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近15年湘江水质环境演变特征

时间:2014-08-15 来源:未知 作者:小韩 本文字数:4041字
论文摘要

  前言

  随着经济的高速发展,中国流域水污染问题也越来越严重。湘江拥有丰富的水资源,担任着饮用、能源、渔业、旅游、工业生产、农业灌溉、航运等多种功能。湘江生态环境的优劣直接关系到全流域四千万人民的生存和生活,关系到全流域工农业生产和经济发展的可持续性。自古湘江水质以优良闻名,直至上世纪 70 年代,湘江整体水质仍为 II 类 ~ III类,有“绿色湘江”之称。然而,从上个世纪 80 年代开始,湘江水体和底泥污染不断加重,水质快速下降,底泥污染达到中度或重度污染,水质污染事件频发,成为全国重金属污染比较严重的河流之一。中国学者对湘江水体做了很多研究工作。

  如孙树青等评价了湘江干流的水环境健康风险;陈咏淑等认为湘江总体水质在上世纪 90 年代呈恶化趋势,主要污染源为工业和生活废水污染;李颂等通过对株洲段的水质检测及污染源调查,认为湘江流域的主要污染源为工业废水;王秋衡等认为流域污染源主要为有色金属及化工企业所排含大量重金属元素,并建议改进现有生产工艺使生产废水达标排放。

  本文将研究近 15 年的湘江水质环境演变特征,从总体和时空上分析,并用环境库兹涅茨曲线模型探讨废水排放总量与经济发展间的关系,在此基础上提出相应的解决对策。研究湘江水质的演变特征,对今后湘江流域甚至湖南经济的可持续发展和生态环境的改善有着重要的意义。

  1 湘江流域水质环境演变特征分析

  1. 1 湘江流域水质综合状况演变分析
  对流域 1996 年 -2010 年总体的污染指数以及各个监测断面水质状况进行分析,运用单因子污染指数法和内梅罗污染指数法得出不同年份各个水质级别的断面数及达标断面数(符合人类饮用的水质所占断面)的比例,并对湘江流域的达标断面情况进行分析。具体计算结果见表 1。【表1】

论文摘要  
  湘江流域水质达标断面百分比较为明显地分成两个阶段,在 1996 年 -1999 年间,湘江水质处于持续恶化阶段,并在 1999 年达到最低值,说明这一期间流域所受污染比较严重,也没得到有效的治理,以致水质日益恶化。自 1999 年 - 2010 年,断面达标率基本呈上升趋势,由 1999 年的 22. 86% 上升至2010 年的 95% ,说明 1999 年以来,湘江流域得到了有效治理,治理措施得当,水质有所好转,在 2010 年依然保持较好的改善趋势。

  为了更好地了解湘江流域综合水质状况,下面对湘江流域1996 年 -2010 年监测评价河长(km)进行统计,以此更好地评价湘江综合水质变化情况,结果见表 2。【表2】
论文摘要
  
  由表 2 可知:湘江流域水质符合Ⅰ、Ⅱ类标准的河长波动很大,从 2001 年开始急剧减小,2004年起又有回升趋势,说明对湘江流域治理方针在不断变化,近几年也加大了对湘江流域水环境的保护;水质符合Ⅲ类标准的河长 1999 年开始增加,到 1998 年达到最高值后又减小,表明受污染河长有所增加;水质符合Ⅳ类标准的河长除个别年份外,变动不是很大,总体呈增加趋势;符合Ⅴ类标准的河长逐年增加,所占比重越来越大;在湘江流域的监测河长中,水质状况并不很理想,适合人类饮用的河段越来越少,水质呈现恶化趋势。
  
  1. 2 湘江流域不同断面与河段水质比较分析
  如表 3 所示,从湘江干流选取有代表性的 8 个断面,计算近十五年 10 种主要污染物内梅罗指数。【表3】
论文摘要

  据内梅罗指数水质分类:老埠头、乌龙嘴、湘江口尚属清洁,松柏下、合江套属轻度污染,五星属中度污染,霞湾和三叉矶属重度污染。其中霞湾断面尤以石油类和汞污染突出,是所有断面中最高的,分别为 1. 97 和 1. 25,表明株洲河段的工业污染最严重;五星断面挥发酚的污染指数为 0. 92,在所有断面中最高,汞和石油类的污染也很严重,分别为 0. 80 和0. 64,说明湘潭段的工业污染也很严重,但相比株洲稍轻。衡阳河段的代表性断面主要是重金属污染,松柏下断面重金属污染指数达 1. 86,高于霞湾(1. 83)和合江套(1. 17)。总之,湘江流域长株潭三个河段污染最厉害,其次是衡阳河段,永州和岳阳河段水质较好,乌龙嘴的内梅罗污染指数最低,监测的污染物都在标准内,三叉矶最高,存在相当一部分超标物。

  1. 3 湘江流域不同时段污染物演变分析
  如表4 所示,选取湘江1996 年 -2010 年7 种主要污染物,通过采用单因子污染指数法和综合污染指数法得到的每种污染物的年度平均污染指数,并作 Sperman 秩相关检验得到各污染物的演变趋势。【表4 略】

  得到秩相关系数 Tn,将|Tn| 与秩相关系数临界值表中的 Wp(n = 15,0. 441)比较,若| Tn| > Wp,则水质变化显着。若 Tn> 0,则水质呈下降趋势 ( 水质变好);若 Tn< 0,则水质呈上升趋势(水质变差)。
  
  1. 3. 1 氨氮和总磷变化分析
  如表 4 所示,氨氮 Tn< 0、| Tn| > Wp,说明内梅罗指数下降显着,水质显着变好;总磷 Tn< 0、| Tn|< Wp,说明内梅罗指数下降不显着,水质不是显着变好。这两类污染物主要来自生活污染和农业污染,在 2000 年之前,无毒污染物中上升趋势最明显、上升幅度最大且污染指数最高的是总大肠菌群和总磷,氨氮上升趋势不明显,污染指数也不高,在 1997年达到0. 630,2007 年后有下降的趋势,总磷在1997年 - 2000 年急剧上升。说明随着经济和社会的发展,居民消费水平的提高,城市人口的增加,生活和工业污水的排放也随之不断增加,农业污染相应地加剧,以致这几年湘江流域水质环境不断恶化。

  1. 3. 2 石油类和挥发酚变化分析
  挥发酚和石油类 Tn< 0、| Tn| > Wp,说明内梅罗指数下降显着,水质显着变好。这两种污染物是有毒有机污染物,主要来自于工业污染。挥发酚的变化一直比较平稳,且污染指数不高,基本上接近0. 5,2003 年时还达到最低值,为0. 042 0,只有曾在1984 年时也出现过异常值 1. 203,达到最大值状态。石油类污染也不是很严重,只是在 1999 年达到高峰值,为0. 321 2。

  1. 3. 3 重金属变化分析
  总砷和总汞 Tn< 0、| Tn| > Wp,说明内梅罗指数下降显着,水质显着变好;Tn< 0、| Tn| < Wp,说明内梅罗指数下降不显着,水质不是显着变好。总镉这类污染物来自工业污染,据统计,重金属中汞、铅和砷在 1996 年前污染不是很严重,污染指数基本低于0. 2,但在 1996 年 -2000 年,砷和镉的污染较严重,污染指数急剧增加,上升幅度较大,十五规划期间又有所下降。由此可见,前十年湘江水体工业污染较严重,并以重金属污染突出。

  2 污水排放与流域水质的关系

  2. 1 湘江流域污水排放量分析
  据 2010 湖南环境公报,2010 年湘江流域工业废水排放量为44 214. 99万吨,而中下游的长株潭 3市工业排污量达14 593. 02万吨,占流域的 33%。湘江流域主要行政区域工业排污量为 9. 6 亿吨,工业污水中 COD 排放量 18. 8 万吨。由 1996 年 - 2010年的统计数据可知(见表 5)。【表5.略】

  
  湘江流域各行政区的排污量有逐年减少的趋势,1996 年湘潭、衡阳、株洲的排污量都很大,尤其是湘潭,但至 2010 年湘潭排污量已减至5 451. 55吨,降低 77. 4%,2005 年时郴州、永州的排污量却增加了,尤以郴州最为突出。

  湖南省内湘江流域各行政区域的排污量总体上都呈下降的趋势,纵观 1996 年 -2002 年间,湘潭市是沿岸城市排污量最大的城市,其次为娄底市,2001年后湘潭的排污量有下降的趋势,但是衡阳却有上升的势头。因此,2003 年后,湘潭的排污量持续走低,其他城市的排放量都小于10 000吨/年,并且永州和长沙的排污量还维持在3 000吨/年以下。

  2. 2 废水排放量与经济发展的环境库兹涅茨曲线
  经济学家格鲁斯曼和克鲁格在实证研究基础上发现,环境污染程度与人均国民经济收入之间呈倒U 形关系。因此,于 1995 年提出了环境库兹涅茨曲线(EKC)的假说。

  用废水排放总量与经济发展的关系,预测湘江流域水环境的变化趋势。以人均 GDP 为 X 轴,代表经济发展水平,相应的废水排放量(废水总量、工业废水量、生活废水量)为 Y 轴,进行拟合。根据拟合的结果,得到三条曲线图 1 ~ 图 3。人均 GDP 与废水总量和生活废水之间的拟合曲线都是上升的曲线(图 1、图 3),两者有较好的相关性。【图1-3】
论文摘要

  尤其是生活废水,即随经济的发展,废水排放总量和生活废水逐年上升,这也和湘江流域近年来水环境质量恶化的整体趋势一致。人均 GDP 和工业废水排放量却是一条下降的曲线(见图 3),随着工业结构的改善和技术的革新,工业废水排放量下降的比较多。分析变化趋势的原因:(1)城市化水平偏低,污染处理技术处于落后水平。湘江流域城市功能发育不完善,聚集效应差,与城市相关的基础设施薄弱,且流域内污水处理量、处理率低于全国平均水平,也远远低于经济实力较强的广东、江苏、浙江等省。(2) 城市产业结构层次低,水污染较严重。

  2008 年,湘江流域三次产业结构为 13. 83∶49. 10∶43. 24,第二产业比重比第一、第三产业分别高35. 27 和 12. 03 个百分点,第二产业在三次产业中的比重比全省平均水平高 4. 88 个百分点。

  3 结语

  当前,湖南省在治理湘江上采取许多方法,也取得了较好的成果。但是鉴于流域水环境治理的难度,建议从下面几点加强湘江水质管理:因为流域自2004 年始,生活废水排放量开始超过工业废水排放量,且其占废水排放总量的比重有扩大趋势,所以必须强化生活污水治理;湘江流域属于产粮重要区域,化学肥料的使用必然带来湘江水体的污染,所以必须加强农业非点源污染治理。重金属一直是湘江污染的主要污染因子,流域上游也是中国重要的有色金属产地,所以加强湘江重金属治理是湘江水环境治理的重中之重。

  参考文献:

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  [3]孙树青,胡国华,王勇泽,等. 湘江干流水环境健康风险评价[J]. 安全与环境学报,2006,6(2):12 -15.
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  [6]王秋衡,王淑云,刘美英. 湖南湘江流域污染的安全评价[J]. 中国给水排水,2004,20(8):104 -106.

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