0 前言

随着城市的不断发展和推进，城市的河湖生态系统功能受到不同程度的破坏，严重影响了河道功能，水污染成为十分严峻的问题^[1]。“十三五”期间上海市杨浦区全面贯彻《杨浦区生态文明建设“十三五”规划》，落实水污染防治行动计划，并按照“党政同责、一岗双责”的要求和“分级管理、属地负责”的原则，制定了《关于杨浦区全面推行河长制的实施方案》，建立了区二级河长组织体系, 优化控制单元水质断面监测网络，从严控制污染物排放量，强化日常河道管理，开展雨污混接排查和治理，加强对汛期、生产生活聚集的水质监管，使杨浦区的河湖水质环境大幅改善。2016—2021年，流向黄浦江出口断面水质污染指数逐年降低，目前达到地表水Ⅴ类标准。但仍需进一步巩固，由于工业废水、生活污水、餐饮服务业废水、农业面源、雨污混接管网排污等仍是造成河道水质反弹的主要原因^[2]，因此，对河道的水质污染特征分析具有重要的现实意义。

自20世纪以来，水质评价方法不断发展并完善，综合污染指数评价是较为主流的评价方法^[3-4]。现以黄浦江流经杨浦区支流与汇入黄浦江水系河网出口为切入点，监测2016—2021年汇入黄浦江流域的水质指标，并采用单因子污染物浓度年均值和综合污染指数分析水质的时空变化规律，以期对未来河道治理的可持续发展提供技术支撑。

1 研究方法 1.1 研究区域概况

杨浦区位于上海市中心城区的东北部，地处黄浦江下游西北岸，与浦东新区隔江相望，西临虹口区，北与宝山区接壤，区域面积60.61 km²，是中心城区面积最大的一个区。杨浦区黄浦江流域以杨浦港为进口起点，流经东走马塘并与虬江交汇，自南向北贯穿全境，最后汇入黄浦江，构成与黄浦江相连的河网水系。监测河道沿岸以商业区域和居民居住地混合区域为主，南部区域的河道水质超标率较高^[5]，水体环境整体较差。本研究依据上海实际情况与类似研究^[6]，以每年的6—9月为汛期，其余月份为非汛期。

1.2 采样点位

本研究选择在流域的6个断面上布设6个采样点位。具体点位分别为S1：杨树浦港口(流域进口)，S2：控江路桥，S3：东走马塘—营口路桥，S4：虬江—黑山路桥，S5：虬江—翔殷路桥，S6：军工路桥(流域出口)。S1和S6点位作为杨树浦港和虬江2个闸口的进口与出口，分别通过控制闸口控制进水和出水，调控引入黄浦江的清洁水源。具体采样点位分布示意见图 1。

1.3 样品采集与分析

2016—2021年连续对各点位采集样品，每个点位在每月上旬同步采集，分别于每天上、下午各采集1次，且间隔时间不小于2 h，每次采集表层上覆水(距离水面0.5 m深处)，通过测试各污染物浓度并统计其浓度年均值进行分析。水样采集和分析方法均按照生态环境监测相关标准和技术规范进行，其中水体样品采集参考《水质采样技术指导》(HJ 494—2009)和《水质采样样品的保存和管理技术规定》(HJ 493—2009)，每个采样点位分别采集水样，装入干净的样品瓶后，密封后于4 ℃保存，运回实验室；实验室分析采用《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)规定的监测分析方法，其中高锰酸盐指数(COD_Mn)、五日生化需氧量(BOD₅)、氨氮(NH₃-N)和总磷(TP)浓度分别采用《水质高锰酸盐指数的测定》(GB 11892—89)、《水质五日生化需氧量(BOD₅)的测定稀释与接种法》(HJ 505—2009)、《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》(HJ 535—2009)、《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》(GB 11893—89)进行测定。溶解氧(DO)使用电化学探头法现场测定。

1.4 水质综合评价方法 1.4.1 单因子污染指数

单因子污染指数表示单项污染物对水质污染影响的程度，是将某种污染物实测浓度与该种污染物的评价标准进行比较。即将水质监测参数与《GB 3838—2002》中相应类别标准进行比较，确定各污染物达标情况、超标项目和超标倍数等。以DO为例，计算公式如下：

$ P_i=\left\{\begin{array}{l} 0, C_i \geqslant C_{\text {饱 }(t)} \\ \frac{C_{\text {饱 }(t)}-C_i}{C_{\text {饱 }(t)}-C_{\text {标 }(t)}}, C_i \leqslant C_{\text {饱 }(t)} \end{array}\right. $

(1)

式中：P_i——DO污染指数；C_饱(t)——t温度下的饱和溶解氧值，C_饱(t)=477.8/(t+32.26)，mg/L；C_i——t温度下的溶解氧实测值，mg/L；C_标(t)——t温度下的溶解氧标准值，C_标(t)=饱和度×C_饱(t)，mg/L。

其他因子的污染指数计算公式如下：

$P_i=C_i / S_i $

(2)

式中：P_i——其他污染物的污染指数；C_i——某污染物的实测值，mg/L；S_i——相应功能类别的标准值，mg/L。

1.4.2 水质综合污染指数

水质综合污染指数是在单项污染指数评价的基础上计算得到的，表示多项污染物对水质综合污染的影响程度。考虑上海地表水污染特点，在计算水质综合污染指数时以Ⅲ类水质标准为基础，选择了具有代表性的DO、COD_Mn、BOD₅、NH₃-N、TP 5项指标。通过比较水质综合污染指数的变化，判断该水质的变化状况。其计算公式和评价标准如下：

$ P=\sum\limits_{i=1}^n P_i / n $

(3)

式中：P——水质综合污染指数；P_i——污染物的污染指数; n——污染物指数个数。

水质综合污染指数(P)的水质评价标准见表 1。

2 结果与讨论 2.1 水质年变化趋势分析 2.1.1 黄浦江流域总体水质变化

2016—2021年黄浦江流域各点位水质综合污染指数变化趋势见图 2。由图 2可见，2016年，各点位水质综合污染指数为S1(0.98，良好) < S2(1.16，轻度污染) < S3(1.45，轻度污染) < S4(2.04，中度污染)= S5(2.04，中度污染) < S6(2.37，重度污染)，除S1点位水质为良好外，其他5个点位水质在轻度—重度污染。2021年，除S4点位为轻度污染外，其他5个点位水质在优—良好，总体水质明显改善。S1点位水质综合污染指数范围在0.54~0.98，长期保持良好以上的水平，2019年以来已达到优水平。2017年以来，杨浦区开展一系列水环境综合整治工程，采取河道清淤、入河排污口封堵、水生态环境修复以及对老旧小区的雨污管道分离改造、污水纳管等措施，黄浦江流域水系水质得到明显改善。

其中，S4点位所处的虬江流域是黄浦江流域水质相对较差区域。虬江流域作为杨浦区重点污染河道，在河道治理之前存在污水处理设施不完善、底泥淤积等多种问题^[7]。虬江流域流经五角场街道和五角场镇，常住人口总数位列杨浦区人口前3，人口密度大、生活污染排放负荷高。虬江流经杨浦区五角场商圈，餐饮业发达，餐饮废水导致河道接纳的污水成分较为复杂，很大程度上影响了水质。2018年以来，虬江流域水质明显改善，2020—2021年其下游S5和S6点位综合污染指数均＜S4点位，表明虬江自身已发挥一定的自我净化能力。但目前S4点位水质仍处于轻度污染水平，需进一步加强对虬江流域的水环境整治。

2.1.2 黄浦江流域出口水质变化

2016—2021年杨浦区黄浦江流域出口S6点位主要水质指标和综合污染指数变化趋势见表 2。由表 2可见，S6点位在2016年水质综合污染指数为2.37，为重度污染水平。2017年之后，综合污染指数逐年降低，2021年达到0.91，水质改善为良好水平。

2016—2021年S6点位NH₃-N、BOD₅、COD_Mn、TP年均质量浓度和综合污染指数均呈下降趋势。2016年NH₃-N、DO和BOD₅质量浓度年均值分别为3.95，1.03和10.92 mg/L，为《GB 3838—2002》中的劣Ⅴ类水质，COD_Mn和TP质量浓度年均值分别为5.97和0.39 mg/L，分别为Ⅲ和Ⅴ类水质。2017年黄浦江流域开展从源头治理、内源控制、河道生物修复等多方面的黑臭河道治理^[8]，2017年S6点位的NH₃-N、BOD₅、COD_Mn和TP质量浓度年均值分别下降69%，66%，26%和43%，S6点位水质持续改善，2019年之后水质达到良好水平。

S6点位的DO值逐年增加，说明流域水质持续提升、自净能力逐渐提高。但BOD₅和NH₃-N分别在2018和2020年略有反弹，水质综合污染指数也在2020年出现小幅度反弹，表明治理工程完成后，还需持续推进河道的精细化管理，综合实施泵闸引清调水、水体生态治理、曝气装置等，确保标本兼治。

2.2 流域水质污染特征分析 2.2.1 流域水质指标组分变化

通过污染物单因子指数占水质综合污染指数的比重计算得出污染物的占比。2016—2021年黄浦江流域水质指标组分占比见图 3。

从图 3可见，黄浦江流域的主要污染物是NH₃-N和TP，这与魏善发等^[9]的结论类似。NH₃-N组分占比变化是水质改善的主要表征因子，流域出口断面的NH₃-N浓度在2016—2021年的年均值下降达80%。全流域NH₃-N的污染物组分占比从2017年的31%降至2021年的15%, TP的占比从2016年的18%增加到2021年23%，反映出水体的主要污染物从NH₃-N转换成TP。而BOD₅的占比在2016—2021年从21%下降至16%，COD_Mn占比从10%增加到17%，DO占比从22%增加至29%，说明黄浦江流域的水生态修复措施能恢复和增强水体微生物的活性，提升河道的自净能力，对NH₃-N、可生化有机物，如BOD₅和COD_Mn等含量有明显改善，但对水体中有机污染物，特别是难降解有机物，如表面活性剂、洗涤剂等化工日用品等改善效果不明显。

2.2.2 汛期和非汛期水质污染特征

2016—2021年黄浦江流域S6点位在汛期和非汛期水质变化趋势见图 4。由图 4可知，黄浦江流域S6点位的污染物浓度与上海汛期有着明显的联系。非汛期DO值比汛期高约2.1~9倍，这可能是因为气温对DO的影响，冬、春季DO值较高，主要原因是冬、春季气温较低，水中含氧量较高导致^[10-11]。2016年汛期各项污染物质量浓度低于非汛期，这可能是由于冬、春季处于长江枯水季，夏、秋季处于汛期，水量上升起到明显的稀释作用。在2017年河道治理工程之后，NH₃-N、COD_Mn、BOD₅、TP质量浓度在汛期高于非汛期，TP、COD_Mn、BOD₅的质量浓度在汛期比非汛期分别高约1~2.3倍、1~1.4倍、1~2倍，非汛期的水质整体优于汛期，可能是因为汛期的降雨对流域有负面影响。汛期污水干管和污水处理厂不能收纳超过其收集和处理能力的大量雨污水，沿河市政泵站将市政排水管网内的雨污水排放入河道^[12]。周峰等^[13]研究表明，可能是降雨时因雨水冲刷而形成的径流污染。除了降雨量的原因，汛期因城市生活污水的大量产生而导致的污染负荷增大也是造成汛期污染物排放量大于非汛期的原因。这反映出上海在处于梅雨季以及台风季的汛期(6—9月)，水质因气温、降雨、泵站放江、污水的增量受到显著影响。

3 结论

(1) 通过控源截污、内源治理、生态修复、活水保质等措施，自2017年以来杨浦区黄浦江流域总体水质明显改善，流域主要污染物从NH₃-N转变为TP，出口断面的综合水质由重度污染提升为良好水平。但受到流域途径生产用水和居民生活等因素影响，水质改善仍不稳定。

(2) 受气温、降雨、泵站放江、污水增量等因素影响，流域在非汛期的综合水质优于汛期。未来需进一步巩固日常河道管理，开展雨污混接排查和治理，加强对汛期、生产生活聚集的水质监管。