北京北运河水系水质污染特征及污染来源分析
荆红卫;张志刚;郭婧
【摘 要】以北运河水系主要干支流2011年1～12月23项指标的监测数据为依据,采用水质类别法和平均综合污染指数法,对水质污染特征进行综合评价,运用主成分分析和系统聚类分析法,对水质指标主成分以及水质差异进行分类,并进一步对不同干支流污染来源进行分析.结果表明,北运河水系由于排污量大,她表水污染严重,除城市中心区部分河流水质为Ⅲ～Ⅳ类外,城市排水河流、远郊河流水质均为劣Ⅴ类.水质由3个主成分组成,COD、CODMn、BOD5、NH3-N、TP等为第一主成分;汞为第二主成分;石油类为第三主成分.干支流水质分为4类:第1类为清洁水源类河流,主要集中在城市中心区,降雨地表径流、雨污合流管网溢流引起的非点源污染是影响其水质达标的重要污染源；第2类为再生水水源类河流,主要集中在城市排水上游河流,城镇污水处理厂捧水是其主要污染源；第3类为再生水与污水混合水源类河流,主要集中在城市排水下游河流及部分远郊区河流,由于城市下游排水管网不健全,远郊区污水集中处理率低,生活源和农业源的污染贡献率较高,水质污染严重；第4类为污水水源类河流,分布于远郊区县,农业污染占比较大,水质污染最严重.%Bad on the monthly monitoring data of 23 water qua
lity indexes of the main streams and tributaries of Bei Canal river system in 2011, a comprehensive water quality evaluation was made using water quality category method and average comprehensive pollution index method. Principal components of water quality indexes and pollution sources were determined with principal component analysis (PCA) and system clustering analysis method (SCAM). The results showed that the surface water in Bei Canal river system was heavily polluted due to high pollution discharge. Except that the water quality of urban central rivers was in class Ⅲ～Ⅳ, the water quality in other areas such as urban drainage rivers and outsuburb rivers was below class V. According to the PCA results, the first principal component of water quality involved COD, CODMn、BOD5, NH3-N, TP, TN. The cond principal component was Hg. The third principal component included petroleum contaminants. The rivers were classified into 4 categories bad on their water pollution characteristics. Category 1 was compod of rivers that had clean water sources and were located mainly in urban central areas; the river water was polluted primarily by non-point source pollution. Category 2 was comprid of rivers with renewable water sources, chiefly located in the u
pstream of urban werage and drainages; the urban wage treatment plant drainage was identified as the primary pollution source. Category 3 consisted of rivers with blended water sources including renewable and wage water, which were located in the downstream of urban werage and drainages as well as in the outskirt areas; pollution level of the rivers were high due to domestic and agricultural pollution sources. Category 4 was rivers with polluted water as source, located in the outsuburb; the major pollution source of the rivers included wage discharged from agricultural practices.
【期刊名称】《中国环境科学》
【年(卷),期】2013(033)002
【总页数】9页(P319-327)
【关键词】北运河水系;地表水质;污染特征;污染来源
【作 者】荆红卫;张志刚;郭婧
【作者单位】北京市环境保护监测中心,北京100048;核与辐射安全中心,北京100082;北京市环境保护监测中心,北京100048
【正文语种】中 文
【中图分类】X522
北京地处海河流域,从东到西分布有蓟运河、潮白河、北运河、永定河、大清河五大水系.其中只有北运河水系发源于本市,其流域范围涉及10个区(40个乡镇,1600多个行政村).流域面积占全市总面积的 25.9%,人口却占全市总人口的70%以上,GDP占全市的80%以上[1],是北京市人口最集中、产业最密集、城市化水平最高的流域.由于流域排污量大,水资源量匮乏,因此地表水污染十分严重,具有典型的城市河流污染特征和变化规律.近年来,虽然北京市河流污染治理力度逐年加大,市区污水处理能力不断提高,重污染企业搬迁和产业结构调整等,水质污染状况有了很大程度改善,但由于污染物排放量远超过其环境容量,仍有80%以上河段水质为劣Ⅴ类[2].
国内外对地表水方面研究,一方面集中于对大江大河、湖泊的研究,对于人口集中、经济发达
城市区域地表水研究不多[3-5];另一方面,现有研究主要针对耗氧有机物和营养盐等几项主要指标,鲜见针对地表水标准中20余项指标的全面分析与评价[6-8].本文选取了23项污染指标,对北运河水系水质污染特征以及污染来源进行了全面分析与评价,以期有针对性地提出治理措施.
1 研究区域与方法
1.1 研究区概况
北运河水系在北京境内干流总长约 90km,按照区域特征、水域功能等,又可分为城市中心区河流、城市排水河流以及远郊区河流.中心区河流主要有昆玉河、长河、北护城河、南护城河等,为重要景观河流.排水河流主要有清河、坝河、通惠河、凉水河四大排水系统,市区内的雨水、生活污水、工业废水都经过这四个水系最终汇入北运河.其中清河水系是市区西北部的排水河网,接纳肖家河、清河 2座污水处理厂退水;坝河水系是市区东北部排水河网,接纳北小河、酒仙桥2座污水处理厂退水;通惠河是城区雨水管道的排水尾闾,接纳高碑店污水处理厂退水;凉水河水系是市区西南部排水河网,接纳方庄、吴家村、卢沟桥、小红门、亦庄开发区5座污水处理厂退水.远郊河流主要有温榆河、北运河、凤河、港沟河等,为一般景观
用水和农业用水.
1.2 监测概况
本研究数据来源于北京市环境保护监测中心地表水监测网,主要选择了23条(段)干支流.每条河段设置有1～3个监测断面,见图1.监测时间为2011年1～12月,每月监测1次.监测项目为《地表水环境质量标准》[9]中的23项,分别是水温、pH值、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、高锰酸盐指数(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、总氮(TN)、铜(Cu)、锌(Zn)、氟化物(F－)、硒(Se)、砷(As)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr6+)、铅(Pb)、氰化物(CN-)、挥发酚(AR-OH)、石油类(OIL)、阴离子表面活性剂(LAS)、硫化物.监测项目分析方法依据《地表水环境质量标准》[9]和《水和废水监测分析方法》[10].
1.3 评价统计方法
1.3.1 水质评价方法 水质评价方法采用水质类别法和平均综合污染指数法.水质类别评价采用单因子评价法,其中断面水质类别评价根据评价时段内该断面参评指标中类别最高的一项
来确定,河流水质类别评价先计算该河流所有断面各评价指标浓度算术平均值,然后按照“断面水质类别评价”方法进行评价.依据《地表水环境质量标准》[9],将水质类别分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类,水质达不到Ⅴ类标准的,定义为劣Ⅴ类.
平均综合污染指数计算方法如下:
(当污染指标为溶解氧时:P i = C0Ci )
式中:Ci为某评价指标监测浓度值;C0为某评价指标标准值;i为评价指标个数,i＝1,2,3,……,n; Pi为第i项指标的污染分指数;P为平均综合污染指数;评价标准执行《地表水环境质量标准》[9]中的Ⅲ类标准值.
1.3.2 数据统计方法 本研究数据统计方法采用主成分分析和聚类分析法[11-12].主成分分析是将多个指标化为少数几个不相关的综合指标(主成分)的统计分析方法,综合指标能反映出原指标所提供的绝大部分信息,达到降维和源识别的目的.本文取样足够度的 Kair-Meyer-Olkin度量值为 0.748(＞0.7),选取的主成分累计方差贡献率在85%以上(一般要求大于70%).
