（环境工程专业论文）漕河大册营至西庄段水环境研究.pdf

华北电力大学硕十学位论文摘要 中文摘要 漕河大册营至西庄段河水因近年来上游的造纸等工业用水以及满城镇的生活污 水的不断排放，已形成了一条排污河，同时由于其特殊的水质地形，导致污水河流 下渗，形成一个污水反漏斗。反漏斗的封闭区域仅离保定市一亩泉水源地不足5 k m ， 而河流的下游又是保定市有名的白洋淀风景区。针对这两个问题本文进行了保定市 漕河大册营至西庄段河流的水环境研究。对此河段的水质做了地表水和地下水的现 状评价，在评价的结果上分别运用一维水质模型和灰色预测数学模型对漕河此河段 流域的地表水质和地下水质进行时空预测。预测结果表明，模型符合流域的实际情 况，并以此推断出漕河流域的水质影响，本文所作的工作具有一定的理论意义和现 实意义。 关键词：漕河流域，现状评价，一维水质模型，灰色g m 模型，模型预测 a b s t r a c t c a o h er i v e rf r o md a c e y i n gt ox i z h u a n ga r e ah a sb e c a m et oap o l l u t i o nr i v e rd u et o d i s c h a r g i n gs e w a g eo fp l a n t a n dc o u n t r y s i d e t h ep o l l u t e dw a t e ri n f i l t r a t e di n t ot h e u n d e r g r o u n da n df o r m e dag r o u n dw a t e r m o u n d t h er e a c ho fw a t e rm o u n di so n l yf i v e k i l o m e t e r sa w a yf r o mt h eg r o u n d w a t e rs o u r c ei nb a o d i n gc i t y m o r e o v e r ，c a o h er i v e r s l o w e rr e a c h e si sb a i y a n g d i a nb e a u t ys p o t t h i sp a p e ra c c o r d i n gt h et w o p r o b l e m s s t u d i e d t h ew a t e re n v i r o n m e n to fc a o h er i v e rf r o md a c e y i n gt ox i z h u a n ga r e a t h es t u d y i n c l u d e st h ew a t e rq u a l i t ya n a l y s i so fs u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e ra n dt h ef o r e c a s to f w a t e r q u a l i t y ，w h i c hb a s e d o nt h ea n a l y s i su s e do n e - d i m e n s i o nm o d e la n dg r e yp r e d i c t i n g m o d e lt op r e d i c tt h ew a t e rq u a l i t yo fs u r f a c ew a t e ra n dg r o u n d w a t e ri ns p a c e t i m e t h e r e s u l t ss h o w st h a tt h em o d e l sa r er e a s o n a b l ea n ds i m p l e t h ej o bd o n eo f t h i sp a p e rh a s v e r ys t r o n gt h e o r ym e a n i n g a n dr e a l i s t i cm e a n i n g c h e n c h u n c h a o ( e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i a t ep r o f x up e i y a o k e yw o r d s ：c a o h er i v e r ，t h e c u r r e n ts i t u a t i o n a p p r a i s i n g ，o n e d i m e n s i o n w a t e r q u a l i t ym o d e l ，g r e ym o d e l ( 1 ，1 ) ，t h em o d e lp r e d i c t i n g 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文漕河大册营至西庄段水环境研 究 ，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的 任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：l l 窭坠丝日期：兰! ：垒! ：兰 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即；学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：塑查望 日期：窆! 心 导师签名： 日期： 华北电力大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 课题背景 本课题是对保定地区漕河河流大册营至西庄段进行水环境分析研究，初步搞清 其水环境现状，并依此做出科学的污染预测及合理的防治对策。漕河流经保定市区 北部，河道基本紧靠市区行政界限，其水环境的好坏对市区的水环境有直接影响。 而近年来漕河的水环境呈极度恶化的趋势，究其原因是由于漕河上游工业的迅猛发 展以及生活污水的逐年增加，工厂排放的废水和生活排出的污水未经处理就直接排 入河流，这使得漕河现己基本成为一条排污河。污水不经任何处理，只靠自身的自 净化很难使污染物浓度达到安全范围之内，这必然对下游白洋淀的水环境和一亩泉 水源地造成一定威胁。另外，漕河上游的工业大都是规模较小、污染严重的乡镇企 业尤其是大量造纸业等，这些企业的工业用水是通过直接开采地下水来进行的。地 下水的开采量逐年增加，导致地下水水位持续下降，特别是从9 7 年至2 0 0 1 的4 年 间，水位下降极快，下降速度达6 5 5 米年。地下水开采降落漏斗因此逐渐形成。大 册营地下水资源的这种均衡状态遭破坏的强度与速度在保定市历史上是绝无仅有 的。市区地下水漏斗在五、六十年代形成时，水位最快下降速度为2 米年，这已 经引起了国内有关专家的关注。而现今大册营正漏斗地下水位的下降速度比市区的 大2 至3 倍。比较来看，水资源的这种极度破坏足应引起我们的重视。再者开采的 地下水经工业生活利用后大量排污汇入漕河。漕河的大册营至西庄段河流是砂质河 床，由于建筑业采沙使河床形成大大小小的采沙坑，污水通过采沙坑下渗，污染了 地下水并形成地下水污水反漏斗。地下水反漏斗向四周扩散，即将和一亩泉水源地 正漏斗相接，已经威胁到了一亩泉水源地和市区水源地的水质安全。综上分析，对 漕河水环境进行全面调查研究、特别是对其污染趋势进行预测已是迫在眉睫的工 作。 1 2 漕河河流段的水环境演变过程 漕河发源于易县山区，出山口处修建有龙门水库，水库下游即为满城县有名的 龙潭峡谷风景区。河流进入大册营至西庄段，在地貌上属于沙质河床类型。该类河 段的河床、河谷与河漫滩地貌特征典型、植被发育好、河谷宽度大，是河流全程中 生态环境与自然风景最优良的河段。 在八十年代中期以前，漕河基本上是一条未受污染的自然河流。丰水期有洪水 下泄，河水充满整个河谷。在大册营至西庄段河面宽度2 4 华里，极丰水年溢出河 谷形成小规模水灾，枯水期河流收缩到河床，流量较小，极枯水年曾断流。由于八 十年代中期以前漕河水环境未受人为破坏，再加之大册营至西庄段特殊的地貌类 一一一一 兰些垦查奎兰堡兰= 兰堡垒兰 型，因此其生态环境极好，植被发育、各种野生动物种类达数十种。 八十年代中期以后，随着我国改革开放和经济的发展，地下水开采量逐年增加， 水位持续下降，再加上气候连年干旱，漕河水资源的良性循环状态被打破。更为严 重的是，由于在漕河上游大册营带陆续兴建的一批造纸等企业( 此带堪称全国闻 名的造纸一条街) 大量开采地下水和排放污水，以及邻近满城县镇的发展，使得生 活污水与工业污水排污量增加。这些排放污水未经处理后大量汇入漕河，导致漕河 现已基本成为一条排污河。另外，从漕河的在地貌上看，该河段由于建筑业大量的 采沙形成了大大小小的采沙坑，这些采沙坑使河道的自然状态被破坏，造成水流阻 塞不畅，污水汇集成湖泊。漕河水环境与自然地貌的破坏，导致自然生态环境的破 坏，植被因干旱和水质恶化而桔死，各种动物也逐渐消失。 总之，近十几年来，漕河大册营至西庄段的水环境、地质环境、自然生态环境 被全面破坏。其破坏过程直接反映在该地的地下水动态上。 大册营造纸业兴起于八十年代末期，对地下水的开采也开始于这个时期。之后 开采量逐年增加，水位持续下降，地下水开采降落漏斗逐渐形成。如表卜l 大册营 地下水开采降落漏斗历年变化情况所示。 表卜1大册营地下水开采降落漏斗历年变化情况表 年月日 桃位置盖辩蒙辩麓嚣封器积影器积 8 5 6 3 01 1 4 12 2 3 6 8 6 6 ，3 09 7 】2 4 0 6 8 7 6 3 09 9 32 3 8 4 8 8 6 3 0l o 8 92 2 8 8 8 9 6 3 07 7 72 6 2 8 9 0 。6 ，3 07 5 72 6 4 8 9 1 6 3 08 3 22 5 7 3 9 2 6 3 01 1 0 42 3 0 1 9 3 6 3 0 方上村北 2 3 0 51 1 0 01 21 51 6 5 9 4 6 3 0方上村北3 1 2 41 0 1 51 08 31 5 3 9 5 6 3 0方上村北2 8 5 15 2 41 13 01 5 2 9 6 6 3 0方上村北2 8 6 45 1 11 51 0 51 7 0 9 7 6 3 0方上村北j 5 1 51 8 9 02 15 21 8 0 9 8 6 3 0方上村北 2 7 6 76 3 81 71 3 11 6 0 9 9 6 3 0方上村北3 5 ，6 0一1 5 587 01 9 6 0 0 6 3 0方上村北3 9 9 05 8 525 41 5 0 0 1 6 3 0方上村北4 5 9 71 1 9 245 。l2 2 2 从8 5 年至9 1 年，大册营地下水动态处于相对稳定状态，说明该地段的地下水资 源保持着均衡，对地下水的开采量在允许范围之内。从9 1 年至2 0 0 1 年，地下水资源 华北电力大学硕士学位论文 的均衡被打破，水位开始持续下降，1 0 年间平均下降速度为4 米年。特别是从9 7 年 至2 0 0 1 的4 年间，由于当地加大了地下水开采，再加上气候干旱，致使水位迅速下降， 下降速度6 5 5 米年。大册营地下水降落漏斗正式封闭于9 3 年，封闭面积为1 5 k m 2 ， 至2 0 0 1 年封闭面积为8 3 k m 2 ，平均扩大速度相对较慢，为l k m 2 年。水位下降速度 快，而漏斗扩大速度慢的原因是由于当地开采地下水相对集中造成的。值得注意的 是，9 7 年水位反常升高的现象，这是因为当年大力度治理大册营造纸业污染，造纸 厂大多被关停整顿的原因造成。 开采的地下水经工业生活利用后大量排污汇入漕河，流至南宋、西庄一带的采 沙坑汇集成湖泊并大量渗入地下，形成地下水污水反漏斗。如表卜2 西庄地下水污 水反漏斗的历年变化情况所示。西庄反漏斗中心地下水位多年来基本保持相对稳 定，其原因是河流地表水下渗致使地表水位与地下水位相连持平。反漏斗封闭于9 5 年，比大册营正漏斗封闭时间迟后两年。相对正漏斗，反漏斗扩展速度更快，从9 4 年至2 0 0 1 年的7 年间，封闭面积扩展速度为6 k m 2 年。 表卜l 、卜2 及图卜1 ( 附图1 ) 、卜2 、卜3 所示为大册营地下水开采降落漏斗 ( 正漏斗) 与西庄地下水污水反漏斗的历年变化情况图，可以看出。大册营正漏斗 与西庄反漏斗是共生的、相关的漏斗，它们具有相同的形成与发展历史。而这两个 漏斗的演变历史又代表着漕河大册营至西庄段水环境的破坏历史。 从表卜2西庄地下水污水反漏斗历年变化情况表 年月日 柚位置嚣嚣器辩等挚( k m 2 ) 积( k i n 2 ) 积 8 5 6 3 08 3 4 1 5 8 0 8 6 6 3 09 0 5 1 5 0 9 8 7 6 3 09 9 31 4 2 1 8 8 6 3 01 3 ，8 5 1 0 2 9 8 9 6 3 0 7 2 61 7 1 8 9 0 6 3 06 8 1 1 7 9 0 9 1 6 3 0 6 6 l1 8 1 0 9 2 6 。3 07 3 4 1 7 3 7 9 3 6 3 0 7 6 11 7 1 0 9 4 6 3 0 8 1 01 6 6 l 9 5 6 3 0小许城 9 1 01 8 3 91 81 0 3 3 0 9 6 6 3 0东庄6 0 0 1 8 7 11 81 2 1 9 7 9 7 6 3 0 5 ，7 01 9 0 l 9 8 6 3 0东黄村 7 9 61 9 4 8 1 85 8 82 2 3 9 9 6 3 0东庄7 ，2 3 1 7 4 81 21 8 3 4 3 0 o o 6 3 0东庄8 0 1 1 6 7 083 0 64 9 0 0 1 6 3 0东庄8 3 0 1 6 4 153 5 36 4 9 3 华北电力大学顸士学位论文 桨 辎 蝮 v 划 * 4 华北电力大学硕士学位论文 1 3 论文的主要工作 水环境的调查研究一般是根据所要调查的水环境特点，主要从反应水体质量的 基本特征、污染状况及水化学条件角度中选取基本项目、污染项目和辅助项目进行 分析，从而对水环境进行评价和预测。本工作所做的水环境研究主要包括有现状调 查、质量评价、污染预测等方面。 1 3 1 对漕河大册营至西庄段河流的环境地质现状和演变过程进行调查 收集近年漕河大册营至西庄段水流流量、河道形状、河岸植被、两岸附近地下 水水位和水质等资料，对漕河大册营至西庄段河流的环境地质现状和演变过程进行 详尽调查。 1 3 2 排污现状调查分析 调查此段河道的所有污水来源，并对各污水样进行分析，弄清各主要排污口所 排污水的水量、各主要污染物含量和污染负荷比。 1 3 3 地表水水环境分析研究 ( 1 ) 地表水水体环境质量评价：对此河段的河流取样做全分析和简分析，通 过实验结果对水质进行研究。根据水文特征和污染特点，取用来做全分析的样点有 上游清洁来水( 始截面) 样、污水集中排泄处河水样、污水集中排泄点污水样和西 庄反漏斗中心点河水样。做简分析的样点有各分散排泄口污水样、反漏斗下截面口 河水样和上下截面每一华里处的河水样。共取样有1 3 个，取水样的同时测定下河 流的流量和流速。测定流量和流速的点分别选自上游截面入口的流量和流速、所有 排污口排污量和排污位置、中游河流截面流量和流速以及反漏斗下截面处河水流量 和流速。经过数据处理后，用综合指数法和灰色聚类法对地表水体做出整体评价。 ( 2 ) 地表水水体污染趋势的预测：地表水水环境研究的最终目的就是要预测 出水体水质趋势的变化。根据河流的有关地质、水文和环境方面的现场资料以及对 河流环境做出的评价，采用一维稳态水质模型对地表水体水质进行模拟，以预测按 现状排污白洋淀水质是否会受到污染物影响，若受到影响，其污染影响的范围有多 大，采取 可种方案来控制。若不造成威胁，分析河流中各主要污染物随时间和空间 的变化，并从化学反应机理上研究分析其河流的自净情况。 1 3 4 地下水水环境分析研究 ( 1 ) 地下水水体质量评价：以谣庄反漏斗中心点为中心，向周围放射状取地下 水样进行化验。全分析样点选自有反漏斗中心点的地下水水样、反漏斗向北部延伸 线中段点地下水水样和反漏斗向北延伸线外边缘( 不受反漏斗影响处) 点地下水水 样，共3 个。简分析样点取样3 0 个，用于控制反漏斗和河流两侧的污染范围。通 过分析结果，采用综合指数法对西庄反漏斗范围的地下水水环境做出质量评价。 ( 2 ) 根据对西庄反漏斗地下水质的评价情况，再结合一亩泉水源地年鉴水质 资料建立西庄反漏斗与一亩泉水源地相关的灰色预测模型，根据所建模型预测一亩 斤 华北电力大学硪士学位论文 泉水源地的水质变化趋势，并分析原因。 13 5 结论 2 1 世纪，人口的膨胀、城市的发展、水资源的短缺、生态环境的恶化等对人类 社会的发展构成严重的威胁，优质的水源对人类健康、城市发展至关重要。地下水 污染物迁移规律及其模拟、预测、治理等方面目益受到国内外学者的关注。本文所 研究的漕河部分河流段已严重遭受污染，针对漕河流域工业废水污染源、河水、地 下水，对其三者进行监测分析和综合评价( 重点进行有机化合物的监测) ，分析研 究污染物随河流迁移的变化情况，建立河流水质模型预测此污河对保定市重点防护 治理的白洋淀是否造成威胁，同时建立地下水灰色预测模型分析地下水的污染对漕 河流域的一亩泉水源地的影响趋势。开展漕河沿岸地表水和地下水污染的分析研 究，可为该河环境管理，污染治理及其它有关部门决策提供科学依据。具有一定的 理论意义和重要的现实意义。 华北电力大学嫒士学位论文 第二章漕河流域水环境概况 2 2 气象、水文情况 本流域属温带大陆性季风气候，四季分明。春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋 季天高气爽，冬季寒冷少雨雪。多年平均气温1 2 3 。c ，多年平均降水量5 3 5 2 m m ( 1 9 5 6 - - 2 0 0 0 年) 。降水量年内、年际分配极不均匀，年内汛期( 6 9 月) 降水量约占全 年降水量的8 0 左右，且多集中在7 月下旬至8 月上旬。5 、6 月份的蒸发量占全 年的1 3 ，年际降水相差悬殊，年最大降水量1 3 1 6 ，8 m m ，年最小降水量仅2 0 2 4 m m 。 本区流域均属海河流域大清河河系，大清河河系分大清河北支和大清河南支 两大支系。漕河河流属大清河南支水系，其下游和其它南支水系的河流样最终汇 集于白洋淀境内。白洋淀是华北地区最大的内陆淡水湖泊，位于保定市东4 5 公里 处，总面积约3 6 6 平方公里。白洋淀不同于其它的湖泊，大大小小的河淀相连，沟 濠纵横，田园交错，形成了独特的自然景观，因系水路要塞，过去一直是天津、保 定间水路交通枢纽，称之为京、津、保三角地带。现今随着城镇、工业的发展，白 洋淀遭受到了严重的污染，保定市为此开展了大大小小的白洋淀流域污染综合治理 工程，加大了流域内各河流及沿途污染源的治理力度，使得白洋淀的水质有了明显 得改善，境内主要河流拒马河、唐河、潴龙河水质也基本达到了地面水环境质量的 标准。九五期间，白洋淀污染治理取得阶段性成果，于1 9 9 8 年1 0 月顺利通过国家 验收。但近两年来，由于全流域干旱少雨，地表径流得不蓟补充，自洋淀入淀水量 极少，白洋淀水位持续下降，面临干淀威胁，使得排入淀内的污水得不到充分的稀 释和降解，白洋淀水质再次呈下降趋势。除少数断面外，多数断面达不到白洋淀类 水体的功能区划要求。此外，上游其它河流的水质污染日趋加剧，对白洋淀形成新 的藏胁，尤以漕河、孝义河污染最为严重。本文所调查的漕河是自洋淀上游九河中 的一条，漕河的水质会关系到白洋淀的好坏，我们有必要对漕河的水质进行调查和 预测，建立适当的模型。为保护白洋淀免遭污染提出科学预测。 2 2 地质、水文地质概况 保定市在地质构造上属华北平原沉降带冀中拗陷区，活动性的太行出断裂带， 在本市西部满城县城以东呈北东向伸展。此外，北有徐水东西向断裂带；南有顺平 北西向断裂带；东有安国一高阳北东向断裂带和安叛北东向断裂带。在地震裂度区 划上，我市处于七度裂度区范围内。 水文地质特征，根据地貌形态、成因类型、沉积物质成分，分布规律，岩性特 征等因素分析，本流域区为漕河洪冲积水文地质区，界河洪冲积水文地质区和漕河 界河过渡带洪冲积水文地质区。沉积物由较厚的第四系松散冲积物组成。地下水补 7 华北电力大学硕士学位沱文 给主要是侧向径流和大气降水入渗补给，其次是灌溉回归及污水渠渗漏补给等。地 下水排泄方式，天然状态下主要为潜水蒸发、泉和地下径流，随地下水开采量的不 断增加，地下水水位持续下降，人工开采成为地下水排泄的主要形式。地下水的基 本流向与地表主导坡向一致，一般由西北向东南流或由西向东径流，地下水位因不 同地区工农业开采强度的不同，已改变了基本水位变化特征，形成地下水水位降落 漏斗或反漏斗。如保定市区及一亩泉水源地因大量开采形成了地下水位降落漏斗， 污水处理场区前身为电厂粉煤灰沉淀池时，因冲灰水下渗的结果，使地下水抬升， 形成了近年来以储灰场为中心的地下水水丘( 地下水反漏斗) 。 2 3 流域内主要的环境水文地质问题概述 2 3 1 地下水水位动态环境影响分析 地下水动态变化包括有水位的变化和水质的变化，其变化是自然条件和人为活 动两种因素双重作用的结果。人为活动使地下水动态打破了其自然平衡状态，而自 然条件的变化缓解或加剧了这种不平衡状态。大量开采地下水使得地下水水位持续 下降，形成地下水下降漏斗且漏斗不断扩展。反过来，开采的地下水用于工业、农 业和生活用水后其排放的污水又汇入到河流或地表下渗、灌溉到地下，与地下水位 相接污染了地下水。 就保定市区而言，保定市地面水资源缺乏，市区每年需大量开采地下水才能满 足保定市的工农业用水和居民的生活用水。市区在2 0 0 0 年前用来供给的地下水大 致包括两部分：一是来自自来水公司，主要开采一亩泉水源地地下水( 1 9 9 6 - - 2 0 0 0 年每年占全市地下水供给量的6 5 8 1 5 ) ，二是来自各单位自备井( 主要供本单 位生产用水和职工生活用水) 。由于工农业生产的发展和人民生活水平的提高，用 水量逐年增大导致地下水的开采量逐年增长，面地下水补给量又不足即造成了地下 水连年超采。地下水超量开采现象臼益严重，使得一亩泉及市区地下水集中开采区 水位持续下降，形成了一亩泉下降漏斗和旧市区下降漏斗，且漏斗影响面积不断扩 大，供水井水量不断减少。同时，市区西北部因电厂储灰场冲灰水的下渗，粉煤灰 污水处理厂污水渗漏及附近污水农田灌溉等其地下水位局部抬高，于7 0 年代末形 成以电厂冲灰水沉淀池为中心的地下水丘( 反漏斗) ，并与一亩泉及旧市区水位下 降漏斗( 正漏斗) 接壤，严重威胁了一亩泉及市区水源地水质的安全。不过，随近 年来治理工作的开展，水丘已逐渐缩小直至萎缩。此外，近年来由于乡镇企业的发 展，满城县方上纸厂群工业区超量开采地下水出现了地下水降落漏斗。而在漕河下 游的西庄地段由于流经河流的污水下渗，出现了以西庄为中心的地下水丘，由于对 此反漏斗的出现并无采取任何措施，水丘不断扩散，并对一亩泉水源地构成了新的 威胁。 2 3 2 一亩泉地下水水位降落漏斗 该漏斗位于保定市西北部一亩泉水源区，形成于1 9 6 7 年低水位期，为常年性 r 华北电力大学硕士学位论文 开采型水位降落漏斗。漏斗中心位置基本在一亩泉村东和北奇西北一带，漏斗中l i , c 3 1 孔水位埋深，由漏斗形成之初的1 9 6 7 年低水位期的4 3 8 m 不断下降，到1 9 7 6 年枯水期中心水位埋深已达13 4 3 m ，1 9 8 8 年枯水期为2 4 4 7 m ，1 9 9 4 年枯水期为 2 9 8 4 m ，2 0 0 0 年桔水期为3 3 3 2 m 。期间虽有短期回升，但水位总体呈下降趋势。 从漏斗的发展速度上，1 9 8 0 年之前较慢，影响范围较小，一般不足l o o k m 2 ；1 9 8 0 年之后发展较快，影响范围扩大到近2 0 0k m 2 。近几年漏斗中心水位埋深不断加大， 2 0 0 1 枯水期中心水位埋深达3 3 5 5 m ，影响范围达2 1 2k m 2 。随气候的持续干旱和农 业开采量的增大，漏斗中心水位仍将继续下降，影响范围也将进一步扩大，但发展 速度将趋缓慢。见表2 一l ，如表2 1 显示了1 9 9 1 2 0 0 0 年的市区水源地地下水位 下降漏斗情况。 表2 1市区地下水水位下降漏斗统计表 一亩泉地下水水位下降漏斗 年度 中心水位埋深( m )漏斗影响面积( k m 2 )漏斗封闭面积( k m 2 ) 1 9 9 1 1 6 5 91 4 1 0 0 1 8 0 1 9 9 22 0 4 9 1 8 0 o oo 5 0 1 9 9 32 7 4 91 9 0 o o 7 0 0 1 9 9 4 2 9 8 42 1 1 0 0 3 0 0 1 9 9 5 2 5 1 11 7 7 2 0 3 3 0 1 9 9 6 2 2 2 11 4 1 o o 1 9 9 7 1 7 3 81 9 3 o o t 9 9 8 2 0 4 61 5 9 1 0 1 9 9 9 2 7 8 01 5 7 9 0 1 0 1 0 2 0 0 0 3 3 3 21 7 8 3 0 3 6 1 0 2 3 ，3 方上纸厂群地下水水位降落漏斗 八十年代末，大册营镇造纸业迅猛发展，大量抽取地下水使方上一带地下水位 持续下降，并于1 9 9 2 年枯水期形成地下水位降落漏斗雏形，1 9 9 3 年枯水期漏斗形 成。漏斗中心位置一直在方上村北，中心水位埋深1 9 9 3 年枯水期为2 3 0 5 m ，到2 0 0 1 年末，中心水位埋深以增加到4 8 1 2 m 。该漏斗规模不大，受所处水文地质条件控制， 多年来影响范围多在2 0 k m 2 以内，并主要向深部发展。详细资料见表l 一1 。 2 3 4 保定市地下水水位反漏斗 该漏斗形成于1 9 7 2 年，中心位置最初在西郊北章村东南，由稻田大量污灌引 起。1 9 8 4 年之后，中心位置一直在电厂冲灰水沉淀池一带，主要由电厂冲灰水、粉 华北电力大学硕士学位论文 煤灰污水处理厂污水渗漏及附近农田污灌引起。中心水位埋深受沉淀池储水量多少 控制，影响范围已与一亩泉下降漏斗接壤。为缓解或消除反漏斗，市自来水公司在 反漏斗区开辟了第二水源区，用于西郊工业用水。随近年来治理工作的开展。漏斗 中心水位得到降低，由1 9 9 6 年的3 2 0 m 降到2 0 0 0 年的1 2 7 2 m 。影响面积已由1 9 9 6 年的2 0 0 平方公里下降为2 0 0 0 年的1 4 3 平方公里。随治理工作的进一步开展， 漏斗将不断萎缩。 2 3 5 漕河流域上西庄反漏斗 西庄反漏斗正式封闭于1 9 9 5 年，主要是由于上游的污、废水大量排入漕河， 污水滞流，在南宋、西庄一带大量汇集、渗漏，使周围地下水水位抬升所致，影响 范围约6 0 k m 。( 详见表1 2 ) 由于该漏斗由污水渗漏形成，水质较差，水位较高， 因此对周围地下水水质构成污染威胁。近年来漏斗中心位置较稳定，地下水位变化 因受地表污水影响而较小，漏斗影响范围因受区域水位下降因素影响而逐步扩大。 由于该漏斗邻近的水源地即为一亩泉水源地，所以应足够的重视此漏斗是否会对一 亩泉构成新的威胁。 华北电力大学硕士学位论文 第三章漕河地表水环境现状评价 3 1 环境现状评价方法的选择 水环境质量现状评价是根据实际调查的水质资料，应用评价方法对水环境进行 现状评价，从而对水质做出定量描述，确定水体的水质状况、污染程度、污染类型， 并推测出水质状况的发展趋势。同时，现状评价还可了解到污染物在水体中迁移转 化的规律、水体的自净能力，总体掌握水体水环境变化的时空规律。 目前，水环境现状评价的方法有很多，如综合指数法、模糊数学综合评判法、 灰色聚类评价法、数理统计法等。尽管这些方法大致都能够较精确地得出符合实际 的结果，但从数学原理上讲，各种评价方法都有其固有的缺陷，所以实际应用中， 针对水环境的评价目的，应该利用不同方法同时进行评价，以得出较为合理的评价 成果。 3 1 1 综台指数法 综合指数法是一个较成熟的评价方法，它是按计算指数的大小，同时考虑了各 评价指标超水质标准的情况，给出一个比较合理的水质分级范围，其结果基本上能 反映各评价样品的水质情况。它突出的优点还表现在：评价模式简单，计算方便， 评价结果直观清晰。虽然综合指数法也存在一定的弊病：比如有时某些模式的计算 结果不能很真实地反映水质状况，各个地区的环境综合指数分级标准并不统一，评 判结果有时具有人为性；但就目前所应用的评价方法来看，综合指数法与其它方法 相比，成熟性、简单直观性不容忽视。故决定采用综合指数法来完成此评估工作。 3 1 2 其它三种方法的比较 模糊数学综合评判和灰色聚类评价法从原理上讲很相近，都属于函数法。二者 的共同点( 也是优点) 在于都考虑到水质分级界线的“模糊性”，即用“隶属度”和 “白化函数值”来揭示各指标实测浓度对水质影响的程度。克服了综合指数法的“非 此即彼”的缺点，提高了评价结果的精度。但模糊数学综合评判法是一种“主因素 突出型”的评价方法。当参加评价指标较多，各权重值较小时，取大和取小运算将 遗失许多有用信息。不宣在水质评价中使用。而灰色聚类评价法重点强调“各因素” 在各水质级别间的影响程度。灰色聚类评价法认为各指标对水质的影响反映在变化 幅度不同的分级标准中，提出采用“标准聚类权”计算权重。该权重的含义是：表 示不同水质级别间各指标的权重是不同的。根据不同的水质级别，确定相应级别各 指标的权重。显然，这种权重重点揭示了各指标各水质级别的差异。只要评价指标 和标准级别确定，那么它对任一样品聚类都是常量，且与样品的数量无关。有定 的可比性，且与实测值没有联系起来。从两种方法的不同点可以看出，模糊数学综 华北电力大学硕士学位论文 合评判法重点强调“主因素”的影响突出实测值大的指标对水质影响的程度。灰 色聚类法重点强调“各因素”在各水质级别间的影响程度。由此可见，当评价目的 重点为了突出反映“峰值”的影响时( 其实水质中有毒物质对水质的危害程度，往 往是峰值的影响最大，宜采用模糊数学综合评判法。当评价目的重点为了更好地维 护和管理水质现状，益于制定限制水质进一步恶化时，宜采用灰色聚类评价法。 数理统计法与前两种方法比较，突出优点在于：避免了建立隶属函数( 或白化 函数) 及模糊矩阵( 或聚类矩阵) 之间合成运算等复杂过程。其基本计算模式就是求 两点间的距离公式，从而大大减化了数据的处理过程，使计算简单化、程序比。但 由于该方法的原理是统计样品各指标实测值与质量标准各指标在“多维空间的几何 持征”。所以，对于散乱分布的指标及极值显得兼顾不够。有时会出现评价成果偏 低或不合理的现象。 所以基于以上分析，为了确保评价的准确性，本文采用了综合指数法和灰色聚 类评价法同时对漕河的水环境进行水质评价。 3 2 排入漕河污水的现状评价 3 2 1 排污现状 本次工作排放污水采样及测流时间为2 0 0 1 年5 月9 日。在此时间，漕河大册 营至西庄段上游千涸，无河水流入。河段内河水全部来源于工业与生活污水排放。 河段内排污口有8 个，从上游向下游依次为岗头村南纸厂( 污水1 ) 、岗头村东纸厂 ( 污水2 ) 、大册营污水集中排放口( 污水3 ) 、劳改队( 污水5 ) 、方上村南( 污水 6 ) 、王各庄村东北( 污水7 ) 、两鱼村西北( 污水8 ) 、南上坎村北( 污水4 ) 。排污 口准确位置详见附图( 漕河大册营至西庄段水环境污染现状图) 。 表3 - 1污水主要污染物现状水质分析结果单位：m g l 样号 威劳 12345678 s s 含量 7 1 29 3 02 6 31 0 6 67 4 07 0 08 7 45 0 0 c 0 1 )含量3 4 7 1 04 3 7 8 81 4 9 5 25 3 4 0 03 2 0 4 02 7 7 6 82 9 9 0 41 8 1 5 6 c 1 含量 1 8 2 8 24 6 4 46 9 1 71 0 0 8 06 2 l - 5 81 2 1 5 52 5 3 9 71 0 4 7 5 c r 6 + 含量 0 2 0 8o 1 2 80 0 7 5o 1 7 2o 0 7 20 2 6 6o 1 2 30 1 6 8 总汞含量 0 0 3 0 00 0 3 0 0o 0 7 7 50 0 2 5 00 0 4 0 00 0 3 0 00 0 2 0 00 0 4 2 5 氨氮含量 1 3 1 2 51 1 - 5 07 5 0 8 1 2 53 1 2 51 2 0 01 0 2 52 4 0 0 n 0 3 一n含量 6 4 90 0 01 2 10 o ol o 7 46 7 05 3 6o 0 0 n 0 2 - n含量 0 2 00 1 81 4 10 2 21 ，1 3o 1 21 2 00 3 0 兰! ! 皇垄查兰堡主堂垡笙苎 排污口中污1 、2 、3 、4 、6 、7 污水主要为造纸污水，污5 主要为化工污水、 少部为生活和造纸污水，污8 主要为造纸污水、少部为生活污水。本次工作对所有 排放污水均做了水质分析，其中对有代表性的污3 、5 、8 污水做了全分析，其它污 水做了简分析。各排污口污水水量、水质及各主要污染物污染负荷比详见表3 1 、 3 2 。 表3 2污水水量、位置、及各主要污染物现状排放量和负荷比 样号 12345678 合计 位置( k m )0 0 0 0 3 50 6 082 02 8 83 1 03 3 33 7 3 排放水量( m 3 ) 1 9 83 0 72 2 3 96 96 1 67 1 31 4 22 3 04 5 1 4 比例( )4 ，46 84 9 6 1 51 3 71 5 8 3 15 11 0 0 排放量( k g h ) 1 4 02 9 05 9 07 44 6 05 0 01 2 01 2 02 2 9 4 s s 负荷比( ) 6 1 71 25 22 5 7 932 11 9 9 82 l8 654 450 31 0 0 排放量( k g h ) 6 8 71 3 4 43 3 4 83 681 9 7 41 9 8 o4 2 54 1 81 0 5 4 c o d 负荷比( ) 6 5 21 2 ，7 53 1 7 53 4 91 8 7 21 8 7 840 33 9 61 0 0 排放量( k g h ) 3 6 21 4 31 5 5 703 8 2 88 6 7 3 6 12 4 16 0 2 7 c l 负荷比( ) 4 8 71 9 22 0 8 70 9 35 1 6 31 1 6 74 8 63 2 41 0 0 排放量( k g h ) 00 40 ，0 40 1 70 0 10 0 40 1 9o 0 20 0 4o 5 5 c 一 负荷比( ) 7 4 86 8 63 05 12 1 68 0 63 4 4 631 77 0 21 0 0 排放量( k g h ) 0 0 0 60 0 0 9o 1 7 40 0 0 20 0 2 50 0 2 10 0 0 3o 0 1 002 5 0 总汞 负荷比( ) 2 3 937 06 9 6 806 99 9 085 91 1 43 9 31 0 0 排放量( k g h ) 2 6 03 5 31 6 8 00 5 61 92 58 5 61 4 65 5 25 8 2 8 氨氮 负荷比( )4 4 66 0 6 2 8 8 20 9 63 3 0 41 4 6 82 5 09 4 71 0 0 捧放量( k g h ) 1 2 90 0 02 7 10 0 06 6 24 7 80 7 60 0 01 61 6 n 0 3 - - n 负荷比( )7 9 60 0 01 6 7 8 0 0 04 0 9 72 9 5 847 l0 0 0 1 0 0 排放量( k g h ) 0 0 4 00 0 5 53 1 600 1 50 ，7 0 00 0 8 60 1 7 00 0 6 94 2 9 5 n 0 2 。一n 负荷比( ) 0 9 21 2 97 3 6 2o 3 51 6 2 3 20 0 3 9 71 6 l1 0 0 注：排污口位置是指排污口距 可段上截面( 1 号排污口) 的河流径流长度；负荷比是指某排污口某污染 成分的排放量占该成分总捧放量的百分比 3 2 2 排污水化学成分分析 从表3 - 1 、3 - 2 中可看出，污水中主要污染成分为悬浮物( s s ) 、c o d 、h g 、c r “、 华北电力大学硕士学位论文 c 1 、氨氮及少量的c u ”、s 2 、a s 等。与g b 3 5 4 4 2 0 0 1 造纸工业水污染物排放标准 相比，污l 、2 、3 、4 、6 、7 号污水的s s 超标2 1 0 倍，c o d 也均超过了一般机制 造纸工业中的排放标准( 1 0 0 m g 1 ) ，其中2 、4 号污水c o d 含量接近和超过了制浆 工业中的最高标准( 4 5 0 m g 1 ) ，1 号接近了木浆本色造纸工艺的标准( 3 5 0 m g 1 ) 。5 号和8 号污水主要为化工和生活污水，与g b 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准相比 较，s s 大多超过一级标准5 倍左右、c o d 均超过了二级标准( 1 0 0 m g 1 ) 。污3 总汞 含量是g b 8 9 7 8 1 9 9 6 污水综合排放标准中汞最高允许排放浓度( 0 0 5 m g 1 ) 的 1 5 倍，污5 、污8 的总汞含量也接近了标准。其他污水的总汞含量虽然在标准之 内，但相对较高；砷、六价铬、氨氮等污染物含量都在标准之内。由此可知，悬浮 物( s s ) 、c o d 、总汞构成了水质污染的主要因素，这是由污水的来源所决定的。前 已述及，8 个排污口的污水主要为造纸污水、少量生活污水和少量化工污水。造纸 行业所采用的一些无机原料中含有汞，所以造纸污水的汞含量普遍较高；另外，造 纸行业特别是制浆业产生的黑液、白液、红液等废液中含有大量的木质素、纤维素， 这些是组成悬浮物的主要物质：造纸和化工污水中所含的有机酸、糖类、有机染料 以及生活污水中的蛋白质、有机氮、有机磷等在降解时要消耗大量的氧，致使污水 的c o d 值普遍较高。 从表3 2 各个排污口所排污水的总量及各污染组分的负荷比来看，污3 、污5 、 污6 是污水的主要来源。特别是污3 ，水量占了污水总量的5 0 左右，此处污水是 大册营小造纸厂的污水排放总和，虽然污3 的水质相对其它污水好一些( 见表3 一1 ) ， 但由于其水量大，主要污染物的污染负荷比仍很高。从表3 2 中可看出，污3 中s s l 与总排入量的2 5 7 9 ：c o d 占总排入量的3 1 7 5 ；c 1 一占总排入量的2 0 8 7 ：总汞 占总排入量的6 9 0 8 ；亚硝酸盐氮占总排量的7 3 6 2 。其次，污5 、污6 水量之和 虽然占总水量的3 0 左右，但由于其水质差，所以各主要污染物的污染负荷比非常 高，s s 、c 1 、氨氮、硝酸盐氮的污染负荷比二者之和均为污3 的2 倍左右；c o d 、 六价铬的污染负荷比二者之和与污3 相当。其它污水水量和污染负荷比相对较小。 因此，河段内水质情况主要决定于污3 、污5 、污6 这三个污水的水质。 从表3 一l 中可看出污3 的水质在8 个污水样中是较好的，悬浮物s s 和c o d 均 为最低，c o d 已达到g b 8 9 7 8 - 1 9 9 6 污水综合排放标准中第二类污染物最高允许排放 浓度的二级标准；s s 已接近二级标准。这是因为此排污口的污水在排放前已部分进 行了初级处理。据调查，大册营现有污水集中处理厂一座，日处理能力3 万吨，相 当于污3 排污量的5 6 ，相当于河段总排污量的2 7 。虽然如此，水样的c o d 值仍 超过g b 8 9 7 8 1 9 9 6 标准中第二类污染物最高允许排放浓度的一级标准，另外此污水 的总汞含量超标，说明处理能力或实际处理量远未达到要求。污5 、污6 水量较大、 水质不佳，s s 和c o d 严重超标，排放总量很高，s s 占到了总排入量的4 0 ；c o d 占 到了3 9 ，是使河段水质恶化的主要原因，也是应重点考虑的治理对象。污4 水质 l4 一兰j ! 皇塑查兰堡主兰些笙茎 最差，但由于其水量只占总水量的1 5 ，所以对河水水质的影响很小。 3 3 河水污染现状及评价 3 3 1 河水水量现状 从漕河上游岗头村南纸厂污1 排污口起，至下游北楼村东北河1 3 取水样点止，