马莲河水质时空分布及污染源识别

张 翔

(黄河流域生态环境监督管理局生态环境监测与科学研究中心，河南 郑州 450004)

1 研究区域概况

马莲河发源于陕西定边县，在甘肃宁县政平村汇入泾河，全长374.8km。从地理位置上看，马莲河流域位于黄土高原缺水地区；从能源储量上看，其位于鄂尔多斯能源基地南部，水资源供需矛盾突出[1- 2]。从21世纪初开始，马莲河水污染问题日益突出，不仅影响到沿岸百姓的日常生活用水安全，还威胁到泾河的水质安全。

为了全面了解马莲河水质污染状况，本文根据2015年以来马莲河水质监测资料，从河流总体趋势、上下游河段不同特点、不同水期水质变化状况和主要污染物特点等角度出发，对马莲河“十三五”期间水质状况进行全面的梳理，为“十四五”期间有针对性改善河流水体水质提供基础支持。

2 评价方法

2.1 水质评价标准

根据《甘肃省地表水功能区划(2012—2030年)》，马莲河属于环县、庆城、合水、宁县工业、农业用水区，其监测断面共布设3个，依次为曲子、庆阳、雨落坪断面，其水质目标均为Ⅳ类。依据2015年以来的马莲河水质监测成果对比GB 3838—2002《地表水环境质量标准》[3- 4]，筛选出4四项主要评价指标，分别为化学需氧量(COD)、5d生化需氧量(BOD5)、氨氮和六价铬等作为本文的主要评价指标。

2.2 水质评价方法

综合水质标识指数法是一个相对全面的河流水质评价方法，与常用的单因子评价法相比，其可以定量评价相同类别的同一监测项目；与模糊综合评价法、物元分析法相比其计算简单方便[5- 7]。综合水质标识指数法由一位整数和三位小数组成，其计算公式如下[8- 9]：

I=X1.X2X3X4

(1)

式中，I—综合水质标识指数；X1—参与评价的各项指标的综合水质类别；X2—河流综合水质在X1区间内所处的位置；X3—参与评价的监测指标中劣于水功能区目标的个数；X4—X1与水功能区目标的比较结果。综合水质标识指数分级标准见表1。

表1 综合水质标识指数分级标准

3 评价结果分析

3.1 综合水质标识指数评价结果

根据综合水质标识指数法对2015—2019年以来马莲河沿程水质进行评价，其评价结果见表2。

2015年以来，马莲河上中游河段水质污染程度要明显高于下游河段。具体来说，上游曲子断面水质污染程度最高，其综合水质标识指数2019年为5.431，与2015年综合水质标识指数5.421相比增幅0.2%，说明曲子断面5年来总体水质没有改善，基本维持在Ⅴ类水水平。

表2 马莲河综合水质标识指数评价结果

受上游来水影响，2018年之前中游庆阳断面水质在Ⅴ—Ⅲ类间上下波动，2018年之后水质趋于稳定，呈现好转。不过需要注意的是，虽然2019年庆阳断面综合水质标识指数4.520满足Ⅳ类水功能区水质目标，但是X2显示其值在Ⅳ类水区间距下限值50%的位置，水质存在超标风险。2015—2019年，下游雨落坪断面水质状况良好均为Ⅲ类水，满足水功能区目标要求。

3.2 汛期与非汛期水质变化

2015年以来，马莲河汛期水质呈现显著波动，其综合水质标识指数从2015年的4.684降至2018年的3.877，降幅为17.2%； 2019年汛期水质污染加重，与2018年相比，污染增幅为13.9%，说明汛期水质虽然有所改善，但是存在反弹风险。与马莲河汛期水质相比，非汛期水质变化则相对稳定，其综合污染指数从2014年的4.651降至2019年的4.290，降幅为7.7%。2017年之前马莲河水质汛期污染程度要高于非汛期，汛期综合污染指数均值是非汛期均值的1.03倍；2017年之后汛期水质污染程度要明显低于非汛期，其中，2018年非汛期综合污染指数是汛期的1.16倍，如图1所示。

根据黄河流域特点，一般情况下点源污染是造成河流水质非汛期超标的主要因素，面源为主，点源为辅的叠加影响是河流水质汛期超标的主要原因[13- 14]。2017年至今来自于城镇生活污水、工业企业废水排放等点源是导致马莲河水质污染的主要因素[15]。

图1 2015—2019年马莲河汛期与非汛期水质变化趋势

3.3 主要污染指标分析

马莲河各断面监测项目达标统计结果见表3，从统计结果上看，COD和氨氮达标比例最低，仅为五日生化需氧量和六价铬达标比例的1/3。

具体来说，15次评价结果中，COD满足Ⅳ类水功能区目标4次，达标率26.7%；COD浓度位于Ⅳ类水质标准限值下限1次，占比25%，劣于水功能区水质目标2个类别的比例为53.5%，说明有潜在的超标风险。在当前的水质评价体系中，COD被视为衡量水中有机污染物的重要指标之一[10]。COD的评价结果表面，马莲河有机污染程度严重。氨氮的评价结果与COD相类似，15次评价结果中，达标4次，占26.7%，4次达标中氨氮浓度均位于Ⅳ类水质标准下限值附近；超标11次，其中有7次劣于水功能区水质目标2个类别，占46.7%，说明氨氮是马莲河水质超标的另一个主要污染因素。氨氮作为水体中的营养素，可以从侧面反映水体富营养化现象。 氨氮的评价结果表面马莲河水体存在富营养化现象[11]。由于马莲河流经环县、庆城、合水、宁县工业、农业用水区，沿岸分布有石油开采、农产品加工等企业，其外排尾水和农业灌溉退水是马莲河水体中COD和氨氮的主要来源[12]。

五日生化需氧量达标率最高，为86.7%，其中Ⅲ类水比例为66.7%，Ⅳ类水比例为20%；没有劣Ⅴ类出现。六价铬评价结果中，达标率为80%，Ⅴ类水占比20%，没有劣Ⅴ类出现。

表3 马莲河单因子达标统计结果

根据表4氨氮与COD比值结果，从2017年开始，马莲河上游曲子断面氨氮与COD之比显著上升，虽然2019年有所下降，但是其比值几乎是2015年的5倍，说明相较于COD，氨氮是上游的主要污染因素。庆阳断面氨氮与COD比值的变化与曲子断面基本一致，说明上中游河段，氨氮目前是主要污染因素。

表4 马莲河氨氮 / COD比值统计表

下游雨落坪断面2017年之前氨氮与COD的比值逐步上升，从2015年的0.08升至2017年的0.11，升幅37.5%；2017年之后其比值呈急速下降的趋势，到2019年雨落坪断面氨氮与COD为0.05，与峰值相比降幅达到54.5%，从侧面反映出下游河段COD的污染贡献率要高于氨氮。

由表5 BOD5与 COD比值结果可知，马莲河曲子断面BOD5与COD之比有明显的上下波动，从2016年的谷值0.05升至2018年的顶峰0.12，增幅140%，2019年有所回落，但是其比值0.08是2016年谷值的1.6倍。说明2016年以来，马莲河可生物降解有机物污染比重增加，生活污水的影响较大。庆阳断面的变化趋势与曲子断面基本一致。

下游雨落坪断面BOD5与COD之比从整体上看是下降的趋势，其比值从2015年的0.12降至2019年的0.08，降幅为33.3%，反映出下游沿岸生活污水对马莲河的影响逐步降低。

表5 马莲河BOD5/ COD比值统计表

4 结语

从沿程分析上看，马莲河曲子断面水体基本为Ⅴ类；庆阳河段水质2018—2019年为Ⅳ类，但存在超标风险；下游河段水质变化基本稳定，基本满足水功能区目标要求。上中游河段的主要污染物是氨氮，下游河段COD是主要污染物。2017年以来河流非汛期水质劣于汛期，其原因主要是城镇生活污水、工业企业废水等点源排放所造成的。建议在“十四五”期间，重点治理源污染，减少外排量；加强农业面源管理，禁止废物废水直接排放。