广西农村地表水饮用水水源地水质状况分析
李方1, 李传章2, 邓敏军1, 黄良美1, 韦锋1, 潘汉城1, 梁华1     
1. 广西壮族自治区生态环境监测中心,广西南宁 530028;
2. 泰山学院教师教育研究院,山东泰安 271000
摘要: 为了解广西农村地表水饮用水水源地水质状况,根据2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地水质监测数据,分析广西农村地表水饮用水达标情况、时空变化和主要超标因子等。监测结果表明:2015-2021年,广西672个村庄地表水饮用水水源地的水质达标率为78.42%。水质达标率年际波动较大,为68.35%-88.89%。每年各季度之间水质变化明显,一、四季度水质优于二、三季度,且各季度达标率明显高于同年总体达标率。超标村庄空间分布较广,超标因子相对集中,主要为粪大肠菌群、总磷等,表现出与农村农业面源污染较强的相关性。桂东地区水质达标率较高,在88%以上,而桂西、桂南较低。综上,广西农村地表水饮用水水源地水质有所改善,但不稳定,建议进一步加强农村饮用水水源地的监测和保护。
关键词: 农村    饮用水水源地    水质    监测    评价    农业面源污染    
Analysis of Water Quality of Rural Surface Drinking Water Sources in Guangxi
LI Fang1, LI Chuanzhang2, DENG Minjun1, HUANG Liangmei1, WEI Feng1, PAN Hancheng1, LIANG Hua1     
1. Ecological and Environmental Monitoring Center of Guangxi Zhuang Autonomous Region Nanning, Guangxi, 530028, China;
2. Institute of Teacher Education, Taishan University, Tai′an, Shandong, 271000, China
Abstract: In order to understand the water quality status of rural surface drinking water sources in Guangxi, according to the water quality monitoring data of rural surface drinking water sources in Guangxi from 2015 to 2021, the compliance status, temporal and spatial changes and main exceeding standard factors of rural surface drinking water in Guangxi were analyzed.The monitoring results showed that from 2015 to 2021, the water quality compliance rate of surface drinking water sources in 672 villages in Guangxi was 78.42%.The inter-annual fluctuation of water quality compliance rate was large, and the rate of compliance ranged from 68.35% to 88.89%.The changes between quarters were obvious every year, and the first and fourth quarters were better than the second and third quarters, and the compliance rate of each quarter was significantly higher than the overall compliance rate of the same year.The spatial distribution of over-standard villages was wide, and the exceeding standard factors were relatively concentrated, mainly including fecal coliforms, total phosphorus, which showed strong correlation with rural agricultural non-point source pollution.The water quality in the east of Guangxi was higher, with a compliance rate of more than 88%, while that in the western and southern Guangxi was lower.In summary, the water quality of rural surface drinking water sources in Guangxi has been improved, but it is unstable.It is suggested to further strengthen the monitoring and protection of rural drinking water sources.
Key words: rural    drinking water sources    water quality    monitoring    evaluation    agricultural non-point source pollution    

饮用水安全与人类健康息息相关。由于农村社会事业发展滞后,存在农业生产方式粗放、环境保护环节薄弱、环境监管能力严重不足等诸多问题,导致我国农村饮用水安全问题日益突出[1, 2]。许多研究表明,我国农村饮用水水源地的水质状况不容乐观,污染问题突出,水质亟待改善[3-5]。近年来,虽然一些学者对广西农村饮用水水质状况做了研究,但仅仅涉及某一项指标或者某一个市县[6-9],对广西农村饮用水水质状况仍缺乏系统全面的了解。为此,本研究根据多年的广西农村地表水饮用水水源地水质监测数据,系统评价广西农村地表水饮用水水源地水质状况,分析广西农村地表水饮用水水源地水质存在的主要问题,并有针对性地探讨保障广西农村饮用水安全的对策措施。

1 材料与方法 1.1 监测概况

2015-2021年,在广西14个设区市选取分布均匀且代表性较强的村庄,开展农村地表水饮用水水源地水质监测与评价(图 1)。农村地表水水源地监测断面(点位)以村庄作为布设单元,布设于该村庄主要的饮用水取水处,每个村庄至少布设1个监测断面(点位)。地表水水源地主要包括河流、湖库、山溪、坑塘、水窖等。

图 1 2015-2021年监测村庄分布及水质状况图 Fig. 1 Monitoring village distribution and water quality map from 2015 to 2021

1.2 监测项目及评价方法

依据《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002),对其中涉及的基本项目(22项,化学需氧量和总氮除外)和补充项目(5项)开展监测,按照Ⅲ类水质标准采用单因子评价法进行评价。

1.3 监测方法

每季度各监测1次,全年4次。以手工监测为主,自动监测为补充。

2 结果与分析 2.1 广西农村地表水饮用水水源地水质时间变化

2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地水质达标情况见表 1。2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地的监测点位基本呈不断增加趋势,从2015年的42个增加到2021年的127个,2018年后基本稳定在100个以上。2015-2021年的监测结果显示:广西地表水饮用水水源地水质达标率由2015年、2016年的70%左右逐渐提高到2017-2019年的85%左右,而2019年以后水质达标率又有所下降,表明广西地表水饮用水水源地水质达标率不稳定,水质呈现不断波动变化的趋势。

表 1 2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地水质达标情况 Table 1 Water quality compliance situation of rural surface drinking water sources in Guangxi from 2015 to 2021
年份
Year
监测点位数量
Number of monitoring points
一季度达标率/%
Compliance rate in the first quarter/%
二季度达标率/%
Compliance rate in the second quarter/%
三季度达标率/%
Compliance rate in the third quarter/%
四季度达标率/%
Compliance rate in the fourth quarter/%
总体达标率/%
Overall compliance rate/%
2015 42 97.62 90.48 73.81 88.10 71.43
2016 79 93.67 79.75 86.08 84.81 68.35
2017 101 94.06 94.06 91.09 100.00 86.14
2018 92 98.91 93.48 91.30 94.57 83.70
2019 117 97.44 94.87 93.16 99.15 88.89
2020 114 93.75 82.88 76.32 91.23 74.56
2021 127 92.13 81.89 78.74 77.95 71.65

从年内变化来看(表 1),2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地水质达标率最低的季度均出现在二季度或三季度(2021年除外),表明广西农村地表水饮用水水源地水质达标率年内变化较明显;一、四季度水质优于二、三季度,以第一季度最优(2017年和2019年除外)。各季度达标率与同年总体达标率相比明显升高,表明各监测点位年内达标情况变化较大,点位超标具有偶发性。

由2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地水质类别分布情况(图 2)可以看出,2015-2021年农村地表水饮用水水源地无Ⅰ类水质点位,Ⅱ类水质点位比例基本呈先增加后下降趋势,Ⅲ类水质点位比例基本呈增加趋势,而Ⅳ类水质点位比例呈明显下降趋势,Ⅴ类水质点位比例呈先下降后增加趋势,劣Ⅴ类水质点位比例变化不大,可见广西农村地表水饮用水水源地水质有所改善,但不稳定。

图 2 2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地水质类别分布 Fig. 2 Distribution of water quality classification of rural surface drinking water sources in Guangxi from 2015 to 2021

2.2 广西农村地表水饮用水水源地超标因子分析

从2015-2021年广西农村地表水饮用水监测项目看,27项监测项目中,有15项无超标现象,而12项存在超标现象,超标项目见表 2表 2数据显示,广西农村地表水饮用水水源地水质超标因子比较集中,主要超标项目为粪大肠菌群(Fecal coliforms)、总磷(P_total)等。从年际变化来看,总磷、粪大肠菌群、铁(Fe)、锰(Mn)超标率波动较大,而pH值、锌(Zn)、硒(Se)仅一个年度存在超标现象。粪大肠菌群的超标率最高,为14.88%,其次为铁、总磷和锰,超标率在3%左右。粪大肠菌群的超标率在2021年最高,为25.98%;铁、总磷、溶解氧(DO)的超标率均在2015年最高,分别为11.90%、7.14%、2.38%;锰、石油类(Petroleum)、氨氮(NH3-N)、五日生化需氧量(BOD5)、硒的超标率均在2016年最高,分别为7.59%、3.80%、3.80%、2.53%、1.27%;pH值和高锰酸盐指数(CODMn)的超标率在2020年最高,均为1.75%,而其他年份较低或者无超标现象。

表 2 广西农村地表水饮用水水源地水质监测项目超标率 Table 2 Excessive rate of water quality monitoring factors in rural surface drinking water sources in Guangxi 
Unit: %
项目
Factor
年份Year 合计
Total
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
pH value 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.75 0.00 0.30
DO 2.38 0.00 0.00 0.00 0.85 1.75 1.57 0.89
CODMn 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.75 1.57 0.60
BOD5 0.00 2.53 0.00 0.00 0.00 1.75 0.79 0.74
NH3-N 0.00 3.80 0.00 0.00 0.00 0.00 2.36 0.89
P_total 7.14 3.80 0.00 1.09 0.85 5.26 5.51 3.13
Zn 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2.63 0.00 0.45
Se 0.00 1.27 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.15
Petroleum 0.00 3.80 0.99 0.00 2.56 0.00 0.00 1.04
Fecal coliforms 14.29 13.92 12.87 9.78 7.69 16.67 25.98 14.88
Fe 11.90 8.86 0.00 5.43 0.00 2.63 5.51 4.02
Mn 0.00 7.59 0.99 0.00 0.00 2.63 4.72 2.38

2.3 广西农村地表水饮用水源地水质空间分布

2015-2021年累计监测的672个地表水饮用水水源地断面中,有527个断面水质达到标准,达标率为78.42%。由2015-2021年广西各地设区市农村地表水饮用水水源地水质状况(图 1表 3)可以看出,梧州市水质最优,无超标现象;玉林市和桂林市水质达标率较高,大于90%;而北海市、钦州市、防城港市、河池市水质达标率较低,小于70%,特别是北海市,达标率仅为14.29%。总体而言,桂东地区的农村地表水饮用水水源地水质较好,桂西、桂南地区较差。从超标项目来看,粪大肠菌群、总磷等超标的村庄分布具有普遍性,铁、锰等金属超标的村庄主要集中于桂西、桂中南等地。

表 3 2015-2021年广西各设区市农村地表水饮用水水源地水质状况 Table 3 Water quality status of rural surface drinking water sources in Guangxi from 2015 to 2021
设区市
Prefecture-level city
累计监测点位数
Cumulative number of monitoring points
达标点位数
Number of compliance points
达标率/%
Compliance rate /%
超标项目
Exceeding standard factors
Nanning 27 20 74.07 DO, CODMn, BOD5, P_total, fecal coliforms, Fe
Liuzhou 43 34 79.07 Fecal coliforms, Fe
Guilin 82 77 93.90 Fecal coliforms
Wuzhou 35 35 100.00 None
Beihai 7 1 14.29 CODMn, BOD5, P_total, fecal coliforms, Mn
Fangchenggang 33 20 60.61 pH value, P_total, fecal coliforms, Fe
Qinzhou 41 11 26.83 DO, NH3-N, P_total, fecal coliforms, Fe, Mn
Guigang 33 29 87.88 DO, NH3-N, P_total, fecal coliforms
Yulin 22 21 95.45 NH3-N
Baise 145 123 84.83 DO, P_total, Zn, Se, fecal coliforms, Fe, Mn
Hezhou 44 39 88.64 CODMn, BOD5, P_total, fecal coliforms
Hechi 108 74 68.52 DO, BOD5, NH3-N, P_total, petroleum, fecal coliforms, Fe, Mn
Laibin 28 24 85.71 Petroleum, fecal coliforms, Mn
Chongzuo 24 19 79.17 Fecal coliforms, Fe, Mn
Total 672 527 78.42

3 讨论

根据监测结果可知,2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地水质达标率为78.42%,水质整体较好,历年水质达标率基本稳定在70%以上,这与广西各级政府重视水源地保护、不断加大对农村饮用水水源地的监管和整治是分不开的[10, 11]。从年际变化看,广西农村地表水饮用水水源地水质状况不稳定,存在较大波动,可能是监测村庄的变化以及监测村庄数不同所致。从各季度水质达标情况来看,达标率明显高于同年总体达标率,表明许多村庄地表水饮用水水源地水质超标具有偶发性,全年存在持续性超标现象的村庄较少,这表现出广西农村地表水饮用水水源地水质更为乐观的一面,同时通过加大监测区分偶发性和持续性超标村庄,对于科学制定饮用水水源地保护和监管政策具有重要意义。然而,由粪大肠菌群等污染指标引起的劣Ⅴ类水质并没有下降趋势,表明广西农村水污染压力还将持续增大,水质超标问题还将长期影响农村的饮用水安全[12]

本次监测结果反映出广西农村地表水饮用水水源地污染的原因及种类比较复杂。首先农业面源污染依然严峻,是影响饮用水水质的首要因素。农村地区环境基础设施比较落后,畜禽养殖粪便、生活垃圾和污水等随意排放以及农田农药肥料的大量施用现象十分普遍,这些人类生产生活所产生的污染物最终通过直排、渗透或者随灌溉和雨水径流进入地表水,导致农村地表水水质污染现象不断加剧[13, 14]。广西农村地表水饮用水水源地的主要超标因子为粪大肠菌群、总磷等,反映出广西农村饮用水主要受农业面源污染的影响,并且具有普遍性。粪大肠菌群、溶解氧、五日生化需氧量等项目的监测结果提示,农村饮用水受到生活垃圾、污水和畜禽、水产养殖废水排放的显著影响[15, 16]。总磷、氨氮等项目的监测结果提示,农村饮用水受到种植业流失的显著影响[12]。其次,特定行业污染在部分地区时有发生,威胁饮用水安全。铁、锰等金属污染反映出工矿业污染在广西部分农村地区影响较大,一些农村地区存在矿产开采区、尾矿库等,容易造成水土流失及水质污染问题[17]。超标村庄的分布与广西工矿业的分布是一致的,主要集中在河池、南宁、崇左、柳州等中西部地区。广西水系发达,内河航运较发达,导致部分地区村庄石油类物质超标[18]。再者,自然因素也是影响广西农村地表水饮用水水源地水质的一个重要因素。广西地处华南,为潮湿偏暖气候,该气候有利于细菌滋生,从而导致水中粪大肠菌群等生物指标含量较高。同时一些山区农村缺水,饮用水多通过收集雨水储存于地头水柜,这也有利于细菌滋生[19]。自然因素和人为污染因素的叠加,使得粪大肠菌群成为影响广西饮用水达标比例的首要因素。部分非工业型村庄铁、锰等金属元素超标,具有明显的区域特征,这可能与当地原生地质环境以及气候因素有关[6, 7]

为保障农村饮用水安全,需做好以下3个方面。一是强化对农村农业面源污染的精细化整治。本次监测结果显示广西农村地表水饮用水水源地水质主要受农业面源污染影响,应进一步加强农业面源污染与农村饮用水水质之间的关系研究,查找影响农村饮用水水质的主要原因。通过合理规划管理农村养殖业,做到达标排放,并减少规模以下养殖业污染排放;提高广大村民环境保护意识,结合农村连片整治工程,加快农村生活污水及生活垃圾处理设施建设,改变农村污水、垃圾排放方式,做到集中处理,推进农村生活污水处理设施和生活垃圾治理系统的稳定运行;通过调整饮用水水源地周边种植结构、防控种植业流失等措施,降低农业面源污染对饮用水水源地水质的影响,保障饮用水水质安全。二是加强对农村饮用水水源地的监管和保护。加快出台农村饮用水水源地保护区划方案,开展对农村饮用水水源地保护区的划分。将农村饮用水水源地保护区纳入当地的土地利用规划,确保水源地保护区周边土地利用与水源保护要求相适应。全面排查饮用水水源地保护区内的环境风险,并加强对保护区的综合整治,特别是加大对工业型村庄的监管和治理,防止污染。同时,进一步强化农村饮用水水源地的监测、分析和评估工作,将农村饮用水水质状况纳入当地政府绩效考核中,也为科学防控污染提供依据。三是加大农村安全饮用水工程建设。从监测结果来看,粪大肠菌群是影响广西农村饮用水安全的首要指标。因此结合实际,大力发展集中式饮用水供水,落实农村安全饮水工程质量,改善水处理工艺,尤其确保消毒的有效实施,或者配套使用净水仪器和消毒设备,将能在很大程度上改善农村地区饮水水质。

4 结论

2015-2021年广西农村地表水饮用水水源地水质达标率为78.42%,年际变化为68.35%-88.89%,水质状况不稳定,存在波动现象;历年水质均以Ⅲ类为主。广西农村地表水饮用水水源地水质年内变化明显,一、四季度水质优于二、三季度;各季度水质达标率均高于73%,且均明显高于同年度总体达标率,表明村庄水质超标具有偶发性特征。广西农村地表水饮用水水源地主要超标因子为粪大肠菌群、总磷,且具有普遍性。造成水质超标的原因主要是畜禽养殖、生活污水、农田施肥等人类生产生活所引起的农业面源污染。从空间分布来看,广西东部地区地表水饮用水水源地水质较好,桂西、桂南地区较差,铁、锰等金属污染具有区域特征,主要在桂西、桂中南地区。

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