东江源区地表水质变化特征及成因分析

2017-09-11

水利水电快报 2017年8期

(江西省赣州市水文局，江西赣州 341000)

东江源区地表水质变化特征及成因分析

曾金凤曾阳松

(江西省赣州市水文局，江西赣州341000)

基于东江源区1975～2016年时间序列数据，采用均值型污染指数法、季节性肯达尔检验法和ArcGIS空间分析技术等方法分析评价了该地区地表水水质特征、典型水功能区水质及特征污染物氨氮变化情况。结合源区的优势产业及主要排污口分布，采用等标污染负荷法、水质水量联合评价及皮尔逊相关分析法，探讨影响水质时空分布的自然和人为因素，分析了东江源区水质问题及成因，为落实东江源区生态补偿、水资源保护规划典型试点工作、最严格水资源达标考核及“河长制”的实施、苏区振兴等相关政策的落实提供参考。

水质评价；地表水；东江源区

珠江流域东江水水质一直备受各方关注，东江源区也先后被列为国家生态补偿试点区域，财政部、水利部、环保部联合确定的国土江河综合整治试点区域，水利部水生态保护修复典型区域，珠江流域水资源保护规划重点区域，江西省“河长制”试点区域，并提出“保东江源一方净土，富东江源一方百姓，送粤港两地一江清水”的目标。

为此，本文利用源区较为完善的水文水质监测站网及长系列的水文水质监测资料，采用均值型污染指数法[1]、季节性肯达尔检验法[2]和ArcGIS空间分析技术等方法分析评价了其地表水水质特征、典型水功能区水质及特征污染物氨氮变化情况。结合源区的优势产业及主要排污口分布，采用等标污染负荷法[3]、水质水量联合评价及皮尔逊相关分析法，探讨影响水质时空分布的自然和人为因素，辨识了东江源区水质问题及成因。

1 区域概况

东江源区位于江西省南部，主要涉及寻乌、安远和定南3县，流域面积3 524 km2，地表水资源量30.2亿m3。境内河流属珠江流域东江水系，主要水系有寻乌水和定南水，见图1。

1.1 监测站网及水功能区划

东江源区域内设有各类水文水资源监测站点133 处。其中，水文站4站，水位站21站，雨量站85站，水质监测站18 站，墒情站5 站。自1975年1月起，先后进行了降水量、蒸发量、水位、水温、水质、泥沙和墒情等常规监测。

根据《江西省地表环境水功能区划(2010年)》(以下称《水功能区划》)，东江源区共划有水功能区38个，国家重要江河水功能区6个，省划水功能区12个，市划水功能区20个。包括保护区3个，保留区22个，缓冲区3个，开发利用区10个；开发利用区中含饮用水源区8个，工业用水区2个。相应水功能区名称及对应目标水质见表1。

1.2 资源与产业布局

东江源区农业发展具有显著的区域特色。目前林地面积 2.33万hm2，耕地面积 3.04万hm2，脐橙、茶油、生猪为农业主导产业。安远、定南和寻乌3县分别被定为我国主要的脐橙生产基地和全国优质供港生猪生产基地。

源区矿产资源种类丰富，其中，寻乌、安远和定南3县是世界上最大的离子吸附型稀土矿主产区之一。目前，已探明矿产种类约25种，以稀土、砂、黏土等为主。现有矿山214个，采矿迹地53.76 km2，弃矿区面积17.55 km2。

图1 东江源区主要水系

表1 东江源区水功能名称及对应目标水质类别

图2 东江源区省划水功能区水质监测断面位置

2 地表水资源分析与评价

2.1 数据与方法

基于2016年东江源18个省划水功能区水质监测成果，选取pH、氨氮、化学需氧量、总磷、砷等7个主要污染因子，根据《地表水环境质量标准》(GB38383-2002)，采用均值型污染指数法、单因子指数法，按不同类型水功能区目标，对不同类型、不同水期水质类别进行水质评价，并采用ArcGIS9.30 软件分析水功能区水质空间分布特征。

运用PWQTrehd水质分析软件，选取2007～2016年9个有连续5 a以上监测资料的水功能区分析年际变化特征与变化趋势。采用水质水量联合评价及皮尔逊相关分析法，基于2007～2016年《赣州市水资源公报》相应的人口规模、区域经济发展和土地利用结构等相关数据，探讨影响特征污染物氨氮时空分布的自然和人为因素。

2.2 地表水资源质量特点

2.2.1 不同水期水功能区水质变化

选取18个省划水功能区代表断面(相应位置见图2)计算汛期、非汛期不同水期综合污染指数(见表2)。由表1对比分析，同一水功能区汛期综合污染指数小于非汛期，说明汛期水质优于非汛期。

2.2.2 不同类型水功能区水质

由表2分析，以2016年为例，源区寻乌水保护区、饮用水源区、支流保留区的综合污染指数均在0.21～0.40之间，水质较好；寻乌水保留区、缓冲区、工业用水区综合污染指数均在 0.41～0.70之间，轻度污染。定南水饮用水源区、缓冲区、保留区综合污染指数在 0.21～0.40之间，水质较好；下历水保留区、三百山保护区综合污染指数在 0.41～0.70之间，轻度污染；下历河工业用水区综合污染指数在 0.7～1.00，中度污染。

2.2.3 水质类别分布

定南水和寻乌水Ⅰ类和III类水所占比例为 73.6%和76.0%；Ⅳ类及上类别分别为 26.4%和 24.0%。其中，定南水劣Ⅴ类水比例比寻乌水高13.4%。整体上，源区Ⅱ类水质所占比例最大，为 59.5%；Ⅰ类水所占比例最小，为 6.4%。

2.2.4 空间分布

根据现状分析，结合已有成果[4]，东江源空间分布特征为北部源头水质良好，中部寻乌县城水质污染较严重，东部寻乌水中下游、西南部定南水定南县城附近水体污染严重。

表2 2007～2016年东江源区18个省划水功能区代表断面不同水期综合污染指数统计

注：-表示未开展监测。

2.2.5 时间变化

(1)年内变化。2016年，定南水汛期(4～9月)、非汛期(1～3月，10～12月)、全年水质达标率均为 77.8%；寻乌水汛期、非汛期、全年水质达标率分别为88.9%,77.8%,88.9%。水质汛期略好于非汛期。

(2)年际变化。东江源污染指标变化上升趋势综合指数WQTIUP为0.23，下降趋势综合指数WQTIDN为0.31，WQTIUP小于WQTIDN，表明东江源水质整体状况趋于好转。

2.3 典型水功能区水质状况

(1)国家重要江河湖泊水功能区水质达标率偏低。2012～2016 年，国家重要江河湖泊水功能区达标率只有63.3%，相比国家水利规划总院下达的2015，2020年和2030年水功能区达标率70%，88%和95%偏低。不达标水功能区为寻乌水寻乌保留区、寻乌水赣粤缓冲区和定南水赣粤缓冲区，相应达标率分别为8.33%，60.0%和60.0%，主要污染物为氨氮。

(2)省界出境水体水质呈现好转。2008～2016年9 a间，东江源区出境水质类别多在Ⅳ～劣Ⅴ类，寻乌水赣粤缓冲区全年、枯水期、丰水期达标率分别为 44.4%，33.3%，44.4%；定南水赣粤缓冲区不同水期达标率均为 44.4%，汛期优于枯期，主要超标项目为氨氮。由表1分析结果，结合已有研究成果[5]表明，出境水整体水质呈现好转，2015～2016年出境水质均达标。

(3)部分水功能区污染严重。定南水下历河定南工业用水区常年不达标，Ⅴ类水占 3.03%，劣Ⅴ类水占 86.4%，达标率仅为10.6%，氨氮、总磷、COD、pH等指标时有超标。定南水下历河定南保留区水质均为劣Ⅴ类水，主要超标项目有氨氮、总磷、氟化物、高锰酸盐指数等。寻乌水寻乌保留区水质达标率13.1%，Ⅳ类水占18.7%，Ⅴ类水占32.6%，劣Ⅴ类水占 28.2%，主要超标项目均为氨氮[6]。

2.4 特征污染物氨氮变化

根据2.2节、2.3节的分析，结合已有监测成果[7]，可断定源区特征污染物为氨氮。

(1)年际时间变化。氨氮浓度呈高度显著上升的比例为 55.0%，显著下降比例为15.3%，无明显变化趋势比例为29.7%。上升趋势水质站数NUPm为0.55，下降趋势站数NDNm为0.15，NUPm大于NDNm。年际氨氮浓度上升趋势水质站数大于下降趋势站数，整体呈上升趋势。

(2)空间变化。东江源空间分布特征为北部源头氨氮浓度低，中部寻乌县城氨氮浓度较高，东部寻乌水中下游及西南部定南县城附近水体氨氮浓度大；省界出境断面氨氮浓度超标。

(3)特征污染物水质类别分布。东江源氨氮超标水功能区浓度主要集中在2～10 mg/L之间，即劣Ⅴ类标准浓度比例达 41.3%。定南水下历河工业用水区氨氮污染最严重，劣Ⅴ类比例、年平均浓度、超标倍数及单次最高值均出现在该水功能区。

图3 东江源区主要污染源分布

3 水资源质量问题识别与成因分析

3.1 典型水功能区不同程度污染

按东江源区土地利用现状和《水功能区划》，分析总结得到水域污染源的现状分布，见图3。根据2015年赣州市水资源监测中心对源区污染调查数据，采用等标污染负荷法分析评价典型区域主要污染源与污染物。

3.1.1 源区主要污染源分布

(1)工业污染源主要分布在寻乌水寻乌保留区、定南水下历河定南工业用水区和定南水下历河定南保留区3个水功能区，既有点源污染，又有面源污染。

(2)农业污染源主要分布在寻乌水寻乌保留区、定南水安远-定南保留区和定南水老城河定南保留区3个水功能区，主要污染源来自农田和果园。

(3)生活污染源分布较为简单，主要来自于寻乌县和定南县2个人口较为密集的县城区。

3.1.2 典型水功能区主要污染源与污染物

对污染严重的寻乌水寻乌保留区、定南水下历河定南工业用水区等典型水功能区，进行污染源与污染物分析，见表3。

(1)主要污染源。定南水下历河工业用水区河段主要污染源为南方稀土排污口、定南富田工业园(南区)排污口、定南污水处理厂，占排污量的 84.1%。寻乌水寻乌保留区河段主要污染源为寻乌石排原稀土矿区排污小溪、寻乌石排工业园甲子背(上甲涵水)小溪排污口，占排污量的 86.5%。

(2)主要污染物。等标污染负荷法分析得出寻乌水主要入河污染物有氨氮(51.86%)、总磷(9.69%)、悬浮物(27.30%)，3者累积等标负荷比例为88.9%。定南水主要入河污染物有氨氮(30.31%)、悬浮物(15.97%)、化学需氧量(17.16%)、总磷(15.80%)，四者累积等标负荷比例为 79.2%。

表3 东江源区主要工业废水污染源和污染物评价结果

表4 东江源人类活动与氨氮指标浓度皮尔逊相关性分析结果

注：** 在 0.01 水平(双侧)上显著相关；* 在 0.05 水平(双侧)上显著相关；1亩=0.066 7 hm2。

3.2 特征污染物氨氮超标

3.2.1 径流量对氨氮浓度的影响

通过水质水量联合评价分析源区自然因素对氨氮指标的浓度影响。选取2016年开展监测的定南水、寻乌水不同空间水功能区及氨氮超标水功能区代表断面，分析水量对氨氮浓度指标的影响。

另有分析表明，定南水源头保护区、定南水定南保留区、定南水赣粤缓冲区及寻乌水源头保护区氨氮浓度随流量的增大而增大，表明其受面源污染影响较大；定南水下历河工业用水区、保留区及寻乌水寻乌保留区、寻乌水马蹄河工业用水区、寻乌水赣粤缓冲区，氨氮浓度随流量的增大而减小，表明其受点源污染影响较大，符合 3.1节源区主要污染物的空间分布特征。

3.2.2 人为因素对氨氮浓度的影响

人类活动主要通过人口状况、经济发展和土地利用结构等方面去影响河流水质[8]。根据源区的支柱产业排污特点，采用皮尔逊相关分析方法，从区域经济发展、人口规模、土地利用结构3方面7个指标，分析东江源区人类活动与氨氮浓度的相关性，见表4。

从相关系数大小分析，东江源区、定南水和寻乌水氨氮最大相关系数均为第二产业，相关系数分别为 0.972，0.979和 0.863；最小相关系数分别是林果地、第一产业和牲畜，相关系数分别为 0.673，0.622和0.373。除寻乌水的养殖业无明显关系外，其氨氮指标与流域内的人口、第一产业、农业、果业、养殖业相关指标存在明显的相关性，也是主要污染源之一。

结合源区的社会经济、优势产业及污染源分布，稀土矿业为东江源区、定南水、寻乌水的工业主导产业，稀土采选矿业为东江源区及相应水系的主要污染源，符合稀土采选矿业工艺污染物排放特征[9-10]。

3.3 水质趋好转

从2.2节水资源质量特点分析，源区水质趋于好转，考虑政策时滞因素，这与2003年以来开展的一系列东江源保护修复措施相吻合[11]。2003～2016年间，为了改善和保护源区生态环境，中央、江西和广东省人民政府相继出台了一系列保护政策，实施环境保护与生态建设工程如以“青山绿水”为重点的9项生态工程，对源区矿产资源开发秩序进行整顿和规范，按照相关政策实施退果还林，建立污水处理厂与垃圾中转站。

此外，以大型养猪场为代表的养殖业污染处理设施不完善，水土流失、面源污染严重，水利工程监管欠缺，部分河段减水脱水[11]，生态环境与水资源保护矛盾突出等多种因素的影响，形成了东江源区特有的水资源质量特点。

4 结论

经上述分析，可以得出以下结论。

(1)水资源质量特点。从不同水期看，源区汛期略好于非汛期。从水质类别看，I～III类优良水及合格水比例在73%～77%之间；II类水质所占比例最大，为 59.5%；Ⅰ 类水所占比例最小，为6.4%。对于不同水功能区，除保护区和饮用水源区水质较好，其他类型的水功能区均有不同程度的污染。从空间分布看，北部源头水质较好，中部寻乌县城水质污染较严重，东部寻乌水中下游、西南部定南水定南县城附近水体污染严重。

(2)典型水功能区水质特点。国家重要江河湖泊水功能区达标率偏低，为 71.4%，主要超标项目为氨氮。2008-2016年9 a间省界出境断面水质类别多为Ⅳ～劣Ⅴ类，达标率为 44.4%，超标项目为氨氮，但水质趋于好转。部分水功能区污染严重，定南水下历河工业用水区、寻乌水寻乌保留区、定南水下历河定南保留区等部分水功能区污染严重，主要超标项目为氨氮。

(3)典型污染物氨氮变化。从时间变化看，年际氨氮浓度整体呈上升趋势，年内汛期浓度低于非汛期。从空间变化看，北部源头氨氮浓度低，中部寻乌县城、东部寻乌水中下游及西南部定南县城附近水体氨氮浓度大。

(4)水质特点成因分析。由于历史、人口、资源、发展方式等多种因素的影响，源区以稀土、钨开采冶炼为主的矿业，以脐橙、蜜橘开发为主的果业，以大型养殖场为代表的养殖业等产业，对源区水生态水环境造成一定的破坏。加上水利工程监管欠缺，部分河段减水脱水；污染程度不同，供用水安全受到威胁。但由于各级政府护源有力，源区水体水质呈好转趋势。

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(编辑：陈紫薇)