劉延澄

　　摘　要：黃河是包頭市的主體水源，械市供水正受到枯流和污染的雙重擠壓。2000年底自來水出廠水質個別項目不合格，表明黃河包頭段水質污染已經破壞了河水的使用功能，到了非強化治理不可的程度。對黃河包頭段的“階梯”式污染，主要來自工業企業廢水超標、超量排放，當前必須緊急治理和控制的優先污染物是氨氮和耗氧量。迅速改善黃河水質，保障供水安全，是內蒙古“金三角”經濟區可持續發展的生命線工程。
　　關鍵詞：黃河包頭段水源污染 污染物濃度與總量 防污治污

EVOLUTION AND PRESENT STATE OF WATER
SOURCE POLLUTION OF THE YELLOW RIVER IN BAOTOU

Liu Yancheng

　　Abstract：The Yellow River is the main water source of Baotou city.The water supply of the city is being　threaten by both low water flow and pollution.In year 2000， some of the quality items Of the tap water　were not qualified，which shows that the water pollution in Baotou has influenced the normal using and　has to be controlled.The pollution Of the Yellow River in Baotou is mainly caused by unqualified
industrial waste water and over discharging.The priority pollution which shall be controlled at present
is ammonia nitrogen and oxygen consumption.Improving the Yellow River water quality and ensuring the
safe water supply is the “lifeline” project for continuously developing of “GoldenTriangle” economic
Zone Of lnner Mongolia.
　　Key words： the Yellow River in Baotou： water source pollution； pollution concentration and quantity；poilution prevention and control

　　包頭市是—座工業城市，以鋼鐵、稀土、機械、化工、羊絨制品等行業著稱于國內外。市轄區總面積近3萬平方公里，總人口204.3萬人，其中市區人口約106萬人。2000年，全市國內生產總值(GDP)達228.73億元。
　　包頭市城市供水以黃河為主體水源，沿河己建成城市取水設施總能力約為130萬m³／d，占城區供水總能力90％以上。其中，自來水系統建成黃河水凈化供水能力48萬m³／d，占其供水總能力85％。黃河是包頭市用水的生命線。
　　近些年來，黃河過境流量逐年減少，水體污染逐年加重，包頭城市供水受到河道枯流和原水污染的雙重擠壓，從源頭上陷入了新的困境。自2000年11月中旬起，由于黃河水水質嚴重惡化，常規工藝處理后多項指標不能達到“飲標”要求，以致自來水公司所屬2座掙水廠多次被迫停產。這種急劇爆發的黃河原水水質災害在包頭市城市發展史上前所未有，它表明黃河包頭段水質惡化趨勢
已經到了災害性的轉折點，已經威脅到黃河原水的最高使用功能。從可持續發展戰略來看，黃河防污治污和城市供水技術進步已經成為包頭市生存發展亟待解決的重大課題。

1 黃河包頭段水質的歷史變遷

　　1.1關于取水河段水質監測環境
　　黃河流經包頭市行政轄區總長度為240km，本文研究的“黃河包頭段”專指流經蜮市建成區邊緣的取水河段，其長度為63km。河段的上、中、下游分別建有3處城市取水設施，并設置了相應的水文和水質監測斷面。本文依上、中、下游的順序，將監測斷面分別稱為1^#、2^#、3^#斷面。
　　1^#監測斷面；位于昭君墳河段，可視為黃河包頭段水質的基準斷面。此斷面下游河段各項水質指標的增加值，主要是本市工業廢水和生活污水入黃所致。１^#斷面下方為包鋼水源地，江心式取水墩進水能力10.32m3／s，1988年以來實際年取水量約1.15億9，其中轉供市自來水系統0.165億m³。
　　2^#監測斷面：位于畫匠營子河段，上距１^#斷面20km，其下方建成包頭市自來水公司和伊盟達拉特電廠岸邊式取水泵房，現有進水能力分別為10m³／s(一期工程取水能力4m³／s)和5.8m³／s。在１^#和２^#斷面之間，有尾礦壩、昆河、四道沙河三條排污溝直接影響黃河水質。
　　3^#斷面：位于城市下端的磴口村，上距2^#斷面43km，其下游約lOOm處建有自來水公司岸邊式取水泵房，現有取水能力5萬m³／d，實際年取水量約1200萬m³。下游約1000m處建有農業取水泵房，進水能力40m³/s，為季節性取水。在2^#至3^#斷面間，下距3D斷面28Kin處有西河槽，年入黃污水量約114萬m³；下距30斷面23Km的東河槽年入黃污水量約205萬m³；下距3^#斷面僅240m的阿善溝，年入黃污水量約1萬m³。
　　1.2黃河包頭段水質變遷對照基準選擇
　　２^#斷面1982年至1987年河水綜合污染指數P=O-57，按地表水環境分級質量標準列為輕污染，滿足國家二級水體有關標準，可作為飲用水水源。到1998年，2u斷面的均值性污染指數P=I.04，屬重污染，水體質量降到Ⅲ類以下，已不能作為質量穩定可靠的飲用水水源。從黃河包頭段水質的變化過程看，1982年實測資料可以作為合格飲用水源的基準對照值。
　　綜合1982年黃河包頭段主要污染物濃度的平均值和最高值如下表１(除PH值外均為mg/l)。

表１ 指標分項 PH值 總硬度 溶解氧 化學耗氧量 氨氮 揮發酚 氰化物 砷 汞 六價鉻 氟 平均值 7.5-8.9 128.7 7.5 1.75 0.06 0.0027 0.0013 0.0137 0.00027 0.0004 0.267 最高值 244.0 (最低4.1) 6.3 0.083 0.047 0.010 0.04 0.005 0.04 0.5

　　一般理化指標可適應飲用水水源要求，化學耗氧量很低，氨氮的平均值也很低，有機污染輕微，但毒理學指標(揮發酚、砷、汞)有接近或超過飲標情況。
　　1.3黃河包頭段水質變化
　　1.3.1常規毒物濃度變化
　　在包頭市歷年排放的污染物中，揮發酚的污染負荷比值都是最大的，其排放總量的90％來自某化工廠。1986年以后，由于加強泊污以及生產量變化，年擇酚量從1800噸左右減少到300噸左右，1990年以后河水酚濃度基本上沒有超標。但是本市酚年排放總量年度間差別很大，集中排放時有發生，當河水酚濃度突然增大時，會導致掙水廠出廠水嗅味等指標惡化。對黃河原水酚濃度監測，仍
是保障包頭市自來水水質的重要工作。
　　河水中砷、氰化物、六價鉻濃度多年保持微量或無檢出狀態，仍應按國家標準進行長期監測。
　　1.3.2有機污染變化狀況
　　總體上看，黃河包頭段有機污染物等濃度近二十年間有增加趨勢，1998年以來污染明顯加重。其中，CODer在2000年均值達到27.７mg/l，比1982年增加15.3倍，且超標1.8倍；C0DMn到2000年均值超標，對總水源廠混凝沉淀效率產生明顯影響，出廠水水質變差。
　　1998年后，河水氨氮大幅度增加，2000年平均濃度比1982年增長50倍以上，并且超標2倍以上，己造成總水源出廠水經常性氨氮超標。
　　自九十年代中葉以后，黃河包頭段有機污染加重，當前已經不能保證城市取水的水質安全，并且自2000年底起引發數次水質災害，對入黃有機污染和氨氮實行嚴格控制，已成為十分緊迫的任務。
　　 1.3.3原水污染程度變化
　　黃河包頭段均值型綜合污染指數(P)及地面水質量等級變化如下表2。
　　到1998年，中、重污染增加，超標項目也從1986年4項左右增加到7項以上，水體類別時常低于m類。

表２ 年　度 斷　面 Ｐ　值 質量等級 1986～1987 1^# 0.54～0.804 輕、中污染 2^# 0.57～1.01 輕、中污染 3^# 0.60～0.925 輕、中污染 1998 1^# 0.67 輕污染 2^# 1.04 重污染 3^# 0.87 中污染

　　以3^#斷面為例：1999年C0Dcr超標率100％，2次Ⅳ類(18.0和17.6mg/l)，1次V類(20.1mg/l)，2次劣V類(31.5和28.0mg/l)。2000年氯化物1次劣V類：CODcr超標率100％，2次Ⅳ類，2次V類，1次劣V類(42.0mg/l)；B0D₅1次V類(6.2mg/l)；總汞最大值0.00017mg/l，為Ⅳ類。此外，苯并(a)芘濃度持續多年超標，近年來超標率達20-100％，對其污染及影響應予關注。

2 黃河包頭段的水質災害

　　2.1包頭市城市供水首次爆發水質性災害
　　2000年11月中旬起，黃河原水呈灰褐色，進入水廠調蓄水庫時，水面漂浮泡沫，經過水庫自然沉淀后，盡管加大預氯和PAC投量，懸浮澄清池仍頻繁翻池，濾后水濁度和色度明顯增高。到12月中旬，凈化后出廠水多項污染物濃度超過“飲標”，連續出現強烈的魚腥嗅味，引起用水戶普遍性反映，水廠被迫自12月26日起減少供水量50％以上達38天。2001年3月進入黃河冰凌解凍期后，出廠水水質再次惡化，總水源廠停止供水達一個月。
　　從2000年12月16日到2001年1月7日，總水源廠出廠水水質很差，其間11次主要污染物檢測結果統計如下表３：

表３ 項　目 色 氨氮 耗氧量 最大值 20 8.71 19.2 最小值 ５ 2.05 4.56 平均值 10.7 3.7 8.58 超標次數 １ 11 9 超標率 ９% 100% 82%

　　其中，氨氮平均值超標6.7倍，最大值超標16.4倍；耗氧量平均值超標0.4倍，最大值超標2.2倍。表明現階段導致包頭市飲用水水質惡化的主要污染物是氨氮和耗氧量。
　　2.2黃河包頭段的三重污染源
　　2.2.1三重污染源的疊加效應
　　黃河包頭段水質，是由上游外省區、河套地區和本市三重污染疊加與河道白凈效能相互作用的結果。
上游甘肅省蘭州市、白銀市、寧夏石嘴山市等地工業廢水治理都曾取得較好成效，八十年代以來黃河的汞、油類等污染一度明顯減少。近幾年來，上述省市對黃河水質污染出現反彈，對包頭段水質有所影響。
　　上游內蒙河套地區農業灌溉后的退水返回黃河后，常導致氯化物和生化需氧量增高，多座城市生活污水和工業廢水無序排放，都對黃河包頭段水質產生直接危害。黃河水質監測部門于2001年1、2季度抽測了一批工業入黃排污口水質，其中：
　　距包頭市約300km的烏海市化工廠廢水中CODcr值3000mg/l(間歇性排放)，焦化廠污水中CODcr205mg/l、酚類66mg/l、氟3.19mg/l。
　　距包頭市約lOOkm的烏拉特前旗3戶造紙廠的污水對黃河形成了集中性污染，測得的CODcr值為2400～7600mg/l，BOD5值為1200～2100mg/l；集聚了農灌退水和城鎮生活污水的烏粱素海也污染嚴重，其入黃污水CODcr值達1200mg/l。
　　河套地區近年來排污增加，使黃河進入包頭轄區的三湖河斷面水質時常淪為V類甚至為劣V類。包頭市取水河段上游的CODcr、BOD₅等項污染已相當嚴重。包頭段廣斷面2000年12月9日至19日間，實測CODMn平均值為10.3mg/l，屆劣V類水質。
　　2.2.2包頭市入黃捧污溝污染總負荷分析
　　包頭市入黃掉污溝有7條，多年來排入黃河的廢水總量年際間變化不大，1981年8210萬噸，1985年8414萬噸，1990年8575萬噸，1998年8730萬噸。廢水量和污染負荷的比重，均以昆河、四道沙河、西河、東河4條為主，而且都對畫匠營子、磴口水源地有直接影響，控制這4條排污溝水質指標和排放總量，對改善取水河段水質有直接作用。
　　12年間，4條排污溝的污染總負荷經歷了一個“馬鞍形”過程，1986年為3157.19，1990年為163.48，1998年上升到10476.89，反映出包頭市經濟發展與水環境保護進展相互絞合的歷程。八十年代初期，包頭市貫徹國家“三同時”方針和((誰污染誰治理”原則，隨后又對工業企業實施“達標排放”管理，關停并轉了一批污染嚴重的小型企業，水環境治污工作取得顯著成績。以1990年與1986年比較，污染總負荷下降94-8％，4條捧污溝的污染總負荷下降幅度分別為：昆河91.0％，四道沙河49.6％，西河79.2％，東河97.8％。
　　九十年代中葉以后，在全市經濟快速發展的過程中，—批新建企業沒有建設相應的污水治理設施，一些原有的治理設施不能持續發揮效益，在廢水排放量激增的同時，污染總負荷大幅度上升。以1998年與1990年比較，4條溝的污染總負荷增加63倍，其中，昆河增加187.5倍，四道沙河增加100.8倍，西河增加5.9倍，東河增加3.5倍。
　　從城市供水水質保障角度，對上述包頭入黃排污狀況應強調以下認識：
　　(1)入黃排污總負荷激增，排污對黃河水質已構成明顯危害。
　　(2)在4條排污溝中，昆河及四道沙河年入黃廢水量占總量的95.8％，污染總負荷占的89.4％，污染頁獻分別為47.89％和41.47％，是包頭市水環境防污治污的重點。
　　(3)黃河包頭段水體的主要污染源仍然是工業企業，近年主要的污染物有NH₃-N、T-P、CODcr、BOD₅和油類。氨氮、有機物和油類污染，是當前導致自來水系統常規工藝失效的主要物質，也為氯化消毒過程中產生鹵代化臺物等毒性副產晶提供了前驅物質。
　　2.2.3關于入黃污染物的捧放總量
　　黃河水體對污染物的接納能力，與河水流量大小有密切的關系。1984年以前，包頭段多年平均流量為818.6m³/s，最大流量達5450m³/s，以后呈逐漸下降趨勢。1990年平均流量降至741m³/s，近幾年平均流量降到600m³/s以下，年內長時間處于300m³/s以下的低流和枯流狀態，水體承受污染能力變得十分脆弱。1998年以來，CODcr、BOD₅、NH₃-N和油類是黃河包頭段水質超標的主要項目，對其總量控制已勢在必行。
　　從1998年環境優先污染物排放總量看，昆河與四道沙河年排放CODcr(22678噸)占到73.3％，NH₃-N(3973噸)占到95.3％，油類(694噸)占到83.0％，這三項污染物正是導致近年包頭市城市供水水質轉差的主要因素。
　　四道沙河入黃口距離其下游的畫匠營子取水泵房不足3km，常年污水排放量達4300萬噸，且自左岸入河后不能進入河道主槽，到達水廠取水口時，污染物仍然濃度很高，在河道枯流或冰凍期間，對取水口水質危害更大。2000年12月20日前后，黃河流量僅為200m³/s左右，四道沙河每日排入黃河廢水量約11m³，相當于1.3m³/s。流入河床后受長達1km沙壩阻擋，沿左岸與黃河邊流也不能完全混合，稀釋程度僅約20倍，然后流入冰層之下，使取水口進水呈灰褐色，進而導致總水源廠凈化工藝失效。在12月20日至28日間，出廠水嗅味引起社會強烈反響，氨氮最高達8.71mg/l，超標16.4倍（12月28日），耗氧量（CODMN）最高為19.2mg/l，超標2.2倍（12月27日）。
　　2000年12月24日，有關部門在四道沙河中游分流，將廢水總量的70%左右導致取水河段下游入黃，改善了取水環境質量，但未解除水源地的重度污染。這是因為，在鄰近四道沙河下游地段，近些年新建了4戶稀土工業企業，其廢水對畫匠營子水源地構成了氨氮、CODcr重度污染。在四道沙河上游截流后原入黃口廢水基本上是這4戶企業排放，2000年12月25日檢測，入黃前廢水CODcr為63.9mg/l，氨氮為173.67mg/l。這種高濃度污染物，即使在黃河干流水量較大時，也會嚴重污染水體。消除這4家稀土企業廢水超標超量排放，是當前防治畫匠營子水源地水質災害的最緊要任務。

3 影響包頭市黃河水源污染程度的相關因素

　　3.1包頭市黃河水源水質現狀
　　近三年HN₃-N平均濃度在3個斷面上都持續超標，水體質量常年為Ⅳ類，且每年都發生。1^#斷面表明包頭市上游NH₃-N污染已經超標，且呈逐年加重趨勢，平均值超標0.7倍，最大值超標6.5倍。2^#斷面疊加本市排污量后，NH₃-N濃度大幅度增高，三年平均濃度超標2.1倍，最大值超標16倍。河水經過43km河道后，3^#斷面NH₃-N濃度沒有明顯降低，三年平均值超標1.3倍，最大值超標9.7倍，表明包頭段的自凈能力已削弱殆盡。
　　與八十年代后期比較，氨氮污染的增加值是驚人的。1986年至1990年，3個斷面5年HN₃-N的平均濃度分別為0.131mg/l、0.143mg/l、0.137mg/l，河水常年為I類水體。近3年平均值與此比較，1^#斷面增加5.6倍，2^#斷面增加9.7倍，3^#斷面增加7.4倍。黃河包頭段氨氮污染激增以至常年超標，起始于九十年代中葉，2000年處于歷史峰值，可列為當前頭號優先污染物。CODMn指標近三年平均值尚未超標，但從飲用水安全角度分析，以下兩點應該引起高度警覺。
　　(1)、2000年河水CODMn平均值都已超標，3個斷面實測最大值都超標1.2倍，并且引發了自來水超標。2000年12月26日至2001年1月7日，水源總廠出廠水CODMn檢測超標率達90％，最大值19.2mg/l，超標2.2倍，平均值8.6mg/l，超標0.4倍。
　　(2)、我國即將頒發新的生活飲用水標準，要求水源CODMn不大于4mg/l(Ⅱ類)，黃河包頭段將可能處于常年超標狀態，自來水將難以達到合格。
　　3.2影響包頭段河水水質變化的主要因素
　　3.2.1入黃污染物總量及濃度的影響
　　2^#斷面上游有昆河、四道沙河排污入黃，直接影響畫匠營子水源地水質。
　　與1986年比較，1998年兩條溝廢水年排放總量增加4262萬噸，增長1.4倍，與黃河流量逐年下降趨勢逆向，即使污染物排放總量保持同一水平，河水也會加重污染。實際上，四道沙河多項污染物總量大幅度增加，氨氮增加163倍，氟化物增加32.7倍，CODcr增加0.6倍，油類增加1.4倍。在黃河水環境防污治污工作中，控制污染物擇放總量己迫在眉睫。
　　1998年昆河平均值100％超標污染物6項，超標倍數分別為：氨氨41倍、揮發酚3倍、氟化物3倍、CODcrl0倍、總磷6倍、油6倍。四道沙河平均值100％超標污染物5項，超標倍數分別為：氨氮91倍、氟化物49倍、CODerl6倍、總磷59倍、油15倍。
　　1998年是包頭段河水水質轉折點。2^#斷面水質為Ⅲ類以下，已不符合水源地Ⅱ類水體要求。從超標率看，對水質影響最大的3項污染物平均超標倍數為：氨氨3倍、CODMn0.3倍、油5倍。這與2條排污溝入黃濃度超標倍數最大的污染物是相對應的。改善畫匠營子河段水環境質量必須從昆河、四道沙河抓起，重點是氨氮、CODcr、油類達標及控制其排放總量。
　　四道沙河氨氮排放劇增，是嚴重破壞畫匠營子水源地水質的首要困素。四道沙河1998年和2000午平均流量都是4.8×10⁴m³/d，但兩年的NH₃-N濃度相差甚大，2000年最大值達855.23mg/l，增加4.7倍，平均值達269.42mg/l，增加1.9倍，是造成2000年冬季自來水水質災害的直接原因。對沿河4戶稀土企業廢水強制達標并限制總量，將四道沙河全部污水移至水源地下游入黃，是遏制畫匠營子河段水質惡化趨勢的最迫切的任務。
　　3.2.2黃河干流流量變化的影響
　　干流流量對河段水質的影響，實質上是對污染物的稀釋能力和水體自凈能力的綜合反映。
　　近三年中的最小流量雖然都比歷史上的43m³/s(1976年11月14日)高，但每年低于l00m³/s的天數要比過去多，最大流量比過去一般年份的3000m³/s以上小得多。特別是年平均流量只有1990年以前的50％左右。多年無大流量，河床增高、拉平、主槽相對變淺，低流量時水面展寬，對沿岸排污的混合、稀釋能力下降，在同等排污水平時，河水水質也會變差。年平均逕流量，八十年代大
約250億m³，而近幾年平均約170億m³，水體自凈效果大不如前。流量和年逕流量偏低，本段河水極宜爆發突然性重度污染，直接惡化水源地水質。
　　把近三年河水主要超標污染物濃度對應流量關系排序，歸納為下表4。
　　一般排放條件下，河水中污染物濃度隨干流流量增大而降低。當流量大于500m³/s時，可達到Ⅲ類水體。當流量小于150m³/s時，河水水質全面惡化，主要污染物超標率高。1999年5月12日，河水流量95m³/s，測得苯并(a)芘濃度高達0.142μg/l，超標55.8倍，表明低流量時集中性污染物的嚴重危害。在當前排污條件下，可以將干流150m³/s流量視作本段水源水質將發生重度污染的臨界警示值，對排污控制和城市取水都有實際意義。

表４

流量

污染物

≤150m³/s 160～500m³/s 500～850m³/s BOD₅ 平均值
(mg/l) 4.0 2.8 2.4 超標倍數 0.3 0 0 CODcr 平均值
(mg/l) 30.6 29.8 22.5 超標倍數 1.04 0.99 0.5 CODMn 平均值
(mg/l) 6.7 4.6 3.3 超標倍數 0.25 0.13 0 苯并(a)
芘 平均值
(μg/l) 0.0377 0.0137 0.0113 超標倍數 14.1 5.4 3.5

　　2001年6月18日至8月26日2^#斷面連續4周自動監測，將其每周平均值列為下表5，可見本段水質仍然污染嚴重，主要污染物為CODMn。

表5 周序 污染物周平均值（mg/l） 河水水質
類別 河水流量（m³/s） CODMn TOC NH₃-N 1 10.51 6.93 0.28 V類 100左右 2 9.22 6.79 0.23 Ⅳ類 ＜100
最低63 3 11.20 7.22 0.10 V類 4 5.68 2.80 0.06 Ⅲ類 300～900

　　此外，包頭段是黃河冰凍最嚴重的河段，冰期對本段水質也產生不利影響。封凍期，受局部先凍冰橋等阻礙，干流易生分叉，入河污水只能與岸邊小流量混合；冰封期，冰下水中污染物揮發條件差；解凍時冰壩阻流，局部水位抬高形成死水區或迥流區，一定程度上積累了污染物總量。因此，在每年12月份及次年3-4月份，水源地水質容易發生重度污染。
　　──黃河包頭段水質污染已嚴重威脅到包頭市、東勝市、呼和浩特市水源安全，對內蒙古“金三角”經濟區生存和發展前途具有決定性作用。防治污染，盡快改善黃河本段水環境質量，爭取恢復良好生態條件，是內蒙古中西部地區實施可持續發展戰略、建設經濟強區的生命線工程。

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劉延澄(1938-)，男，漢族，遼寧省遼陽人，高級工程師，中國土木工程學會水工業學會理事，研究方向為緘市供水。