杭州西溪濕地水質(zhì)評價及變化趨勢分析

李　波，王蘊赟，施麗莉，應佳薇，盧　寧，葉旭紅（杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江　杭州　310007）

杭州西溪濕地水質(zhì)評價及變化趨勢分析

李波，王蘊赟，施麗莉，應佳薇，盧寧，葉旭紅
（杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江杭州310007）

根據(jù)西溪濕地2011～2015年8個斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用綜合水質(zhì)標識指數(shù)法進行評價，結(jié)果表明：總氮是影響西溪濕地水質(zhì)的主要污染物，各斷面在2011～2015年間均達到水功能區(qū)目標要求，水質(zhì)變化范圍為Ⅱ～Ⅳ類，2015年，各斷面水質(zhì)穩(wěn)定在Ⅲ類；應用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對各斷面2011～2015年間的水質(zhì)變化趨勢進行研究，結(jié)果表明西溪濕地水質(zhì)保持穩(wěn)定。

西溪濕地；水質(zhì)評價；變化趨勢；綜合水質(zhì)標識指數(shù)法

濕地是一類既不同于水體，又不同于陸地的特殊過渡類型生態(tài)系統(tǒng)，為水生、陸生生態(tài)系統(tǒng)界面相互延伸擴展的重疊空間區(qū)域，被譽為“地球之腎”、“生命的搖籃”、“文明的發(fā)源地”和“物種的基因庫”［1］。近年來，隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展和城市化進程的不斷加快，我國的濕地正面臨著區(qū)域生態(tài)環(huán)境破壞、水體功能喪失等多種問題，從而制約了濕地的進一步保護、開發(fā)利用［2］，因此，科學監(jiān)測和評價濕地水質(zhì)狀況，分析變化趨勢，對濕地生態(tài)系統(tǒng)的保護具有十分重大的意義。

西溪國家濕地公園位于杭州市區(qū)西部，距西湖不到5 km，現(xiàn)存面積10.08 km2，是目前國內(nèi)唯一集城市濕地、農(nóng)耕濕地、文化濕地為一體的國家濕地公園。西溪濕地屬于運河水系的運西片，處于低山丘陵與平原的過渡地帶，為保護西溪濕地，杭州市實施西溪濕地綜合保護工程，在實施區(qū)域水源污染監(jiān)測的基礎(chǔ)上，從疏浚、截污、配水、生物治理四方面入手，改善西溪濕地水體環(huán)境和水體質(zhì)量。本研究對西溪濕地2011～2015年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化趨勢進行分析評價，以期為西溪濕地的保護和開發(fā)提供技術(shù)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1監(jiān)測數(shù)據(jù)來源

西溪濕地上承山區(qū)性河流沿山河西段上游閑林港的部分山水和上埠河、東穆塢溪以及北高峰、龍門山北麓之水；下泄主要經(jīng)余杭塘河、沿山河匯入京杭運河。區(qū)域內(nèi)主要南北向的河道有五常港、蔣村港、紫金港等，東西向的主要有沿山河、嚴家港、余杭塘河等。西溪濕地現(xiàn)有8個水質(zhì)監(jiān)測斷面，分別為百家樓、河渚街、蔣村港、蔣村集市、秋水庵、深潭口、水貿(mào)市場、沿山河，水環(huán)境功能區(qū)要求均為Ⅳ類。各斷面的2011～2015年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)。水質(zhì)評價和趨勢分析數(shù)據(jù)選定溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、總磷、總氮共6項指標的年均值。

1.2水質(zhì)評價方法

本研究應用綜合水質(zhì)標識指數(shù)法對西溪濕地8個斷面水質(zhì)進行綜合評價，綜合水質(zhì)標識指數(shù)法由徐祖信［3］等提出和建立，并基于單因子水質(zhì)標識指數(shù)法發(fā)展而來，既能對水質(zhì)類別進行定性評價，又能對同一類別水的水質(zhì)進行定量比較。

單因子水質(zhì)標識指數(shù)Pi表示為：

式中，X1為第i項水質(zhì)指標的水質(zhì)類別，數(shù)字越大，表示監(jiān)測指標的水質(zhì)污染越嚴重；X2為監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)標準下限值與上限值變化區(qū)間中所處的位置，數(shù)字越大，表示在同一類別的水質(zhì)中監(jiān)測指標的污染越嚴重；X3為水質(zhì)類別與水體功能區(qū)目標值的比較結(jié)果，如果水質(zhì)類別好于或達到功能區(qū)類別，則X3值為0，如果水質(zhì)類別差于功能區(qū)類別，則X3大于0，值越大說明污染越嚴重。

綜合水質(zhì)標識指數(shù)由單因子水質(zhì)標識指數(shù)總和的平均值、代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果、參加整體水質(zhì)評價的指標中劣于功能區(qū)標準的水質(zhì)指標個數(shù)組成［4］，表示為：

1.3趨勢分析方法

本研究使用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析水質(zhì)變化趨勢。Spearman秩相關(guān)系數(shù)法是中國環(huán)境監(jiān)測總站推薦的水質(zhì)多時段變化趨勢和程度分析的方法［5］。給出時間周期Y1…YN，和它們的相應值X（即年均值C1…CN），從大到小排列好，統(tǒng)計檢驗用的秩相關(guān)系數(shù)按下式計算：

式中：di為變量Xi與Yi的差值；Xi為周期I到周期N按濃度值從小到大排列的序號；Yi為按時間排列的序號。

將秩相關(guān)系數(shù)Υs的絕對值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計表中的臨界值Wp進行比較。當Υs＞W(wǎng)p則表明變化趨勢有顯著意義：如果Υs是負值，則表明在評價時段內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計量指標變化呈下降趨勢或好轉(zhuǎn)趨勢；如果Υs為正值，則表明在評價時段內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計量指標變化呈上升趨勢或加重趨勢；當Υs≤Wp則表明變化趨勢沒有顯著意義：說明在評價時段內(nèi)水質(zhì)變化穩(wěn)定或平穩(wěn)。

2　結(jié)果與分析

2.1西溪濕地單因子水質(zhì)標識指數(shù)評價結(jié)果

對西溪濕地在2011～2015年各斷面水質(zhì)用單因子水質(zhì)標識指數(shù)進行評價，結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，5年間各斷面參與水質(zhì)評價的6項指標中，總氮除外的5項指標均達到Ⅳ類水質(zhì)目標要求，總氮的標識指數(shù)變化范圍是5.94～6.36，各斷面2011～2015年的總氮單因子評價均為劣Ⅴ類；溶解氧的變化范圍為2.80～4.50，各斷面水質(zhì)單因子評價為Ⅱ～Ⅳ類；高錳酸鹽指數(shù)的變化范圍為2.10～2.70，各斷面水質(zhì)單因子評價為Ⅱ類；五日生化需氧量的變化范圍為1.40～4.00，各斷面水質(zhì)單因子評價為Ⅰ～Ⅳ類；氨氮的變化范圍為2.20～3.50，各斷面水質(zhì)單因子評價為Ⅱ～Ⅲ類；總磷的變化范圍為2.40～3.00，各斷面水質(zhì)單因子評價為Ⅱ～Ⅲ類。

表1　2011～2015年西溪濕地各斷面單因子水質(zhì)標識指數(shù)Table 1 Single factor water quality identification index of Xixi Wetland from 2011 to 2015

監(jiān)測斷面　年度　溶解氧高錳酸鹽指數(shù)五日生化需氧量氨氮　總磷　總氮秋水庵2011　3.50　2.30　1.90　2.90　2.50　6.72 2012　4.20　2.30　1.60　2.20　2.60　5.62 2013　3.10　2.10　1.40　2.40　2.70　5.92 2014　3.30　2.30　1.70　2.50　2.60　5.92 2015　4.10　2.20　1.80　2.50　2.50　6.01深潭口2011　3.50　2.30　1.80　2.60　2.40　6.62 2012　4.50　2.20　1.40　2.20　2.40　4.92 2013　3.20　2.10　1.50　2.60　2.90　6.12 2014　3.40　2.10　1.60　2.50　2.70　6.01 2015　4.20　2.30　2.00　3.00　3.00　6.32水貿(mào)市場2011　3.70　2.30　1.80　3.00　2.50　6.42 2012　4.40　2.10　1.60　2.60　2.50　5.32 2013　3.40　2.20　1.60　3.00　2.90　6.01 2014　3.00　2.20　1.60　2.80　2.50　6.01 2015　3.90　2.10　1.60　2.50　2.60　6.12沿山河2011　4.10　2.50　4.00　3.50　3.20　6.82 2012　2.90　2.70　3.00　2.60　3.20　6.22 2013　2.90　2.10　1.70　2.90　3.40　6.12 2014　2.80　2.50　1.70　3.30　3.10　6.52 2015　3.50　2.10　1.60　2.40　2.60　6.12

2.2西溪濕地綜合水質(zhì)標識指數(shù)評價結(jié)果

對西溪濕地在2011～2015年各斷面水質(zhì)用綜合水質(zhì)標識指數(shù)進行評價，結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明，各斷面在2011～2015年間，均達到水功能區(qū)目標要求，水質(zhì)變化范圍在Ⅱ～Ⅳ類，2015年，各斷面的綜合水質(zhì)標識指數(shù)穩(wěn)定在Ⅲ類。

表2　2011～2015年西溪濕地各斷面綜合水質(zhì)標識指數(shù)Table 2 Comprehensive water quality identification index of Xixi Wetland from 2011 to 2015

2.3西溪濕地水質(zhì)變化趨勢分析

對西溪濕地在2011～2015年各斷面的綜合水質(zhì)標識指數(shù)進行Spearman秩相關(guān)分析，由于2011年河渚街和蔣村集市斷面未開展監(jiān)測，不滿足至少5個時間序列數(shù)據(jù)的要求，故無法進行趨勢分析。結(jié)果顯示，其余6個斷面的水質(zhì)綜合污染指數(shù)Υs的絕對值均小于Wp0.05（0.9），表明西溪濕地2011～2015年間水質(zhì)保持穩(wěn)定。

表3　西溪濕地各斷面秩相關(guān)系數(shù)Table 3 The rank correlation coefficient of Xixi Wetland

3　結(jié)論

根據(jù)單因子水質(zhì)標識指數(shù)評價結(jié)果顯示，2011～2015年總氮是影響西溪濕地水質(zhì)的主要污染物，而溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、總磷等指標已符合Ⅳ類水環(huán)境功能目標。綜合水質(zhì)標識指數(shù)評價結(jié)果顯示，各斷面在2011～2015年間均達到水功能區(qū)目標要求，水質(zhì)變化范圍為Ⅱ～Ⅳ類，2015年，各斷面水質(zhì)穩(wěn)定在Ⅲ類；Speraman秩相關(guān)分析顯示，西溪濕地2011～2015年間水質(zhì)保持穩(wěn)定，表明杭州市自2003年實施的西溪濕地綜合保護工程，對水質(zhì)的改善和保持起到了良好的效果，而繼續(xù)改善西溪濕地水體環(huán)境和水體質(zhì)量，底泥疏浚、植被修復、控制總氮排放是下一步工作的關(guān)鍵。

［1］楊永興.國際濕地科學研究的主要特點、進展與展望［J］.地理科學進展，2002，21（2）：111-120.

［2］張永澤，王烜.自然濕地生態(tài)恢復研究綜述［J］.生態(tài)學報，2001，21（2）：309-314.

［3］徐祖信.我國河流綜合水質(zhì)標識指數(shù)評價方法研究［J］.同濟大學學報：自然科學版，2005，33（4）：482-488.

［4］徐祖信.我國河流單因子水質(zhì)標識指數(shù)評價方法研究［J］.同濟大學學報：自然科學版，2005，33（3）：321-325.

［5］萬黎，毛炳啟．Spearman秩相關(guān)系數(shù)的批量計算［J］．環(huán)境保護科學，2008，34（5）：53-55．

Water Quality Assessment and Variation Trend Analysis in Xixi Wetland of Hangzhou

LI Bo，WANG Yun-yun，SHI Li-li，YING Jia-wei，LU Ning，YE Xu-hong
（Hangzhou Environmental Monitoring Center，Hangzhou，Zhejiang 310007，China）

Based on water quality monitoring results of Xixi Wetland during 2011～2015，the environment situation of 8 sections was evaluated with comprehensive identification index of water quality．The results showed that the main pollutant was total nitrogen in Xixi Wetland，all the water quality of 8 sections can meet standard during 2011～2015，the water quality scaling values range fromⅡtoⅣ，all the water quality of 8 sections were classⅢin 2015．The Spearman rank correlation coefficient method was applied to analyse the water quality variation trend of 8 sections during 2011～2015，the result showed that the water quality of Xixi Wetland remains stable．

Xixi wetland；water quality assessment；variation trend；comprehensive water quality identification index

1006-4184（2016）8-0051-04

2016-07-07

李波（1985-），男，工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測與分析工作。E-mail：16540099@qq.com。