生态清洁小流域地表水水质变化规律及成因分析<br/>——以北京市神堂峪生态清洁小流域为例

生态清洁小流域地表水水质变化规律及成因分析
——以北京市神堂峪生态清洁小流域为例

2017-06-15鱼红霞

中国水土保持 2017年5期

关键词：高锰酸钾监测点流域

杨坤，鱼红霞

(1.北京市水土保持工作总站，北京 100036； 2.北京市环境影响评价评估中心，北京 100161)

生态清洁小流域地表水水质变化规律及成因分析
——以北京市神堂峪生态清洁小流域为例

杨坤1，鱼红霞2

(1.北京市水土保持工作总站，北京 100036； 2.北京市环境影响评价评估中心，北京 100161)

生态清洁小流域；水质变化；神堂峪；北京

以北京市怀柔区神堂峪小流域地表水8年监测资料为基础，分析了小流域地表水时间、空间变化规律,并对小流域水质总体情况进行了评价。结果表明: ①小流域地表水高锰酸钾指数(CODMn)及总磷(TP)两项指标总体处于Ⅰ～ Ⅱ类水质标准，但多数时间总氮(TN)超标严重。②从小流域地表水水质时间变化看，高锰酸钾指数和总磷年际变化、季节变化不大，总体比较稳定；地表水总氮秋季劣于夏季；从年际变化看，总氮呈现先上升后下降趋势。③从小流域地表水水质空间变化看，河流沿程两个断面总氮超标明显。基于水质变化成因分析，对生态清洁小流域建设和管理提出了对策建议。

山区是北京的天然生态屏障和主要水源涵养及供给源地，也是人们休闲旅游度假胜地。随着山区经济社会的快速发展，一些小流域水资源、水环境问题开始出现并累积，一些小流域的生态功能、水源涵养功能、旅游休闲功能正面临退化的风险。为了保护水源，改善生态环境，将人为活动影响控制在小流域水环境可承载的能力范围之内，北京市2003年即开始建设生态清洁小流域[1]，旨在实现小流域人口、资源、环境协调发展。通过10余年生态清洁小流域建设，不仅有效保护了首都重要水源地，优化了农村生产生活环境，而且为山区经济社会可持续发展提供了支撑和保障。但是，在巩固生态治理成果过程中，发现了一些突出问题，较为典型的是污染压力增大，进一步加大了水源保护难度[2]。为了更好地解决生态清洁小流域建设、保护与开发问题，我们以北京市怀柔区神堂峪生态清洁小流域2008—2015年地表水监测资料为依据，研究分析了小流域地表水水质变化规律，以期为提高生态清洁小流域建设与管理水平提供理论支撑。

1 研究区基本情况

神堂峪小流域位于北京市怀柔区雁栖镇，地处北台上水库上游，属于雁栖河流域。该小流域总面积15.629 km2，小流域主沟道全长10.6 km，落差178 m，地势北高南低，地表径流由北向南流入北台上水库。主要岩石为花岗岩，其次是白云岩、片麻岩、石灰岩。土壤类型主要有淋溶褐土、褐土性土，山坡及山梁土层厚度一般小于30 cm，沟道周边土层厚度一般大于50 cm。主要植被有山杏、荆条、酸枣、铁狮子、板栗等，林草覆盖率90%。多年平均降水量675 mm，最大为850 mm，最小为525 mm，6、7、8三个月的降水量占全年降水量的80%。小流域内沿河分布了50多家规模较大的度假村(山庄)、垂钓园、休闲俱乐部等，养鱼场养殖排水、生活污水、垃圾污染十分严重。为了保护水源，改善环境，从2005年开始，该小流域实施了生态清洁小流域治理工程，在河道两侧民俗户安装小型污水处理设施40处，小流域内官地、神堂峪、石片3个村建设了村级污水处理工程；推广垃圾无害化处理管理体系，实现了垃圾分类专人回收、专车运送、集中处置；修建坡面石坎14 710 m3，修护树盘3 600个，垫土整地2 hm2，营造水保涵养林10.2 hm2，完成河岸绿化1 800 m2、生态治河2处、封育保护12.34 km2。随着当地水环境大幅改善，民俗旅游发展更为迅速，给小流域生态保护带来了巨大压力。该小流域经济社会基本情况见表1。

2 研究方法

2.1 样品采集化验

2008—2015年，在神堂峪小流域主沟道沿途共布设了8个水质监测样点(图1)，详细情况见表2。

表1 2008—2015年神堂峪小流域经济社会基本情况

注：数据来源于怀柔区统计年鉴(2008—2015年)。

图1 神堂峪小流域水质监测点位置

编号监测点采样位置水源类型监测指标采样时间1神堂峪景区出口沟道地表水2五道河沟道地表水3山野度假村截流地表水4潮岭渔村塘坝地表水高锰酸钾指数(CODMn)、总磷(TP)、总氮(TN) 2008—2015年,每年5—10月进行监测。每月中旬进行采样,样品采集后24h内送水质化验机构进行化验5上官地截流地表水6神堂峪村沟道地表水7神龙湾垂钓园沟道地表水8花苑湖度假村连拱闸地表水

2.2 数据处理

将各监测点样品化验结果对照《地表水环境质量标准(GB 3838—2002)》，获得相应监测点不同指标的水质级别。在此基础上，通过统计分析不同年份、不同月份及不同位置达到某一类水质的水样数量，评价小流域主沟道水质总体状况及时空变化特点。

3 结果与分析

3.1 小流域主沟道水质总体评价

通过对2008—2015年8个监测点监测结果的分析，可以得出神堂峪小流域地表水水质总体良好的结论。高锰酸钾指数及总磷两项指标达到Ⅰ～Ⅱ类水质标准的样品数量分别占总样品数的95.57%、94.79%，水质为良好(表3)。虽然总氮不作为河流水质的评价指标，但从该小流域地表水总氮监测结果可以看出，总氮指标值以Ⅴ类和劣Ⅴ类居多，达到该水质类别的样品数量占总样品数量的61.72%,小流域总氮污染超标严重。调查发现，小流域水质持续稳定良好，得益于生态清洁小流域治理工程建设了一批小型污水处理设施，并建立了工程运行管护机制，确保对村庄、度假村、民俗户排放的污水进行了处理，达标排放。分析发现，总氮达到Ⅰ～Ⅲ类水质标准的样品比例已达到24.48%，总氮超标原因可以排除河流本底值超标因素。有研究表明，小流域所在的雁栖河流域入河总氮污染负荷中，养鱼场养殖废水污染约占86%，是流域最主要的污染源[3]。通过进一步调查发现，该小流域存在较多养鱼场，其养殖过程中产生的废水未经有效处理，应是地表水总氮超标的一个重要原因。

表3 不同水质级别的样品比例 %

3.2 小流域主沟道水质时间分布规律

(1)高锰酸钾指数和总磷年际变化不大，水质总体稳定。分析发现，高锰酸钾指数各年处于Ⅰ～Ⅱ类水质标准的样品数量占总样品数的比例分别为95.83%、93.75%、100%、83.33%、97.92%、100%、95.83%、97.92%(图2)；总磷各年处于Ⅰ～Ⅱ类水质标准的样品数量占总样品数的比例分别为81.25%、 91.67%、93.75%、97.92%、100%、100%、97.92%、95.83%，水质总体稳定(图3)。调查发现，该小流域由于地处北台上水库上游，水源保护工作得到重视，沿河村庄、民俗旅游户及度假村、餐饮点的污水均进行管网收集，并持续有效处理，达标排放，大幅削减了水污染负荷，巩固了水环境治理成果。

图2 CODMn达到Ⅰ～Ⅱ类的样品比例

图3 TP达到Ⅰ～Ⅱ类的样品比例

(2)高锰酸钾指数和总磷月变化不明显，总氮秋季劣于夏季。小流域地表水高锰酸钾指数和总磷季节变化不大，其中，各月高锰酸钾指数为Ⅰ～Ⅱ类的比例达到90%以上，总磷为Ⅰ～Ⅱ类的比例达到95%以上。而小流域地表水总氮季节变化明显，秋季比夏季差，秋季总氮超标严重，90%以上的样品水质达到Ⅴ类和劣Ⅴ类(图4)，这个变化规律反映出小流域产业发展类型对地表水质影响较大。每年8—10月，是该小流域旅游旺季，小流域不仅生态环境好，还有“虹鳟鱼一条沟”的美誉，吸引了众多食客，促进了沟内水产养殖业迅猛发展，但沿河这些水产养殖点污水治理难度大，污染治理效果较差，导致河水中总氮秋季超标最多。

图4 TN达到Ⅴ类和劣Ⅴ类的样品比例

(3)总氮呈现先上升后下降趋势。小流域地表水总氮超标情况从2009年开始呈逐年上升趋势，至2013年达到最高点，之后开始逐年下降(图5)。对地表水总氮变化的成因分析发现，2009年以后山区沟域经济发展迅猛，小流域冷水鱼养殖的规模逐年扩大，与一般的村庄生活污水不同，鱼池养殖废水定期排放，且污染物含量低，一次性排水量大，处理难度增加，加之养鱼场养殖排水管理不够规范，总氮超标样品比例逐年增加，氮污染问题越来越严重。2013年开始，怀柔区大力整治雁栖湖流域水环境，清理垃圾、杂草及水面漂浮物，水环境每日维护，并加大对区域内河道、水面的整治力度，对重点部位加强巡查，对养鱼场养殖排水加强管理，严厉打击破坏水环境行为，总氮超标样品比例也开始逐年回落。

图5 TN达到Ⅴ类和劣Ⅴ类的样品比例

3.3 小流域主沟道水质空间分布规律

(1)高锰酸钾指数和总磷空间分布规律不明显。从小流域水质的沿程变化过程可知，地表水有机污染较轻，水质较好，高锰酸钾指数沿程各断面90%的样品属于Ⅰ～Ⅱ类水质，分布无明显规律(图6)；总磷次之，沿程各断面85%的样品属于Ⅰ～Ⅱ类水质，各监测点水质变化无显著特点(图7)。

图6 各监测点CODMn达到Ⅰ～Ⅱ类的样品比例

(2)沿程两个监测点总氮超标严重。从图8可以看出，2号监测点和6号监测点总氮超标最多。原因是这两个监测点附近分布着众多鱼池和民俗旅游接待点，对河流水质影响较大，总氮超标明显。受水体自净作用和沿线污染源排放的双重影响，小流域地表水总氮呈波动变化趋势，即当排入该河段的污染物量大于该河段的水体自净能力时，排污河段水质超标样品较多；但如果该河段水体净化作用大于排入该河段的污染物量时，水质呈逐渐改善趋势，下游水质超标样品比例就低于上游。