西安市浐灞生態(tài)區(qū)地表水水質變化特征研究

楊媛媛,佘志鵬,夏夢潔,朱大為

(1.西安浐灞生態(tài)區(qū)博士后科研工作站，陜西 西安 710024；2.西北大學城市與環(huán)境學院，陜西 西安 710127；3.秦嶺國家植物園，陜西 西安 710061；4.國網陜西省電力有限公司，陜西 西安 710048)

城市河流與人類的發(fā)展密切相關，具有供應水源、防洪排澇、保護生態(tài)和美化環(huán)境等作用。城市河流水質直接影響著城市的整體風貌和居民的生活質量，是城市經濟發(fā)展的命脈[1]。隨著城市的不斷發(fā)展，城市建設嚴重影響了城市水環(huán)境，水質不斷惡化，為滿足人民對美好生活的愿望，需要不斷改善水質。西安浐灞生態(tài)區(qū)位于陜西省西安市東北部，浐灞生態(tài)區(qū)內有浐河和灞河2條河流，浐河和灞河合稱浐灞河流域，作為渭河的主要支流。本研究以浐灞河流域城市段的浐灞生態(tài)區(qū)為研究對象探索城市建設，對河流水質的影響具有重要意義。

浐灞生態(tài)區(qū)曾經是西安東部納污場，每年接納污水量近7.0×107t，占西安市污水排放總量的1/6。2008年10月，西安浐灞生態(tài)區(qū)被國家水利部批準列入全國第10、西部首個國家級水生態(tài)系統(tǒng)保護與修復項目試點區(qū)域。浐灞河流域經歷了水系整治與修復、污染治理與污水回用、濕地保護與修復、生態(tài)景觀和生物工程、雨水利用、生態(tài)監(jiān)測等6大方面的水生態(tài)系統(tǒng)保護與修復試點工作。

但是浐灞生態(tài)區(qū)依然面臨著水資源不足，上游污水不斷流入等問題，河流水質的改善仍然存在嚴峻挑戰(zhàn)。刑萌等[2]分析了浐灞河硝酸鹽污染物的溯源，研究表明，浐灞河下游即浐灞生態(tài)區(qū)段，硝酸鹽含量較高的生活污水及工業(yè)廢水的貢獻比例高達30%以上。杜麥等[3]基于多元統(tǒng)計分析浐灞河水質污染特征，發(fā)現浐灞河水體主要受到化學需氧量、總磷、總氮、氨氮、溶解氧和電導率的污染，這些污染物主要來源于城市生活污水和工業(yè)廢水的排入。本研究通過分析2018—2020年連續(xù)3年的河流水質監(jiān)測結果，研究浐灞河流域浐灞生態(tài)區(qū)段的水質現狀，探討下一步的重點治理方向。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

浐灞生態(tài)區(qū)是全國首個以生態(tài)命名的開發(fā)區(qū)，位于西安東北部。浐灞生態(tài)區(qū)內有浐河和灞河2條河流，合稱浐灞河流域，浐灞生態(tài)區(qū)位于浐灞河流域下游，作為渭河的主要支流。浐灞河流域四季冷暖干濕分明，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。浐灞生態(tài)區(qū)用水量占整個流域耗水量的59.1%，但區(qū)域河段地表水資源量不足全流域的10%，區(qū)域平均年降雨量570mm。浐灞河是西安市東北部重要的城中河，也是美麗西安重要的景觀廊道和生態(tài)屏障。

1.2 試驗方案

本研究采用浐灞生態(tài)區(qū)生態(tài)環(huán)境局在2018年1月—2020年12月期間對浐灞生態(tài)區(qū)內浐灞河流域水體的監(jiān)測結果進行水質分析。浐灞生態(tài)區(qū)共有9個監(jiān)測點位，其中灞河5個，分別為：東城大道監(jiān)測點、東三環(huán)橋監(jiān)測點、北三環(huán)橋監(jiān)測點和三郎村監(jiān)測點；瀍河4個，分別為：南繞城監(jiān)測點、咸寧橋監(jiān)測點、華清橋監(jiān)測點和浐入灞監(jiān)測點。具體監(jiān)測點位分布如圖1所示。

圖1 西安浐灞生態(tài)區(qū)水質監(jiān)測點位分布示意圖

監(jiān)測期間如無特殊情況每月采樣2次，其中2018年10月、2020年2月全月未采樣監(jiān)測，2020年5月下半月、10月下半月和12月下半月未采樣監(jiān)測，因此2018年1月—2020年12月期間共采樣測定65次。水質監(jiān)測指標包括：化學需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)和總磷(TP)。

1.3 樣品測定

化學需氧量(COD)采用HJ 828—2017《水質化學需氧量的測定-重鉻酸鹽法》[4]。氨氮(NH3-N)采用HJ 535—2009《水質氨氮的測定-納氏試劑分光光度法》[5]進行測量。溶解氧(DO)使用便攜式溶解氧儀進行現場測量。總磷(TP)采用GB/T 11893—1989《水質總磷的測定-鉬酸銨分光光度法》[6]。

2 結果與分析

2.1 溶解氧和化學需氧量變化特征

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個監(jiān)測點連續(xù)3年的水體溶解氧含量變化特征如圖2所示。

圖2 水體溶解氧含量變化特征

分析發(fā)現，2018年1—9月9個監(jiān)測點的水體溶解氧相比其他時間段偏低，根據GB 38383—2002《地表水環(huán)境質量標準》[7]，水體溶解氧含量指標主要滿足Ⅱ—Ⅲ類水質要求。從2018年11月開始，9個監(jiān)測點水體含溶解氧含量提高，滿足Ⅰ—Ⅱ類水質要求。綜合各監(jiān)測點結果分析，2018—2020年間水體溶解氧含量滿足Ⅲ類水質要求占比97.3%，溶解氧指標控制良好。這主要得益于浐灞生態(tài)區(qū)段設置了13座橡膠壩。有研究發(fā)現，橡膠壩可以提高水體對有機物的降解自凈能力，一方面，橡膠壩降低了水流速，使得單位水面的相對復氧效率和水生植物及藻類的光合作用增加。另一方面，水流經過橡膠壩形成的跌水，相當于曝氣過程，使水流充分吸收氧氣，增加了水體的溶解氧量[8]。

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個監(jiān)測點連續(xù)3年的水體化學需氧量變化特征如圖3所示。

圖3 水體化學需氧量變化特征

分析發(fā)現，9個監(jiān)測點連續(xù)3年水體化學需氧量差異大，其中三郎村、秦漢大道和浐入灞監(jiān)測點水體化學需氧量高，南繞城、咸寧橋和東城大道監(jiān)測點水體化學需氧量低?；瘜W需氧量是反映水體受污染程度的直接指標，結合圖1浐灞生態(tài)區(qū)水質監(jiān)測點位分布圖可以發(fā)現，南繞城、東城大道、咸寧橋監(jiān)測點位于浐灞河生態(tài)區(qū)段中上游，三郎村、秦漢大道和浐入灞監(jiān)測點位于浐灞河生態(tài)區(qū)段下游，隨著河流流經城市段，污染物匯入多，水質在逐漸變差。化學需氧量年際間變化大，2019年河流水體化學需氧量總體高于2018、2020年，其次是2020年。根據地表水環(huán)境質量標準，綜合各監(jiān)測點結果分析，2018—2020年間浐灞河水化學需氧量滿足Ⅲ類水質要求占比59.3%。相比2004年之前的劣Ⅴ類，浐灞河生態(tài)區(qū)段水質已有了顯著提升，但是對水體化學需氧量的控制還需加強。

化學需氧量是用來表征水中的還原性物質濃度高低的指標，水體中的還原性物質包括各種有機物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等，但主要是有機物[9]。由于水體有機質含量沒有測定，化學需氧量只能側面反應水體有機質的高低，針對這一情況，建議后續(xù)增加水體有機質的測定，為針對性控制浐河和灞河水體污染物提供直接依據。

2.2 氨氮和總磷含量變化特征

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個監(jiān)測點連續(xù)3年的水體氨氮含量變化特征如圖4所示。

圖4 水體氨氮含量變化特征

2018年浐灞河9個監(jiān)測點中，灞河三郎村、秦漢大道和浐河浐入灞監(jiān)測點水體氨氮含量高，尤其是灞河三郎村監(jiān)測點，8—9月水體氨氮含量在6～8mg/L，超標嚴重；浐河南繞城監(jiān)測點水體氨氮含量相對較低。2019年灞河三郎村水體氨氮含量顯著降低，灞河秦漢大道、浐河浐入灞監(jiān)測點水體氨氮含量較其他監(jiān)測點偏高。2020年灞河三郎村、秦漢大道和浐河浐入灞監(jiān)測點水體氨氮含量相對偏高，浐河南繞城監(jiān)測點水體氨氮含量相對較低。這與監(jiān)測點所處河流位置相關，隨著河流流經城市段，水體中氨氮含量在增加。文獻[2]對浐河和灞河河水硝酸鹽氮同位素組成及其空間特征進行了研究，表明河水受污染程度從上游到下游呈增長趨勢。除了監(jiān)測點之間的差異，同一監(jiān)測點在年內和年際間變化也很大?？傮w呈現出冬春季水體氨氮含量高于夏秋季，這與河流流量變化關系大，浐灞河在夏秋季迎來汛期[10]，對河流污染物的稀釋效果相比冬春季好。根據地表水環(huán)境質量標準，綜合各監(jiān)測點結果分析，2018—2020年間浐河和灞河水體氨氮含量滿足Ⅲ類水質要求占比70.6%。但仍需加強水體氨氮含量的管控，尤其是冬春季。

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個監(jiān)測點連續(xù)3年的水體總磷含量變化特征如圖5所示。

圖5 水體總磷含量變化特征

分析發(fā)現，2018年浐灞河9個監(jiān)測點中，灞河三郎村、秦漢大道、浐河浐入灞、咸寧橋監(jiān)測點水體總磷含量高，其中浐河南繞城監(jiān)測點個別時段總磷含量突增。2019年，灞河秦漢大道、北三環(huán)橋、浐河浐入灞、華清橋監(jiān)測點水體總磷含量高。2020年，浐河4個監(jiān)測點水體總磷含量高，可見浐河總磷指標劣于灞河。另外，8—9月水體總磷含量都會出現一個峰值，且與監(jiān)測點位置無關。根據地表水環(huán)境質量標準，綜合各監(jiān)測點結果分析，2018—2020年間浐河和灞河總磷含量滿足Ⅲ類水質要求占比75.4%。水體中的磷元素是引起水體富營養(yǎng)化最關鍵的元素[11-12]，浐灞河生態(tài)區(qū)段連續(xù)3年監(jiān)測數據顯示水體總磷含量較高，尤其是8—9月，做好水體富營養(yǎng)化防治依舊關鍵。

2.3 浐灞生態(tài)區(qū)地表水水質分析

浐灞河流域生態(tài)區(qū)段9個監(jiān)測點連續(xù)3年的水體水質變化特征如圖6所示。

圖6 各監(jiān)測點水質變化特征

從連續(xù)3年浐灞河水質檢測結果分析發(fā)現，Ⅳ、Ⅴ類水質占比大于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水質，尤其是2019年水質差。9個監(jiān)測點中，灞河東城大道、東三環(huán)橋監(jiān)測點優(yōu)于北三環(huán)橋、秦漢大道和三郎村監(jiān)測點；浐入灞監(jiān)測點水質很差?？傮w特點是浐灞生態(tài)區(qū)浐灞河流域上游水質優(yōu)于下游水質。

以上分析表明，雖然浐灞河流域浐灞生態(tài)區(qū)段已經擺脫劣Ⅴ類水質，但是Ⅳ—Ⅴ類水質占比較大。因此，下一步應持續(xù)加大生態(tài)治理力度，改善Ⅳ—Ⅴ類水質，提高Ⅰ—Ⅲ類水質占比，打造生態(tài)環(huán)境更加優(yōu)美、人與自然更加和諧的浐灞生態(tài)區(qū)。

3 結論

通過2018—2020年連續(xù)3年監(jiān)測結果分析可見,浐、灞河地表水水質通過水生態(tài)系統(tǒng)保護與修復工作取得了很大改善，已經擺脫劣Ⅴ類水質，但是Ⅳ—Ⅴ類水質占比大于Ⅰ—Ⅲ類，仍需加大管控、進一步改善水質。水體溶解氧指標良好，97.3%符合Ⅲ類水質要求；化學需氧量、氨氮和總磷指標滿足Ⅲ類水質要求的占比分別為59.3%、70.6%和75.4%。化學需氧量隨著河流流經城市段，含量不斷增加。氨氮隨著河流流經城市段，含量增加，并且冬春季含量高于夏秋季?？偭着c河流是否流經城市段關系不大，但是8—9月是高峰，應高度關注。浐河和灞河水質類型主要取決于水體化學需氧量指標，其次是氨氮和總磷。