0 前言

汉江是长江最大支流，汉江襄阳段位于汉江中游，流域全长195 km，流域面积1.73万km²。汉江作为襄阳城区唯一饮用水水源地有着十分重要的地位，汉江襄阳段水质变化直接关系着饮用水水源和水生态安全^[1-3]。受汉江梯级开发影响，汉江上游来水减少^[4]，流速变缓^[5]，沿线化工等产业快速发展，受唐白河、清河、滚河支流汇入等影响^[6-8]，汉江作为受纳水体，水环境质量面临严峻考验^[9-12]。

近年来，对汉江襄阳段水环境的研究主要集中在调水及梯级开发对水质的影响。邓万霞等^[13]于2013年对比了崔家营水库蓄水前后28项水质指标，结果表明蓄水后库区水质总体上没有明显变化。文威等^[5]通过收集水环境资料，研究分析汉江水电梯级导致工程所在河段的水体形态改变，流速变缓，流量减小，水温影响显著但未造成水质恶化。王文静等^[14]通过估算2017年汉江襄阳河段不同水期的污染物通量，分析出2017年汉江襄阳河段污染物通量主要来自丰水期。宋瑞等^[15]以2018年生态调度试验监测因子为基础，分析了生态调度对汉江襄阳段水质的影响。目前对汉江襄阳城区段2018年以后的水质变化规律及监测指标的特征研究较少。本研究以汉江襄阳城区段入境断面和出境断面为主要研究对象，选取2018—2022年自动监测站及相关手工监测资料进行统计分析，探究汉江襄阳城区段沿程水质变化规律及各监测指标之间的相关表现特征，并对汉江襄阳城区段水质沿程变化的影响因素及应对措施进行探讨，为今后开展汉江水源地保护，合理制定相应的水环境改善及污染防治措施提供科学依据。

1 汉江襄阳城区段水系分布及监测点位布设

汉江襄阳城区段全长约31 km，主要汇入支流有：唐白河、清河、南渠等，共设置白家湾、余家湖、唐白河(张湾)3个国控水质自动监测站以及清河(清河出口)、南渠(南渠出口)2个手工监测断面。其中，白家湾为汉江襄阳城区段上游入境断面，反映汉江襄阳城区段来水水质状况。余家湖为汉江襄阳城区段下游出境断面，主要反映汉江襄阳城区段受人类活动影响后的水质污染状况^[16]。襄阳城区水系分布及监测点位布设示意见图 1。

2 数据来源与监测指标

白家湾、余家湖、唐白河(张湾)数据来源于3个国控点位自动监测站2018—2022年的监测数据。清河、南渠2018—2022年的监测数据来源于襄阳市环境质量状况公报^[17]。

主要监测指标为：水温、pH值、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮。

3 分析方法

选用国控点位白家湾、余家湖2个自动监测站2018—2022年共18 462组数据进行统计分析，利用SPSS 25软件^[18-21]对106组月平均值数据进行相关性分析。

汉江襄阳城区段沿程水质变化趋势采用斯皮尔曼(Spearman)秩相关系数(R_s)法进行分析评价。计算公式如下：

$ R_s=1-\left[6 \sum\limits_{i=1}^n\left(X_i-Y_i\right)^2\right] /\left[n^3-n\right] $

(1)

式中：n——周期次数; X_i——周期i到周期n按综合污染指数从小到大排列序号；Y_i——周期i到周期n按时间排列的序号。

当R_s>0时，表明有上升趋势，水质变差；当R_s < 0时，表明有下降趋势，水质变好。

当n=5，-0.900 < R_s < 0.900时，表明变化趋势不显著；当R_s≥0.900时，上升趋势显著；当R_s≤-0.900时，下降趋势显著。

当n=12，-0.506 < R_s < 0.506时，表明变化趋势不显著；当R_s≥0.506时，上升趋势显著；当R_s≤-0.506时，下降趋势显著。

水质达标评价方法执行《地表水环境质量评价办法(试行)》(环办〔2011〕22号)，其中总氮未参与综合评价，评价标准执行《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)。

4 结果与分析 4.1 汉江襄阳城区段入境与出境断面主要监测指标年际变化

2018—2022年入境(白家湾)、出境(余家湖)及唐白河监测断面主要指标年际变化趋势见图 2(a)—(d)。由图 2可见，入境断面(白家湾)201 8—2022年总磷、氨氮、总氮、高锰酸盐指数各监测指标质量浓度无明显增长或下降趋势，其中氨氮年均质量浓度于2019年达到峰值(0.077 mg/L)。

出境断面(余家湖)2018—2022年总磷、总氮、高锰酸盐指数各监测指标质量浓度无明显增长或下降趋势，氨氮年均质量浓度呈先上升后下降趋势，从2018年的0.077 mg/L增长至2021年的0.273 mg/L(达到峰值)，之后下降至0.123 mg/L(2022年)，其中2021年出境断面的总磷、氨氮、总氮、高锰酸盐指数各监测指标年均质量浓度明显高于其他年份。

汉江襄阳城区段最大支流唐白河总磷、氨氮、总氮、高锰酸盐指数的年均质量浓度均在2021年达到5年期间的峰值，分别为0.159，0.831，4.82，4.80 mg/L，与汇入汉江后出境断面水质变化趋势一致。

2018—2022年汉江襄阳城区段入境、出境及主要支流断面水质类别比例见图 3。由图 3可见，2018—2022年汉江襄阳城区段入境断面水质状况为优(Ⅰ—Ⅱ类水质)的比例为100%。出境断面水质状况为优(Ⅰ—Ⅱ类水质)的比例为85.0%，水质状况为良好(Ⅲ类水质)的比例为15.0%。主要支流唐白河水质状况为轻度污染，Ⅲ类水质比例为53.3%，Ⅳ—Ⅴ类比例为25.0%。清河水质状况为轻度污染，Ⅲ类水质比例为57.6%，Ⅳ—Ⅴ类比例为37.3%。南渠水质状况为中度污染，其中Ⅳ—劣Ⅴ类比例为89.8%。根据主要支流水质功能区划定类别，唐白河(Ⅳ类)、清河(Ⅳ类)及南渠(Ⅴ类)水质达标率分别为93.3%，93.2%，76.3%。唐白河、清河及南渠水质类别明显劣于入境断面，汇入后对出境断面水质影响较大，导致出境断面特征污染物浓度明显增加，水质出现下降趋势，Ⅰ—Ⅱ类水质比例下降15.0%。

4.2 汉江襄阳城区段入境与出境断面水质沿程变化

2018—2022年汉江襄阳城区段入境与出境断面各监测指标质量浓度平均值对比见表 1。

由表 1可见，2018—2022年汉江襄阳城区段出境断面主要污染指标氨氮、总磷、总氮质量浓度年均值均明显高于入境断面，其中氨氮质量浓度增加0.109 mg/L，增幅260%；总磷质量浓度增加0.013 mg/L，增幅46.4%；总氮质量浓度增加0.38 mg/L，增幅28.8%。高锰酸盐指数、浊度无明显变化。出境断面水温、pH值、溶解氧、电导率较入境断面变化明显，水温年均值较入境断面高出3.09 ℃。表明南水北调中线工程的启用以及汉江襄阳境内王甫洲、新集、崔家营水电枢纽陆续建成投入使用后，汉江襄阳城区段正逐步由天然河流向水库形态转变，水动力条件变化导致水体中营养盐及水温、pH值、溶解氧等分布特征改变十分明显。

出境断面主要监测指标质量浓度的增加，一是受唐白河、清河支流及南渠等黑臭水体汇入影响，其中2018—2022年支流唐白河年均入境水量占汉江襄阳城区段出境水量的12.0%，氨氮贡献率32.1%，总磷贡献率23.4%，总氮贡献率20.4%。二是接纳了襄阳城区鱼梁州、观音阁、东津三大污水处理厂，各类工矿企业生产及生活外排废水。

入境、出境断面及主要支流秩相关系数见表 2。由表 2可见，2018—2022年白家湾、清河口水质有变好趋势，余家湖、唐白河、南渠水质有变差趋势，主要变化趋势均不显著。2022年内，入境、出境断面及唐白河水质均有显著变好趋势。出境断面水质变化趋势和主要支流唐白河、南渠变化趋势一致，表明主要支流水质状况汇入后影响出境断面水质。

4.3 入境与出境断面丰、枯水期水质变化

根据襄阳市水质公报^[17]，襄阳市降水量年内分布不均，5—10月为丰水期，1—4月、11—12月为枯水期。2018—2022年汉江襄阳城区段入境与出境断面不同水期各指标质量浓度对比情况见图 4(a)—(d)。由图 4可见，2018—2021年入境和出境断面主要监测指标质量浓度水期分布表现为丰水期＞枯水期。2022年表现为枯水期＞丰水期，主要与2022年湖北发生了自1961年有完整记录以来最严重的气象水文干旱有关，长江全流域发生主汛期反枯，汉江中下游流域降水量大幅减少，襄阳城区降水量仅为682 mm，为近10年内最低，襄阳城区较往年同期提前60 d进入枯水期，丰、枯水期时间分布与2018—2021年明显不同。

4.4 总磷、氨氮和总氮质量浓度比值分析

2018—2022年汉江襄阳城区段入境和出境断面总磷、氨氮和总氮质量浓度比值见表 3。

由表 3可见，入境断面ρ(氨氮)与ρ(总氮)比值为0.018~0.071，出境断面ρ(氨氮)与ρ(总氮)比值为0.052~0.138，较入境断面略有增加，但仍维持在较低水平。氨氮所占总氮的比例非常低，水质中氮主要以游离氨和铵盐以外的形式存在。根据入境断面手工监测数据，硝酸盐氮年均质量浓度为1.26 mg/L，ρ(硝酸盐氮)与ρ(总氮)比值为0.962，出境断面硝酸盐氮年均质量浓度为1.45 mg/L，ρ(硝酸盐氮)与ρ(总氮)比值为0.853，硝酸盐氮占比均较高。由此可知，汉江襄阳城区段总氮主要来源于水体中硝酸盐氮的贡献。入境断面ρ(氨氮)与ρ(总磷)比值为0.86~2.75，ρ(总氮)与ρ(总磷)比值为37.5~60.0；出境断面ρ(氨氮)与ρ(总磷)比值为1.75~5.81，ρ(总氮)与ρ(总磷)比值为33.4~51.8，表明汉江襄阳城区段水质污染仍以氮污染为主。

4.5 入境与出境断面主要监测指标相关性分析

利用SPSS软件对2018—2022年汉江襄阳城区段入境与出境断面共计53个月的各监测指标月均值进行相关性统计分析，皮尔逊相关(Pearson correlation)系数(P)和显著性P值[Sig.(2-tailed)]分析结果见表 4。

由表 4可见，入境断面中高锰酸盐指数与浊度、总磷、温度呈显著正相关，与pH值、溶解氧、氨氮呈显著负相关。氨氮与pH值呈显著正相关，与高锰酸盐指数、总氮呈显著负相关；总磷与温度、浊度、高锰酸盐指数呈显著正相关，与pH值、溶解氧、电导率呈显著负相关；总氮与浊度呈显著正相关，与pH值、氨氮呈显著负相关；溶解氧与pH值呈显著正相关，与温度呈极其显著负相关。

出境断面中高锰酸盐指数与浊度呈显著正相关，与pH值、电导率呈显著负相关。氨氮与温度、浊度、高锰酸盐指数呈显著正相关，与pH值、电导率呈显著负相关；总磷与温度、浊度、高锰酸盐指数、氨氮呈显著正相关，与pH值、溶解氧、电导率呈显著负相关；总氮与溶解氧、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷呈显著正相关；溶解氧与pH值呈显著正相关，与温度呈极其显著负相关。

汉江襄阳城区段入境、出境断面受水体污染影响来源不同，导致各监测指标中氨氮、总氮与各指标相关性差别较大，总磷、溶解氧与各参数间的相关性基本一致，说明汉江城区段入境与出境断面水体中的磷污染来源大致相同。

5 结论

(1) 2018—2022年汉江襄阳城区段出境断面总磷、总氮、氨氮质量浓度均高于入境断面，主要支流唐白河水质变化趋势与出境断面一致，各支流水质状况明显劣于入境断面。表明主要支流水质对出境断面水质影响较大。

(2) 2018—2022年汉江襄阳城区段出境断面主要污染指标氨氮、总磷、总氮5年质量浓度均值较入境断面增长明显。高锰酸盐指数、浊度无明显变化。水动力条件变化导致汉江襄阳城区段沿程水体中营养盐及水温、pH值、溶解氧等分布特征改变十分明显。秩相关系数分析结果表明，2018—2022年5年间汉江襄阳城区段入境断面水质有变好趋势，出境断面水质有变差趋势，但变化趋势均不显著；其中，2022年出、入境断面水质均有显著变好趋势。

(3) 2018—2022年汉江襄阳城区段出、入境断面主要监测指标质量浓度水期分布表现为丰水期＞枯水期，2022年表现为枯水期＞丰水期。

(4) 汉江襄阳城区段水质污染仍以氮污染为主，水质中氮主要以游离氨和铵盐以外的形式存在。

(5) 相关性统计分析结果发现，汉江襄阳城区段出、入境断面受水体污染影响来源不同，各监测指标中氨氮、总氮与各指标相关性差别较大，总磷、溶解氧与各参数间的相关性基本一致，说明汉江襄阳城区段出、入境断面水体中的磷污染来源大致相同，同时可根据各指标之间相关性对主要监测指标进行初步判断。

6 讨论

2018—2022年期间，汉江襄阳城区段水质虽总体保持在Ⅱ类(除总氮外)，但与入境断面相比，出境断面主要污染指标总氮、总磷、氨氮质量浓度均出现了明显增长，说明汉江襄阳城区段受支流汇入和人类活动影响明显。为保护汉江水资源环境，合理制定保护对策，可以从支流及汇入水体水质治理方面着手加强。

(1) 从汉江襄阳城区段污染来源及影响比重着手，重点关注汉江支流水质影响，推进支流水质治理，特别是唐白河水质治理，加快沿线产业结构提档升级，大力支持绿色低碳产业发展，开展流域上下游(河南南阳与湖北襄阳)联动，大力整治、淘汰高耗能、高污染企业，减少唐白河流域污染物排放，重点关注涉及总氮、总磷、氨氮等营养盐污染物排放。加快推进唐白河主要支流滚河及滚河支流水环境专项治理及水体环境修复工程，加强滚河沿线农村生活垃圾管理，加快河道水体表面漂浮物清理、河道清淤、生态护坡等修复项目实施。对滚河流域畜禽养殖方式进行规范、优化、整合，合理布局畜禽养殖位置，提升集中式畜禽养殖场粪污资源化利用水平，对渔业养殖退水、农业面源污染、沿线污水处理厂外排废水加强监管，推进沿线乡镇污水厂污水收集，加强运行管理，确保滚河流域水质长期稳定达标。

(2) 继续加大黑臭水体整治力度，汉江作为襄阳城区段最大的受纳水体，南渠、大李沟、仇家沟、七里河等黑臭水体加大了汉江襄阳城区段出境断面的水质压力，因此须加快黑臭水体整治，大力推进截污管网、雨污分流、老旧小区污水管网工程改造，进一步提高城市污水收集率，加强入河排污口整治，杜绝污水直排，尽快消除黑臭水体对汉江水质的影响。

(3) 清河、唐白河、南渠等支流对汉江襄阳城区段水质影响较大，各支流汇入口均无水质自动监测设施，应根据水质水期分布特点，重点加强对各支流汇入口的水质监测特别是汛期水质监测；根据监测结果做好污染源排查溯源，采取相应针对性对策，逐步减少支流水质影响。

(4) 重视城市大型污水处理设施外排废水对汉江襄阳城区段出境断面水质影响，加强襄阳城区观音阁、鱼梁州、东津三大城市污水处理厂日常监督管理，协调处理好汛期防洪与水环境安全问题关系，确保污染物稳定达标排放。

(5) 减少汉江梯级开发对汉江水质及水体动力学影响，加强江河湖库水量调度。完善水量调度方案。采取闸坝联合调度、生态补水等措施，合理安排闸坝下泄水量和泄流时段，维持河湖基本生态用水需求，重点保障枯水期生态基量。