北京市北运河主河道水质及排水量特征分析

水资源开发与管理2020年•第12期_______________________________________________________
DOI：1006616/ki.10-1326/TV.2020.12.09
北京市北运河主河道水质及排水量特征分析
邸琰茗
(北京市北运河管理处，北京101100)
【摘要】本文以2018年北运河主河道21个监测断面和53个排水口为研究对象，对21个监测断面进行基于统计学的水质特征分析。

并应用聚类分析划分出水质指标基于季节尺度和空间尺度的相似性，选取3个重点断面和4个重点排水口进行水质水量变化特征分析。

结果表明：北运河主河道断面水质具有显著的时空差异，北关拦河闸、榆林庄闸、杨洼闸3个重点监测断面呈现汛期降雨水质变差、SS和COD指标波动显著的规律，其中北关拦河闸断面水质较差，至下游河北土门楼断面水质好转；北运河沿岸部分排水口水质不达标，主要污染指标是COD、TN和NH4+-N，不同行政区入河污染指标构成中COD值最大,TN次之,TP最小，表明北运河北京各区段的主要入河污染物构成比例相似；各行政区北运河排水口排水量顺义区最大，朝阳区最小，一年内不同区域不同月份的日排水量与排水类型、排水来源密切相关。

该研究分析可为城市河道管理提供准确科学的数据支持。

【关键词】北运河主河道；断面水质；排水口水质水量
中图分类号：X824 文献标志码：-文章编号：2096-0131(2020)12-046-05
Analysis of water quality and discharge characteristics of the main
channel of the North Canal in Beijing
DI Yanming
(Beijing North Canal Administration Department,Beijing101100,China%
AbstracC:In this papee,21monitoring sections and53outletr of the main channd of the North Canal in2018are taken as the research objects,and the watee quality characteristics of21monitoring sections are analyzed based on statistics.The simimWty of watee quality indexes based on seasond scaec and spaV/l scaec is divided by clustae analysis.The characteWstics of watee quality and quantity change are analyzed by selecting3key sections and4key outlets.The resultr show that the watee quality of the main channel section of the North Canai has significant temporai and spatiai dimewncas, and the3key monitoring sections of Beiguan Rivee Sluico,Yulinzhuang Gate and Yan/wa Gate show the law of poor rainfali quality and sivnificant fluctuation of SS and COD indexes in flood season,among which the watee quality of Beiouan Rivee Sluico section is pooe,reaching the lowee reaches of Hebei Provincc；The watee quality of soma outletr along the North Canai is not up to standard,and the main pollution indicatore are COD,TN and NH；-N.The COD value is the highest, followed by TN,and TP is the smallest among the rivee pollution indicatore in diferent administrative recions,which indicates that the propoaion of main pollutants entering the rivee in diferent sections of the North Canai in Beijing is similae；The drainage capacity of North Canai outfali in each administrative reaion is the laiaest in Shunyi District and the smallest in Chaoyang District.The drainage capacity in diferent revions and diferent months in a year is closeiy related to
收稿日期：2020-04-16
作者简介：邸琰茗（1991―），工程师，硕士，主要从事水环境工作。

・46・
________________________________________________________邸琰茗/北京市北运河主河道水质及排水量特征分析理理保生态保理
deainageeipesand soueaes.Theeeseaeah and anaoisisaan peoeideaaaueaeeand saieneioiadaeasuppoeeooeueban eieee managemene.
Key wo S s：main channd of north canal;section water quality;outlet water quality and quantity
水资源是制约区域经济发展的重要因素，区域水资源由于受天气系统、地表系统以及人类活动的制约，使天然状态下的水循环过程发生显著改变,在时间和空间尺度上存在水质和水量的变化⑴。

通过研究河道水质的情况，探明水质现状及其时空变化特点是目前城市河道水质研究的热点问题2。

近年来，北京市委市政府高度重视水环境治理工作，先后印发了《北京市加快污水处理和再生水利用设施建设三年行动方案（2013—2015年）》《北京市进一步加快推进污水治理和再生水利用工作三年行动方案（2016年7月一2019年6月）》《北京市进一步聚焦攻坚加快推进水环境治理工作实施方案》，聚焦北京水环境治理，不断改善水环境质量。

本文对北京市北运河2018年21个监测断面所包含的5个指标进行基于统计学的水质特征分析，运用多元统计方法对北运河水质数据进行季节和空间聚类分析，了解水质时空变异性及相似性,并选取3个河道重点断面及4个重点排水口进行水质水量分析，可掌握水质动态变化情况，为河道管理提供科学的数据支持。

1研究区概况与研究方法
1.1研究区概况
北运河发源于燕山北部军都山南麓，自西北向东南流至通州牛牧屯出市界，先后流经北京市通州区、河北香河、天津武清区，流域总面积6166km2，其中北京境内4293km2，上游沙河闸到北关闸为温榆河，河长47.5km，北关闸到下游杨洼闸出境为北京段北运河，河长40.0km。

北运河水系处于暖温带半干旱半湿润季风气候区，地形以平原为主，植被类型主要是暖温带落叶阔叶林，年平均气温为11〜12\，多年平均降雨量为581.7mm，降雨主要集中在6—9月⑶。

1.2样点及计算
2018年6—11月，北运河主河道21个监测断面水质数据+2018年1—12月北运河53个规模以上排水口水质及水量数据、河北土门楼水质数据均来自北京市北运河管理处。

其中水质指标主要监测TP、TN、COD+ NH：-N、SS共5项，指标单位一律用mg/L表示，采样和测试均符合国家水文水质监测标准。

统计方法和计算方法由SPSS18.0和O伍cc Excel2007实现。

2水质总特征及重点断面水质变化
2.1水质总特征
水质指标的统计学特征，与《地表水环境质量标准》（GB3838—2002%对比得出（见表1），北运河水质以TN污染最为显著，NH—N均值4.16mg/L，超过国家V类标准的2.08倍;COD均值低于国家*类标准。

从变异系数结果来看，SS、NH：-N数值变异系数较大,表明该指标离散程度高，时空分布不均匀。

表1水质指标的统计学特征单位:mg/L 指标极小值极大值均值标准差变异系数
地表水环境质量标准
I*V TP0.01 4.010.550.530.960.020.100.200.300.40 NH「-V0.17340.900 4.160 5.510 1.3200.150.50 1.00 1.50 2.00 COD 4.00147.0027.7518.050.651515203040 SS 6.00290.0027.4429.13 1.06
TN 2.3053.609.337.020.750.20.5 1.0 1.5 2.0
・47・
2020年•第12期
研究区水质季节聚类图和空间聚类图（见图1 + 图2 %显示,季节聚类在（D o/D mJ _ 10 < 25 （D o/D ms
表示个案连锁距离与最大连锁距离之比）处分为两组, 7—10月聚为一组,6月J 1月聚为一组,基本对应北
京的汛期和非汛期时间；空间聚类在（D o^；mJ _ 10 <25处分为两组,方氏渠、北关老拦河闸与小中河上
下游聚为一组，其余监测点聚为一组，表明北运河主河
道水质具有显著的时空差异。

指标在8月2日、8月15日、9月4日出现急剧波动，表
现出显著的汛期季节特征。

榆林庄闸断面COD 指标
均值是地表*类标准;SS 指标在8月9日出现极值。

杨洼闸断面TP 、TN 、NH ；-N 指标变化趋势平稳，TP 指 标均值稳定在地表水V 类标准;COD 指标均值是地表
*类标准;COD 、SS 指标随时间推移分别下降44.4%和 21. 7%，且该两项指标在7月17日、8月2日、8月15日
出现显著的季节波动。

(ETM
產
m
5 10 15
20 25
小中河拦污索上游水样 小中河拦污索下游水样
北关老拦河闸
方氏渠 小中河口 凉水河入河口 榆林庄闸上游 北关新拦河闸上游
曹碾橡胶坝
通惠河 龙道河 辛堡闸 苇沟闸 杨洼闸 牛牧屯 潞湾闸 北关分洪闸
小场沟 坝河口 鲁瞳闸上游
清河口
图1水质的季节聚类图
图2水质的空间聚类图
日期/（月•日）
图4北运河榆林庄闸水质变化
2. 2重点断面水质变化
北运河北关拦河闸、榆林庄闸、杨洼闸3个重点断 面监测点水质变化曲线图（见图3〜图5 %中:北关拦河 闸断面TP +NH ； -N 指标随汛期过渡到非汛期水质逐渐 好转；COD 、SS 指标分别下降28%和29% ,且COD 、SS
・48
・
邸琰茗/北京市北运河主河道水质及排水量特征分析 水生态保保
综上,北运河3个重点监测断面呈现汛期降雨水 质变差、SS 和COD 指标波动显著的规律。

对照2018
年北运河降雨统计，各监测点SS 和COD 指标升高与 汛期强降雨有直接关系。

在每年7-8月主汛期,北运
河承担城区的泄洪功能,城区大量混有生活污水的雨 水越过雨水口的截流坎进入城市河道,顺流而下至北 运河，导致水面漂浮大量生活垃圾，SS 指标升高；同
时,在强降雨期间,北运河上游温榆河泄洪流量约 100m 3/s ,北关闸处北运河泄洪流量约220m 3/s ,主河道 整体水流增大，流速加快,促使各闸站河床底部沉积的
淤泥等有机物上翻,COD 指标升高,导致水质恶化。

2.3北运河与出境下游水质对比
为进一步关注北运河下游京津冀缓冲区水质变化 情况，选取2018年6-10月河北土门楼监测点与北运
河主河道3个重点断面NH ：-N 、TP 指标进行对比（见
图6、图7 %。

结果显示，北关拦河闸监测点7月、8月 NH ； V 、TP 指标高于其他月份，与下游榆林庄闸、杨洼
(T
岂)、豈
06r
■北关拦河闸
05L I
■榆林庄闸■杨洼闸
6
7
8 9
10月份
(T
岂)、豈
闸出境断面相比水质较差,至河北土门楼水质好转,推 测与北运河主河道排水口分布密切相关。

3北运河排水口水质及排水量
3.1 北运河排水口水质
北运河2018年沿岸排水口水质部分不达标,主要 污染指标是COD +TN 和NH 「N ,其中北运河主河道通 州区核心段（北关闸至潞湾橡胶坝）中排水口 11个，占 通州区排水口的61%，因此该河段与下游榆林庄闸、
杨洼闸出境断面相比水质较差。

分行政区对北运河 2018年排水口入河污染物指标进行对比显示（见图
8%，不同行政区入河污染指标构成中COD 值最大,TN 次之,TP 最小，表明北运河北京各区段的主要入河污 染物构成比例相似。

80
70605040
3020
10
(1/
皆)、豈
■ TP
aNHj-N ■ COD
区
政 行图8北运河各行政区入河污染物指标对比
3.2北运河排水口排水量
北运河排水口类别多,主要分为生活污水、工业废
水、污水处理厂退水、混合污水及其他排水口⑷,各行
政区日排水量监测结果见图9）由图9可知，主河道日
均排水量约50万m 3，顺义区日排水量最大，朝阳区 最小。

3. 3北运河各行政区重点排水口排水量
各行政区排水量最大的排水口 2018年不同月份 的日排水量见图10〜图13,昌平区讲礼河排水口日排
水量最大,排水类型是混合污水,排水来源是讲礼村混 合污水及雨水，汛期排水量较大;顺义区花马沟排水口
日排水量最大,排水类型是混合污水,排水主要来源是
图7北运河与出境下游TP 指标对比・49
・
2020年•第12期
电
R
、*
茎
m
图9北运河流域各行政区日排水量柱状图
电
R
、*
总
再
m
123456789101112
月份
图10昌平区讲礼河排水口不同月份
日排水量柱状图
lllil.......................In
123456789101112
月份
图11顺义区花马沟排水口不同月份
日排水量柱状图
天竺污水处理厂未处理污水和周边乡村生活污水,汛期排水量较大;朝阳区老河湾出水口日排水量最大，排水类型是混合污水,排水来源主要是前苇沟污水处理站退水、前苇沟村饭店小区生活污水和机场辅路雨水;通州区减运沟排水口日排水量最大，排水类型是混合
电
R
、*
总
再
m
日排水量柱状图
电$
*
总
再
m
123456789101112
月份
图13通州区减运沟排水口不同月份
日排水量柱状图
污水,排水来源主要是污水处理厂出水，其日排水量比较稳定。

可知一年内不同区域不同月份的日排水量与排水类型、排水来源密切相关。

4结论
北运河主河道水质具有显著的时空差异,北关拦河闸、榆林庄闸、杨洼闸3个重点监测断面呈现汛期降雨水质变差+SS和COD指标波动显著的规律，其中北关拦河闸断面与下游榆林庄闸、杨洼闸断面相比水质较差,至河北土门楼断面水质好转。

北运河沿岸部分排水口水质不达标,主要污染指标是COD+TN和NV-N,不同行政区入河污染指标构成中COD值最大,TN次之,TP最小，表明北运河北京各区段的主要入河污染物构成比例相似。

各行政区北运河排水口排水量顺（下转第56页）
・50
・
水咨源开发与管理2020年•第12期
题,发射遥感卫星,进行更为专业化、精细化的模拟研究。

各种遥感技术获取的遥感数据集具有典型的大数据特征，随着大数据的兴起，运用大数据思维与手段,可从多种来源、多种分辨率、多种频段、多种介质的海量遥感数据中获取更多有价值的水文信息,遥感大数据在水文学中的应用将有很好的发展前景。

"
参考文献
[1]左其亭•水文学学科体系总结与现代水文学研究展望:J].
水电能源科学,2019,37(2)：1N,50.
[2]王明惠•遥感技术在水文水资源方面的应用分析[J].河南
科技,2018(5)：92-93.
[3]傅国斌，李丽娟,刘昌明•遥感水文应用中的尺度问题[J].
地球科学进展,2001(6)：755-760.
[4]傅国斌，刘昌明•遥感技术在水文学中的应用与研究进展
[J].水科学进展,2001(4)：547-559.
[5]张炜，贺瑞敏,张静若，等•遥感技术在现代水文学中的应
用[J]•内蒙古水利,2006(4)：6N.
[6]郜燕芳，李俊明,刘东伟，等•基于随机森林模型的城市不
透水面提取研究一一以呼和浩特市为例[J]•冰川冻土，
2018,40(4)：828-836.
[7]鲍伟佳，刘时银,吴坤鹏，等•一种基于MODIS积雪产品的
雪线高度提取方法[J]•冰川冻土,2017,39(2)：259-272. [8]张新乐，窦欣，谢雅慧，等•引入时相信息的耕地土壤有机
质遥感反演模型[J]•农业工程学报,2018,34(4):143­150,315.
[9]刘世博，臧淑英,张丽娟，等•东北冻土区MODIS地表温度
估算[J].地理研究,2017,36(11)：2251-2260.
[10]袁振，吴相利,臧淑英，等•基于TM影像的哈尔滨市主城
区绿地降温作用研究[J].地理科学，2017,37(10)：
1600-1608.
(上接第50页)义区最大，朝阳区最小，一年内不同区域不同月份的日排水量与排水类型、排水来源密切相关,昌平区讲礼河排水口、顺义区花马沟排水口、朝阳区老河湾出水排水口、通州区减运沟排水口排水量大，应是后期需要重点加强监管的排水口。

"
参考文献
[1]姚治君，管彦平,高迎春•潮白河径流分布规律及人类活动
对径流影响分析[J].地理科学进展,2003(6)：599-606.[11]谢志清，杜银，曾燕，等•长江三角洲城市集群化发展对极
端高温事件空间格局的影响[J].科学通报，2017,62
(Z1)：233-244.
[12]胡蝶，郭铌，王丽娟，等.TRMM降雨数据在甘肃省干旱监
测中的应用[J].干旱气象,2017,35(3)：374-382.
[13]赵玉•额济纳植被覆盖变化及对地下水埋深的响应[J].
人民黄河,2018,40(12)：81-84,91.
[14]戚晓明，杨兰，白夏，等•基于遥感数据的洪泽湖库容曲线
推求[J]•水利水电科技进展,2017,37(3)：77-83.
[15]刘罛,朱立平，王君波,等.基于MODIS的青藏高原湖泊
透明度遥感反演[J]•地理科学进展,2017,36(5)：597­
609.
[16]王云霞，杨国范,林茂森，等•基于landsvt卫星影像的水库
水体总磷质量浓度反演研究[J].灌溉排水学报,2017,36
(4)：105-109.
[17]朱长明，张新，黄巧华•基于完全遥感的湖泊湿地水文特
征参数综合反演[J].水文,2018,38(5)：29-33,96.
[18]邱旳，李令军,鹿海峰，等•基于HicawaiK的沙尘遥感监
测与应用[J].中国环境科学,2018,38(9)：3305-3312. [19]张宝林，程爽•蒙古南部沙尘源的遥感监测与分析[J]•干
旱区资源与环境,2017,31(1)：95-100.
[20]高云飞，李智广,刘晓燕•黄河流域水土流失遥感监测中
土地利用现状分类体系构建[J].水土保持通报,2018,38
(1)：111N15.
[21]沙宏杰,张东,施顺杰,等•基于耦合模型和遥感技术的江
苏中部海岸带生态系统健康评价[J].生态学报,2018,38
(19)：7102N112.
[22]李营,陈云浩，陈辉，等•小尺度潮间带生态系统遥感综合
评估方法构建[J].中国环境科学,2018,38(12)：4661-
4668.
###################### [2]徐涌，叶正钱,姜培坤，等•太湖源林区水系源头水质时空
变异与原因探析[J].浙江林学院学报，2009,26(5)：
607-612.
[3]李延,单保庆，陈静，等•北运河流域典型河流水体耗氧污
染特征分析[J].安全与环境学报,2014,14(5)：311-315. [4]孟悦,苗长春，李垒，等•北运河干流入河排水口调查与评
价[J].给水排水,2016,52(S1)：17-19.
・56・。