江门市新会区英洲海城区段黑臭水体污染特征研究

陈树沛 ，谭光辉

(江门市新会区环境监测站，广东 江门 529100)

引 言

随着我国社会和经济的迅速发展，越来越多的工业废水与生活污水流入城市水体中，导致黑臭水体现象越发普遍。2022年4月住房和城乡建设部、生态环境部、国家发展改革委、水利部联合印发了《深入打好城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》，可见黑臭水体治理在十四五期间一个重要的任务[1]。经济发展快速的广东珠三角地区水网交集，其中黑臭水体因流经区域对象众多，有着其特殊性和复杂性[2]。目前研究珠三角城区黑臭水体的文献主要针对治理效果的较多[3～6]，详细对水质状况及污染特征进行分析，探究黑臭水体形成原因的文章较少。

英洲海水道是广东省江门市新会区主城区内一条重要的内河，起点位于会城街道大滘村下浅水闸，由北向南流经会城街道的大滘村、东甲村、西甲村、梅江村、茶坑村、天马村、新会经济开发区，从茶坑村沙尾处汇入潭江，干流全长12.15km。随着经济和社会发展，因为城区环境基础设施老旧和城市管理不足，越来越多的生活污水、农业污水以及部分工业污水排入河涌，使得英洲海城区段出现季节性或终年黑臭现象，2018年5月被列入江门市黑臭水体治理清单。本研究通过对2019～2020年英洲海城区段黑臭水体进行监测并对污染程度进行判定，分析水体时空变化特征，联合运用相关性分析和主成分分析法对水体状况进行研究，探究黑臭水体成因。掌握水体水质状况和污染特征是进行水体治理的前提，本研究可为管理部门今后英洲海城区段黑臭水体的治理提供技术支撑和科学依据，亦为珠三角地区黑臭水体研究提供有效参考。

1 研究内容与方法

1.1 研究区域概况

江门市新会区地处广东省珠三角地区，作为新会区中心的会城街道其建成区面积约40.43km，户籍人口约28万人(见图1)。英洲海水道城区段起点为大滘冲与会城河交汇处，终点在南车路以北、广雅学校附近。干流长约9km，含支流总长约18km，河面面积约0.2721km2，主要分为西荷里、城南冲支流、梅江环村河支流、东甲河、东甲老围冲支流、大滘河、沙气口-深冲河等七个部分。

图1 江门市新会区会城街道建成区地理位置图Fig.1 Geographical location map of Huicheng Street，Xinhui District，Jiangmen City

1.2 监测数据来源

1.2.1 监测点位设置

结合英洲海城区段现场实际状况，根据《城市黑臭水体整治工作指南》的采样原则，主要对其深冲河支流、城南冲支流、梅江环村河支流、东甲老围冲支流、大滘冲和西荷里支流等六个主要支流进行监测，共布设13个监测点位(参见表1和图2)。

表1 英洲海城区段黑臭水体监测点位Tab.1 Monitoring sites of black-odorous water in Urban Section of Yingzhouhai river

图2 英洲海城区段黑臭水体监测点位图Fig.2 Monitoring Site Map of black-odorous water in Urban Section of Yingzhouhai river

1.2.2 监测项目和采样频率

本轮监测时间为2019年与2020年，共24个月；监测频次均为2次/月(每2周一次)。根据《城市黑臭水体整治工作指南》要求，本次监测项目为透明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮共4项，具体监测分析方法见表2。

表2 监测分析方法与检出限Tab.2 Monitoring analysis method and detection limit

1.3 研究方法

目前，我国城市内河黑臭河道的评判主要依据《城市黑臭水体治理工作指南》中的城市黑臭水体污染程度分级标准，其以上述四个指标为主要判定和分级可分为：不黑不臭、轻度黑臭和重度黑臭，具体指标要求见表3。

表3 城市黑臭水体污染分级标准Tab.3 Classification standards for urban black-odorous water Pollution

本研究根据获得的监测数据对英洲海城区段黑臭水体程度进行分级判定，分析四个指标的时空变化情况和水质变化状况。作为多元统计的常用分析方法，相关性分析可以衡量两个或多个变量之间相关程度，而主成分分析法把多个变量线性变换从而选出重要影响变量[8-9]。通过斯皮尔曼(Spearman)相关性统计学方法对英洲海城区段各个监测指标之间进行分析，研究相互关系，并结合主成分分析找出主要的影响指标，避免主观臆断，从而可以了解英洲海城区段黑臭水体水质的变化机理。

2 结果与讨论

2.1 监测结果

根据各断面每月数据汇总处理，得出英洲海城区段主要监测河段水质监测结果如表4所示。

表4 新会区英洲海城区段黑臭水体2019～2020年水质统计Tab.4 Water quality statistics of urban black-odorous water in Yingzhouhai river section of Xinhui District from 2019 to 2020

2.2 英洲海城区段黑臭水体水质状况

由图3～图7可知，英洲海城区段各监测河段水质总体表现为2020年优于2019。除了大滘冲和西荷里支流2020年氧化还原电位年均值降低外，监测河段的透明度、溶解氧和氧化还原电位总体逐步增加，氨氮逐渐降低。在六个监测河段中，大滘冲水质相对较好，其后依次为深冲河、城南冲支流、东甲老围冲支流、西荷里支流和梅江环村河支流。

图3 英洲海城区段各监测河段透明度年变化对比Fig.3 Comparison of annual variation of transparency in each monitoring section of Urban Section of Yingzhouhai river

图4 英洲海城区段各监测河段溶解氧年变化对比Fig.4 Comparison of annual variation of dissolved oxygen in each monitoring section of Urban Section of Yingzhouhai river

图5 英洲海城区段各监测河段氧化还原电位年变化对比Fig.5 Comparison of annual variation of oxidation-reduction potential in each monitoring section of Urban Section of Yingzhouhai river

图6 英洲海城区段各监测河段氨氮年变化对比Fig.6 Comparison of annual variation of ammonia nitrogen in each monitoring section of Urban Section of Yingzhouhai river

图7 英洲海城区段各监测河段监测指标改善率Fig.7 The improvement rate of monitoring indexes of each monitoring river section in Urban Section of Yingzhouhai river

2.3 英洲海城区段黑臭水体时空变化特征

2.3.1 溶解氧的变化

溶解氧总体表现上为汛期大于非汛期，空间上为上游优于下游。英洲海城区段水体2019～2020年各采样点溶解氧平均值范围为1.5～4.0mg/L，其中2019年全年平均值范围为1.5～4.0mg/L，2020年全年平均值范围为2.3～4.0mg/L，2020年年均值为3.1mg/L，优于2019年年均值2.4mg/L。其中除大滘冲两年溶解氧均超过Ⅳ类标准(3mg/L)外，2019年其他河段均在Ⅳ类标准以下，而随着一系列整治工作的开展，到2020年除了城南冲支流和西荷里支流，其他河段可以达到Ⅳ类标准。

2.3.2 氨氮浓度分布特征

英洲海城区段氨氮空间上为上游优于下游。浓度2019年全年平均值范围为1.96～11.8mg/L，年均值为7.89mg/L。除大滘冲外，其他的河段均高于2mg/L(V类水质标准限值)，总体表现为非汛期氨氮高于汛期，表明汛期水量的增大对水中污染物存在一定稀释作用。而2020年氨氮浓度较2019年有较明显降低，全年平均值范围为2.00～8.55 mg/L，年均值为5.43mg/L。但除大滘冲外，其他的河段仍均高于V类水质标准限值。城南冲支流和东甲老围冲支流降幅较为明显。

2.3.3 透明度变化特征

两年内各河段透明度总体数值以及汛期影响相差程度不明显；2019年全年透明度平均值范围为30～33cm，而2020年全年透明度平均值范围为32～42cm，较2019年有所提高。

2.3.4 氧化还原电位变化特征

2019年全年氧化还原电位平均值范围为-6～85mV，2020年全年氧化还原电位平均值范围为14～78mV，总体优于2019年。除了大滘冲和西荷里支流2020年年均值降低外，其他河段均上升。总体均值上，大滘冲相对较高，其次为深冲河支流、东甲老围冲支流和西荷里支流，再次到城南冲支流以及梅江环村河支流；空间上为上游优于下游，汛期氧化还原电位高于非汛期。

2.4 英洲海城区段黑臭水体评价分析

新会区城市管理和综合执法局于2019年制定了英洲海水道(城区段)黑臭水体综合整治工作方案并开始实施相关工作，完成了一系列黑臭水体整治任务。2020年以来，新会英洲海项目新建管网约14.5km，新建管网截流污水量约3500t/d，改造排水口648个。重点对英洲海水道(城区段)实施了清淤疏浚治理，并开展英洲海水道(城区段)堤围维修养护和修复改造。利用河道周边水系，合理调配江门水道水资源进入英洲海进行生态补水。以《城市黑臭水体治理工作指南》黑臭水体污染程度分级为标准，根据2019～2020年英洲海城区段6个监测河段逐次水质数据为依据，各河段黑臭状况评价见表4。从表中可以发现，大滘冲和深冲河支流是6个监测河段中较好的，两年都维持“不黑不臭”，而东甲老围冲支流从2019年的“轻度黑臭”向“不黑不臭”改善，城南冲支流、梅江环村河支流和西荷里支流则一直维持在“轻度黑臭”。

统计各年度黑臭状况发生概率见表5。随着治理工作的开展，相比2019年，经过系列“行政措施+工程措施”，2020年“重度黑臭”的发生概率已经降低，大部分河段的“不黑不臭”情况发生几率增大，但距离消除黑臭水体这一目标仍有一定差距。为保证治理效果的持续性，还需对英洲海城区段进行长期管控[10]。

表5 英洲海城区段6个监测河段黑臭状况概率Tab.5 Probability of black-odorous conditions of 6 monitoring sections in Urban Section of Yingzhouhai river (%)

2.4 英洲海城区段黑臭水体环境因素分析

2.4.1 相关性分析

把将氧化还原电位、透明度、溶解氧和氨氮浓度4个指标，分别与黑臭状况进行相关性分析。数据分析前用峰度系数(Kurtosis和Skewness)方法检验其是否满足正态分布。经正态性检验显示，氧化还原电位、透明度、溶解氧、氨氮浓度和黑臭状况不符合正态分布，故采用斯皮尔曼(Spearman)相关系数法对英洲海城区段黑臭水体各监测指标之间进行相关性分析。如果Spearman相关系数为正，则两者呈正相关；否则，两者为呈负相关。相关系数的绝对值越大，明两者的相关性越强。结果如表6所示。

表6 英洲海城区段黑臭水体监测指标之间的Spearman相关系数Tab.6 Spearman correlation coefficient among monitoring indexes of black-odorous water in Urban Section of Yingzhouhai river

从表6统计结果可知：

(1)河段的透明度、溶解氧、氧化还原电位与氨氮浓度呈显著负相关，显著性水平较高。一般认为，水中氨氮等污染物浓度降低，水体向好发展，水体透明度会增大。氨氮作为水体污染物，其消耗分解取决与水中的溶解氧多少和水中其他物质的影响。溶解氧高，微生物好氧活动活跃，氨氮分解较快[11]。而氧化还原电位对微生物的生长繁殖及存活有很大影响[12]，随着氧化还原电位的降低，各种微生物的活性随之发生改变，一般最先表现为氮呼吸，产生氨氮、亚硝酸盐。

(2)氧化还原电位、透明度与溶解氧呈显著正相关，其中溶解氧与氧化还原电位显著性水平较高，可知测量河流的氧化还原电位可以反映水中溶解氧的变化，从中了解水体污染状态。水中溶解氧增加，水体中微生物在好氧环境下加快对污染物的消耗，一定程度可以增加水体的能见程度。另外，水的溶解氧含量在一定条件下对氧化还原电位有直接影响：当溶解氧增加时，氧化还原电位也随之变大，当溶解氧减少时，氧化还原电位变小。水体中氧化还原电位值高，说明水中溶解氧充足[13]。在好氧微生物的作用，河流与底泥中的有机物分解为氨氮，并进一步转变成硝酸盐和亚硝酸盐，水中含硫物质也转化为硫酸根离子等氧化态，河流水质和底质良好[14]。反之，当氧化还原电位值低时，厌氧微生物起主导作用，消耗大量氧气，降低河水含氧量，使得河中污染物以亚硝酸盐、硫化氢、亚铁态和甲烷等形式存在大量积聚，底泥逐渐黑化，水质也随之恶化。

(3)透明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮浓度均与黑臭状况的显著性水平均较高。其中氧化还原电位、溶解氧、氨氮浓度与河道黑臭状况关联性较明显，而透明度则相对另外三个指标显得相关性较弱。其中，透明度、溶解氧、氧化还原电位与河流黑臭情况呈负相关：透明度、溶解氧、氧化还原电位越低，河流黑臭情况更厉害。而河流黑臭状况与水中氨氮相关系数最高，说明氨氮浓度对河道黑臭状况的影响最大；其相关系数呈正相关，氨氮增加，河流容易变黑臭。因此，在清除黑臭水体时应注意采取更多的生态修复措施降低氨氮浓度[13]。

2.4.2 主成分分析结果

通过对4个指标的数据进行标准化处理，达到消除数据间不同数量级和量纲的影响。

由表7可知,KMO统计量为0.673(>0.500),Bartlett球形检验值小于0.001，表明独立变量存在相互关系，主成分分析法有较好的适用性，研究数据符合主成分分析的要求[15]。相关系数矩阵(表8)反映出大部分监测指标间的相关系数大于0.3，可见透明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮四个之间具有一定关联性，适合进行因子分析。根据主成分分析结果计算得出四个监测指标的权重为：氨氮0.31、氧化还原电位0.28、溶解氧0.27、透明度0.14。可知，4个监测指标在黑臭水体评价中的作用依次为：氨氮>氧化还原电位>溶解氧>透明度，氨氮是最主要的污染指标，为限制性因子，而氧化还原电位和溶解氧次之，这个也印证了相关性分析的结论。

表7 KMO 和Bartlett 检验Tab.7 KMO and Bartlett tests

表8 成份得分系数矩阵Tab.8 Component score coefficient matrix

2.5 英洲海城区段黑臭水体成因分析

2.5.1 城市黑臭水体污染源排放

通过上述相关性分析与主成分分析可知，英洲海城区段黑臭状况与水中氨氮相关系数最高，氨氮是最主要污染指标；而水中氨氮主要由于沿程污水的汇入导致。从现场调查发现，英洲海城区段沿河部分生活污水、农业污水会直排入河，这些污水中普遍含有氮、磷和有机污物，这也印证了监测期间水中氨氮较高，是黑臭水体指标的限制性因子。珠三角地区黑臭水体污染源一般分布广且无序分散，沿程居民区特别城中村、老街巷等的建筑杂乱分布，污水收集困难，截污管道施工实施条件受限，导致排水系统雨污分流不彻底。外源性污染物消耗河流中溶解氧，水体最后变为厌氧或缺氧情况[16]。可见从源头对进入水体的污染物进行控制，控源截污是最基本的治理措施。

2.5.2 底泥内源污染物释放

由于河道自然流动、人类各种活动等外部干扰和一系列复杂的物理、化学和微生物作用，沉积在城区段的底泥会再悬浮，其中污染物发生转变，溶解释放回水体中，造成二次污染。此外，大量底泥为微生物生长繁殖提供了良好的生存基质和空间，放线菌等微生物通过新陈代谢使底泥发生甲烷化、反硝化等一系列反应，产生的气体又使得底泥进一步浮起，使水体发黑发臭[17]。例如在调查期间，城南冲支流和梅江环村河支流水体浑浊发黑区域都有较明显冒气泡现象，还不时散发臭味。而监测数据也发现这些河段的氧化还原电位相对较低，水体处于厌氧状态，水体和底质恶化，这提醒我们日常要注意定期对河道进行轮浚清淤。

2.5.3 水体流动性差

由于新会区地势平缓，河道坡度小，部分支流河段如东甲老围冲支流等水量少，水体流动性较低，泥沙容易沉积导致河床升高，使得水循环不良。调查发现部分河段中人为设置了一些闸门之类的构筑物也切断了水体的自然循环，河内水流缓慢。污染物随着时间的推移而发生积累，进一步削弱了水体自我净化能力，加剧了黑臭水体发生的机会。未来应在条件合适情况下，减少构筑物对水体流动的阻碍，引入活水，使河道水流处在自流状态，增强水体复氧能力。

2.5.4 部分河段硬质化

英洲海为城区重要的雨水和防洪排涝通道，不少河段采用混凝土、浆砌块石等材料进行了硬质化护岸处理以提高抗冲刷能力。例如深冲河两侧以硬质护岸为主，这也是不少城市常见的处理方法。但材料的阻渗功能会一定程度隔绝了水体和外界的交换联系，这在一定程度上破坏了城市河道生态环境，不利于水体自净和生态系统的自我恢复。与此不同的是大滘冲，其是各河段相对两岸人为改变较少的，两岸原生态维持较多。对比监测数据可以发现，大滘冲的溶解氧和氧化还原电位比深冲河要高，水中氨氮相对较低。后续在治理上可以通过植草沟、生态护岸、透水砖等生态措施，对硬化河岸进行生态化改造，恢复岸线生态功能。

3 结 论

(1)随着一系列“行政措施+工程措施”的整治工作的开展，英洲海城区段各监测河段水质总体表现为2020年优于2019：除了大滘冲和西荷里支流2020年氧化还原电位年均值降低外，监测河段的透明度、溶解氧和氧化还原电位总体逐步增加，氨氮逐渐降低。2020年“重度黑臭”的发生概率已经降低，大部分河段的“不黑不臭”情况发生几率增大。

(2)河段空间上为上游水质优于下游，透明度、溶解氧、氧化还原电位与氨氮浓度呈显著负相关，溶解氧与氧化还原电位、透明度与溶解氧呈显著正相关。透明度与河道黑臭的相关关系相对另外三个指标较弱，氧化还原电位、溶解氧、氨氮浓度与河道黑臭状况均有较高的相关关系。

(3)4个监测指标在黑臭水体评价中的作用依次为：氨氮>氧化还原电位>溶解氧>透明度，氨氮浓度对河道黑臭状况的影响最大。可见河流周边生活污水、农业污水是导致黑臭水体形成的一个主要原因。

(4)现场调查发现河道底泥的内源污染物释放、河段人工构筑物的设置与河道的硬质化护岸处理对于黑臭水体形成都有着一定影响。

(5)英洲海城区段黑臭水体治理不单作为一项珠三角的系统化黑臭水体治理工程，更是一项民生工程。它不仅彰显新会区宜居宜业的生态环境，更能实现“绿水青山”的生态价值。一系列黑臭水体整治虽然取得一定成效，但距离消除黑臭水体这一目标还有着一定差距。为此，我们在后续黑臭治理时，必须继续立足水体水质状况，加强监控与管理，注重降低氮营养盐浓度，需采取更多的生态修复措施；充分发挥河长制、湖长制作用，巩固黑臭水体整治效果，防止黑臭水体反弹，实现水环境长治久清。