)、总磷(超标0.3倍)共6项因子超标，其余15项因子均未超标；单月超标因子主要为化学需氧量、生化需氧量、高锰酸盐指数、氨氮、溶解氧、总磷、石油类7项因子。数据详见表2。

2.2 汤河水环境质量变化趋势

2.2.1 汤河“十三五”水环境质量

“十三五”期间，汤河整体水质符合Ⅴ类，为中度污染，综合污染指数的秩相关系数为0.08，基本保持稳定，但自2018年起水质类别由劣Ⅴ类(重度污染)转为Ⅳ类(轻度污染)。变化趋势见图4。

2.2.2 汤河“十三五”与“十二五”水环境质量变化

与“十二五”相比，汤河水质平均综合污染指数的秩相关系数为-0.4，呈不显著趋势下降趋势，但“十二五”其间汤河水质均为劣Ⅴ类，水质状况为重度污染；进入“十三五”后，水质逐渐有所改善，到2018年起水质类别由劣Ⅴ类转为Ⅳ类，由重度污染转为轻度污染。详见图5。

2.3 汤河水环境承载力分析

参照《水环境承载力评价方法(试行)》，对安阳市主要的8条河流进行承载力评价，每条河流选取断面见表1，结果显示，2020年安阳市8条主要河流承载力整体水平较好，河流水环境承载力指数平均值为95.9，属于未超载状态；其中除安阳河属临界超载状态外，其余主要7条河流均属未超载状态。尤其是汤河2020年水环境承载力虽然属未超载状态，但汤河水环境质量仍不稳定，与2019年相比，由临界超载状态转为未超载状态。详见图6。

3 污染原因分析

3.1 工业废水排放量分析

安阳市是重要的工业城市，本地污染源排放较高，工业废水排放量主要集中在殷都区(占33.0%)、龙安区(占18.0%)、汤阴县(占17.9%)、滑县(占16.4%)，但化学需氧量、氨氮、总磷、总氮4项主要污染因子均集中在汤阴县。汤阴县化学需氧量排放量占工业源总排放量的41.9%，氨氮排放量占工业源总排放量的34.2%，总磷排放量占工业源总排放量的40.3%；总氮排放量占工业源总排放量的36.9%。详见表3。

表3 安阳市第二次全国污染源普查工业废水排放占比统计表 Tab.3 Proportion of industrial waste discharge in the Second National Pollution Source Survey in Anyang city

3.2 工业废水入河分布特征

安阳市的工业源化学需氧量入黄河的量占29.2%，入卫河的量占70.8%；氨氮入黄河的量占32.9%，入卫河的量占66.1%；总氮入黄河的量占32.8%，入卫河的量占63.3%；总磷入黄河的量占45.1%，入卫河的量占54.9%。而入卫河的支流排放量主要集中在汤河，汤河排入卫河的总磷量占总入卫河量的73.3%，化学需氧量占总入卫河量的57.7%，总氮占总入卫河量的54.6%，氨氮占总入卫河了的50.5%。详见表4。

表4 安阳市工业源主要污染物入卫河的量比例统计表Tab.4 statistics of the proportion of major pollutants from industrial sources into Weihe River in Anyang City

4 结论及建议

“十三五”期间汤河整体水质符合Ⅴ类，为中度污染，超标因子主要为化学需氧量、生化需氧量、高锰酸盐指数；与“十二五”相比，汤河水质综合污染指数呈不显著下降趋势，但“十二五”其间汤河水质均为劣Ⅴ类，水质状况为重度污染；进入“十三五”后，水质逐渐有所改善，自2018年起水质类别由劣Ⅴ类转为Ⅳ类，由重度污染转为轻度污染；汤河水环境承载力也由2019年的临界超载状态转为2020年的未超载状态。这主要是因为安阳市实施南水北调水入汤河、汤河水入永通河的生态调水工程，2017年以来，共调入河南水北调水量5358.53余万m3，其中2020年生态调水1614.45万m3。为改善汤永河水环境质量，实施汤永河系统治理工程，共投资1.9亿元对汤河、永通河18km河道实施清障清淤、岸坡整治、加固堤防工程，但汤河环境质量仍不稳定，持续改善压力较大：

(1)上游水质不能稳定达标。2020汤河北庄断面水质类别为Ⅲ类，逐月水质在Ⅲ～劣Ⅴ类之间波动。上游省控断面鹤壁耿寺2015～2020年逐月水质不能稳定达到Ⅴ类。

(2)河流上游断流，下游水体浑浊，生态功能退化，造成水体自净作用明显下降。2020年汤河石辛庄断面共出现4次断流，水质在Ⅲ～劣Ⅴ之间波动。且汤河目前仍为无源河，水资源匮乏，上游省控断面鹤壁耿寺段水体明显发生浑浊，水生生物减少。

(3)存在水污染风险隐患。汤河上游分布有化工园区，城镇污水收集系统不健全，但污水收集率仍不足70%，且企业由于管网不配套，不能正常运行。

建议“十四五”期间，为提高汤河水环境承载能力，改善水环境容量，提出以下建议：

(1)加强源头治理，提升尾水水质。加强重点行业企业监督管理，加强园区纳管企业排水管理，减少对集中式污水处理厂的运行冲击，强化园区内污水集中处理设施的运维监管。实施污水处理厂尾水湿地建设，进一步提升污水处理厂尾水水质。

(2)提高再生水回用率，加快水系连通建设。建设再生水回用系统，增加污水回用量，在保障基本生态用水的前提下，通过水源置换等工程，向汤河补水，推进汤河与其支流等水系连通生态修复补水工程，逐步恢复上游河段水量。

(3)开展汤河及其支流生态修复。开展汤河的生态修复，在汤河水库入口种植乔木、灌木、草本类等植物形成生态隔离带；加强水源涵养，通过汤河湿地生态保育，推进生态环境补偿机制，构建沿河生态绿化景观带，提高环境容量[16]。