生態(tài)清潔小流域地表水水質(zhì)變化規(guī)律及成因分析
——以北京市神堂峪生態(tài)清潔小流域為例

楊 坤，魚紅霞

(1.北京市水土保持工作總站，北京 100036； 2.北京市環(huán)境影響評價評估中心，北京 100161)

生態(tài)清潔小流域地表水水質(zhì)變化規(guī)律及成因分析
——以北京市神堂峪生態(tài)清潔小流域為例

楊 坤1，魚紅霞2

(1.北京市水土保持工作總站，北京 100036； 2.北京市環(huán)境影響評價評估中心，北京 100161)

生態(tài)清潔小流域；水質(zhì)變化；神堂峪；北京

以北京市懷柔區(qū)神堂峪小流域地表水8年監(jiān)測資料為基礎，分析了小流域地表水時間、空間變化規(guī)律,并對小流域水質(zhì)總體情況進行了評價。結果表明: ①小流域地表水高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)及總磷(TP)兩項指標總體處于Ⅰ～ Ⅱ類水質(zhì)標準，但多數(shù)時間總氮(TN)超標嚴重。②從小流域地表水水質(zhì)時間變化看，高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化、季節(jié)變化不大，總體比較穩(wěn)定；地表水總氮秋季劣于夏季；從年際變化看，總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。③從小流域地表水水質(zhì)空間變化看，河流沿程兩個斷面總氮超標明顯?；谒|(zhì)變化成因分析，對生態(tài)清潔小流域建設和管理提出了對策建議。

山區(qū)是北京的天然生態(tài)屏障和主要水源涵養(yǎng)及供給源地，也是人們休閑旅游度假勝地。隨著山區(qū)經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，一些小流域水資源、水環(huán)境問題開始出現(xiàn)并累積，一些小流域的生態(tài)功能、水源涵養(yǎng)功能、旅游休閑功能正面臨退化的風險。為了保護水源，改善生態(tài)環(huán)境，將人為活動影響控制在小流域水環(huán)境可承載的能力范圍之內(nèi)，北京市2003年即開始建設生態(tài)清潔小流域[1]，旨在實現(xiàn)小流域人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。通過10余年生態(tài)清潔小流域建設，不僅有效保護了首都重要水源地，優(yōu)化了農(nóng)村生產(chǎn)生活環(huán)境，而且為山區(qū)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供了支撐和保障。但是，在鞏固生態(tài)治理成果過程中，發(fā)現(xiàn)了一些突出問題，較為典型的是污染壓力增大，進一步加大了水源保護難度[2]。為了更好地解決生態(tài)清潔小流域建設、保護與開發(fā)問題，我們以北京市懷柔區(qū)神堂峪生態(tài)清潔小流域2008—2015年地表水監(jiān)測資料為依據(jù)，研究分析了小流域地表水水質(zhì)變化規(guī)律，以期為提高生態(tài)清潔小流域建設與管理水平提供理論支撐。

1 研究區(qū)基本情況

神堂峪小流域位于北京市懷柔區(qū)雁棲鎮(zhèn)，地處北臺上水庫上游，屬于雁棲河流域。該小流域總面積15.629 km2，小流域主溝道全長10.6 km，落差178 m，地勢北高南低，地表徑流由北向南流入北臺上水庫。主要巖石為花崗巖，其次是白云巖、片麻巖、石灰?guī)r。土壤類型主要有淋溶褐土、褐土性土，山坡及山梁土層厚度一般小于30 cm，溝道周邊土層厚度一般大于50 cm。主要植被有山杏、荊條、酸棗、鐵獅子、板栗等，林草覆蓋率90%。多年平均降水量675 mm，最大為850 mm，最小為525 mm，6、7、8三個月的降水量占全年降水量的80%。小流域內(nèi)沿河分布了50多家規(guī)模較大的度假村(山莊)、垂釣園、休閑俱樂部等，養(yǎng)魚場養(yǎng)殖排水、生活污水、垃圾污染十分嚴重。為了保護水源，改善環(huán)境，從2005年開始，該小流域?qū)嵤┝松鷳B(tài)清潔小流域治理工程，在河道兩側(cè)民俗戶安裝小型污水處理設施40處，小流域內(nèi)官地、神堂峪、石片3個村建設了村級污水處理工程；推廣垃圾無害化處理管理體系，實現(xiàn)了垃圾分類專人回收、專車運送、集中處置；修建坡面石坎14 710 m3，修護樹盤3 600個，墊土整地2 hm2，營造水保涵養(yǎng)林10.2 hm2，完成河岸綠化1 800 m2、生態(tài)治河2處、封育保護12.34 km2。隨著當?shù)厮h(huán)境大幅改善，民俗旅游發(fā)展更為迅速，給小流域生態(tài)保護帶來了巨大壓力。該小流域經(jīng)濟社會基本情況見表1。

2 研究方法

2.1 樣品采集化驗

2008—2015年，在神堂峪小流域主溝道沿途共布設了8個水質(zhì)監(jiān)測樣點(圖1)，詳細情況見表2。

表1 2008—2015年神堂峪小流域經(jīng)濟社會基本情況

注：數(shù)據(jù)來源于懷柔區(qū)統(tǒng)計年鑒(2008—2015年)。

圖1 神堂峪小流域水質(zhì)監(jiān)測點位置

編號監(jiān)測點采樣位置水源類型監(jiān)測指標采樣時間1神堂峪景區(qū)出口溝道地表水2五道河溝道地表水3山野度假村截流地表水4潮嶺漁村塘壩地表水 高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、總磷(TP)、總氮(TN) 2008—2015年,每年5—10月進行監(jiān)測。每月中旬進行采樣,樣品采集后24h內(nèi)送水質(zhì)化驗機構進行化驗5上官地截流地表水6神堂峪村溝道地表水7神龍灣垂釣園溝道地表水8花苑湖度假村連拱閘地表水

2.2 數(shù)據(jù)處理

將各監(jiān)測點樣品化驗結果對照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準(GB 3838—2002)》，獲得相應監(jiān)測點不同指標的水質(zhì)級別。在此基礎上，通過統(tǒng)計分析不同年份、不同月份及不同位置達到某一類水質(zhì)的水樣數(shù)量，評價小流域主溝道水質(zhì)總體狀況及時空變化特點。

3 結果與分析

3.1 小流域主溝道水質(zhì)總體評價

通過對2008—2015年8個監(jiān)測點監(jiān)測結果的分析，可以得出神堂峪小流域地表水水質(zhì)總體良好的結論。高錳酸鉀指數(shù)及總磷兩項指標達到Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)標準的樣品數(shù)量分別占總樣品數(shù)的95.57%、94.79%，水質(zhì)為良好(表3)。雖然總氮不作為河流水質(zhì)的評價指標，但從該小流域地表水總氮監(jiān)測結果可以看出，總氮指標值以Ⅴ類和劣Ⅴ類居多，達到該水質(zhì)類別的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)量的61.72%,小流域總氮污染超標嚴重。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，小流域水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定良好，得益于生態(tài)清潔小流域治理工程建設了一批小型污水處理設施，并建立了工程運行管護機制，確保對村莊、度假村、民俗戶排放的污水進行了處理，達標排放。分析發(fā)現(xiàn)，總氮達到Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)標準的樣品比例已達到24.48%，總氮超標原因可以排除河流本底值超標因素。有研究表明，小流域所在的雁棲河流域入河總氮污染負荷中，養(yǎng)魚場養(yǎng)殖廢水污染約占86%，是流域最主要的污染源[3]。通過進一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該小流域存在較多養(yǎng)魚場，其養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的廢水未經(jīng)有效處理，應是地表水總氮超標的一個重要原因。

表3 不同水質(zhì)級別的樣品比例 %

3.2 小流域主溝道水質(zhì)時間分布規(guī)律

(1)高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化不大，水質(zhì)總體穩(wěn)定。分析發(fā)現(xiàn)，高錳酸鉀指數(shù)各年處于Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)標準的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)的比例分別為95.83%、93.75%、100%、83.33%、97.92%、100%、95.83%、97.92%(圖2)；總磷各年處于Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)標準的樣品數(shù)量占總樣品數(shù)的比例分別為81.25%、 91.67%、93.75%、97.92%、100%、100%、97.92%、95.83%，水質(zhì)總體穩(wěn)定(圖3)。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該小流域由于地處北臺上水庫上游，水源保護工作得到重視，沿河村莊、民俗旅游戶及度假村、餐飲點的污水均進行管網(wǎng)收集，并持續(xù)有效處理，達標排放，大幅削減了水污染負荷，鞏固了水環(huán)境治理成果。

圖2 CODMn達到Ⅰ～Ⅱ類的樣品比例

圖3 TP達到Ⅰ～Ⅱ類的樣品比例

(2)高錳酸鉀指數(shù)和總磷月變化不明顯，總氮秋季劣于夏季。小流域地表水高錳酸鉀指數(shù)和總磷季節(jié)變化不大，其中，各月高錳酸鉀指數(shù)為Ⅰ～Ⅱ類的比例達到90%以上，總磷為Ⅰ～Ⅱ類的比例達到95%以上。而小流域地表水總氮季節(jié)變化明顯，秋季比夏季差，秋季總氮超標嚴重，90%以上的樣品水質(zhì)達到Ⅴ類和劣Ⅴ類(圖4)，這個變化規(guī)律反映出小流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展類型對地表水質(zhì)影響較大。每年8—10月，是該小流域旅游旺季，小流域不僅生態(tài)環(huán)境好，還有“虹鱒魚一條溝”的美譽，吸引了眾多食客，促進了溝內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展， 但沿河這些水產(chǎn)養(yǎng)殖點污水治理難度大，污染治理效果較差，導致河水中總氮秋季超標最多。

圖4 TN達到Ⅴ類和劣Ⅴ類的樣品比例

(3)總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。小流域地表水總氮超標情況從2009年開始呈逐年上升趨勢，至2013年達到最高點，之后開始逐年下降(圖5)。對地表水總氮變化的成因分析發(fā)現(xiàn)，2009年以后山區(qū)溝域經(jīng)濟發(fā)展迅猛，小流域冷水魚養(yǎng)殖的規(guī)模逐年擴大，與一般的村莊生活污水不同，魚池養(yǎng)殖廢水定期排放，且污染物含量低，一次性排水量大，處理難度增加，加之養(yǎng)魚場養(yǎng)殖排水管理不夠規(guī)范，總氮超標樣品比例逐年增加，氮污染問題越來越嚴重。2013年開始，懷柔區(qū)大力整治雁棲湖流域水環(huán)境，清理垃圾、雜草及水面漂浮物，水環(huán)境每日維護，并加大對區(qū)域內(nèi)河道、水面的整治力度，對重點部位加強巡查，對養(yǎng)魚場養(yǎng)殖排水加強管理，嚴厲打擊破壞水環(huán)境行為， 總氮超標樣品比例也開始逐年回落。

圖5 TN達到Ⅴ類和劣Ⅴ類的樣品比例

3.3 小流域主溝道水質(zhì)空間分布規(guī)律

(1)高錳酸鉀指數(shù)和總磷空間分布規(guī)律不明顯。從小流域水質(zhì)的沿程變化過程可知，地表水有機污染較輕，水質(zhì)較好，高錳酸鉀指數(shù)沿程各斷面90%的樣品屬于Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)，分布無明顯規(guī)律(圖6)；總磷次之，沿程各斷面85%的樣品屬于Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)，各監(jiān)測點水質(zhì)變化無顯著特點(圖7)。

圖6 各監(jiān)測點CODMn達到Ⅰ～Ⅱ類的樣品比例

(2)沿程兩個監(jiān)測點總氮超標嚴重。從圖8可以看出，2號監(jiān)測點和6號監(jiān)測點總氮超標最多。原因是這兩個監(jiān)測點附近分布著眾多魚池和民俗旅游接待點，對河流水質(zhì)影響較大，總氮超標明顯。受水體自凈作用和沿線污染源排放的雙重影響，小流域地表水總氮呈波動變化趨勢，即當排入該河段的污染物量大于該河段的水體自凈能力時，排污河段水質(zhì)超標樣品較多；但如果該河段水體凈化作用大于排入該河段的污染物量時，水質(zhì)呈逐漸改善趨勢，下游水質(zhì)超標樣品比例就低于上游。

圖7 各監(jiān)測點TP達到Ⅰ～Ⅱ類的樣品比例

圖8 各監(jiān)測點TN達到Ⅴ～劣Ⅴ類的樣品比例

4 結論與建議

4.1 結 論

(1)小流域地表水水質(zhì)總體良好，高錳酸鉀指數(shù)及總磷兩項指標總體處于Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)標準；多數(shù)時間總氮超標嚴重，造成總氮超標嚴重的原因主要是漁業(yè)養(yǎng)殖廢水排放。

(2)在小流域地表水水質(zhì)時間變化上，高錳酸鉀指數(shù)和總磷年際變化及季節(jié)變化不大，總體穩(wěn)定。地表水總氮秋季劣于夏季。從年際變化看，總氮呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。

(3)在小流域地表水水質(zhì)空間變化上，高錳酸鉀指數(shù)和總磷空間分布規(guī)律不明顯；河流沿程有兩個監(jiān)測點總氮超標嚴重，兩處監(jiān)測點附近排污點應是污染重點監(jiān)管對象。

4.2 建 議

(1)加強小流域污染防治對于維護小流域水環(huán)境至關重要，小流域污染治理應作為生態(tài)清潔小流域建設的主要措施給予重視。同時，應建立小流域污水處理設施運行管護機制，通過明確責任、保障經(jīng)費、落實監(jiān)管，提高小流域內(nèi)污水處理設施的運行效率，特別是做好旅游旺季排污管理工作。

(2)控制小流域產(chǎn)業(yè)規(guī)模。在小流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向上，應確立適宜的資源開發(fā)模式與強度，限制損害生態(tài)功能的產(chǎn)業(yè)擴張，從源頭上做好預防。利用價格杠桿，收取排污費，并根據(jù)小流域納污容量，合理控制小流域的旅游人口規(guī)模和養(yǎng)殖規(guī)模，使流域水環(huán)境繼續(xù)改善，最終實現(xiàn)流域生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)和旅游業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

(3)采用濕地處理技術加強河道水質(zhì)凈化。在重點排污區(qū)域，依據(jù)地形地勢條件，結合河道防洪規(guī)劃和生態(tài)景觀帶建設需要，在排污口下游布設一定面積的濕地，利用水生或濕生植被滯留和吸收N、P等物質(zhì)，降低河流N、P污染負荷。

[1] 畢小剛，楊進懷，李永貴，等.北京市建設生態(tài)清潔型小流域的思路與實踐[J].中國水土保持，2005(1)：18-20．

[2] 史忠峰.懷柔區(qū)溝域經(jīng)濟發(fā)展的幾點思考——以“不夜谷、夜渤海、白河灣”為例[J].北京水務，2014(1):60-62.

[3] 蔣艷，馬巍，彭期冬，等.雁棲河流域點源氮磷污染負荷量的計算與分析[J].中國水利水電科學研究院學報，2013，11(2):117-124.

(責任編輯 張培虎)

S157；X824

A

1000-0941(2017)05-0005-04

楊坤(1977—)，男，陜西漢中市人，高級工程師，碩士，從事水土保持研究與管理工作。

2017-01-21