臨桂新區(qū)環(huán)城水系及會(huì)仙巖溶濕地水污染時(shí)空特征

邢夢(mèng)龍,李海翔,姜 磊,凃 月,曾鴻鵠,王敦球

(桂林理工大學(xué) a.環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院;b.廣西環(huán)境污染控制理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 桂林 541006)

0 引 言

作為國家歷史文化名城和國家重點(diǎn)風(fēng)景游覽城市,“山水甲天下”的桂林市在國內(nèi)外享有較高的知名度，但是桂林在世界旅游城生態(tài)建設(shè)中存在的主要問題是水環(huán)境保護(hù)及其生態(tài)功能恢復(fù),具體表現(xiàn)在三方面:第一,桂林世界旅游城服務(wù)核心區(qū)(臨桂新區(qū))的環(huán)城水系上游(如蘭塘河、 沙塘河、 蔡塘河、 太平河等)水質(zhì)逐漸惡化、水生態(tài)功能嚴(yán)重受損,對(duì)服務(wù)核心區(qū)景觀生態(tài)構(gòu)建產(chǎn)生不利,從而影響服務(wù)核心區(qū)在桂林世界旅游城核心功能作用的發(fā)揮;第二,環(huán)城水系下游的會(huì)仙巖溶濕地(簡稱會(huì)仙濕地)生態(tài)旅游區(qū)水生態(tài)功能退化嚴(yán)重，多年來,人類的生活和生產(chǎn)活動(dòng)已經(jīng)使會(huì)仙濕地面積逐漸萎縮、消失和退化,并引發(fā)了嚴(yán)重的生態(tài)問題,保護(hù)和恢復(fù)濕地已成為生態(tài)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容;第三,環(huán)城水系內(nèi)工業(yè)園區(qū)行業(yè)廢水排放及城區(qū)生活源排水對(duì)上游河段及下游會(huì)仙濕地的水污染問題。

目前關(guān)于臨桂新區(qū)的水環(huán)境調(diào)查研究缺乏深入分析。湯曼琳等[1]指出臨桂新區(qū)規(guī)劃區(qū)內(nèi)地表水為Ⅴ類水,主要受上游污染源、區(qū)域農(nóng)業(yè)面源的影響，以及生活污水亂排亂放造成。該結(jié)論可以為本文污染源解析提供參考。睦洞湖屬于會(huì)仙濕地核心區(qū),秦云紅[2]對(duì)睦洞湖的七星碼頭至古桂柳運(yùn)河下游布點(diǎn)采樣,監(jiān)測其水位、水溫、pH、DO、CODCr、氨氮、TP、TN、CODMn、葉綠素a(chla),分析得出污染源主要是七星碼頭周邊居民生活污水、生活垃圾、畜禽養(yǎng)殖糞便及其他廢棄物,且七星碼頭斷面的水質(zhì)等級(jí)為Ⅴ類,即最差水質(zhì)。林鵬等[3]對(duì)會(huì)仙濕地下游良豐河的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，并用單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)法處理數(shù)據(jù),得出其TN污染最為嚴(yán)重。文云峰[4]對(duì)睦洞湖布點(diǎn)1個(gè),監(jiān)測指標(biāo)為TP、TN、CODMn、葉綠素a(chla)、 透明度(SD),得出睦洞湖綜合營養(yǎng)指數(shù)為58.02,屬于輕度富營養(yǎng),結(jié)合實(shí)地調(diào)查得出睦洞湖主要受生活污染源的影響。以上研究均表明臨桂新區(qū)環(huán)城水系與會(huì)仙濕地水體受人為干擾因素影響較大,但是均未對(duì)水體主要污染因子及不同季節(jié)水體的差異作進(jìn)一步分析。

本研究使用衛(wèi)星地圖軟件Google Earth，并結(jié)合實(shí)地調(diào)查,對(duì)臨桂新區(qū)環(huán)城水系和會(huì)仙濕地進(jìn)行等間距布點(diǎn),水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目包括總DO、pH、TN、氨氮、CODCr、TP和濁度等水質(zhì)常規(guī)指標(biāo),采用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)研究區(qū)域的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),并結(jié)合地形分析各指標(biāo)的空間分布特征。用主成分分析法[5]對(duì)研究區(qū)域的水質(zhì)主要污染因子和污染源進(jìn)行識(shí)別和解析,探索水環(huán)境存在的問題和解決的對(duì)策,以期為臨桂新區(qū)環(huán)城水系的水污染治理與會(huì)仙濕地的恢復(fù)重建提供建議。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

桂林市臨桂區(qū)地處低緯度地區(qū), 屬于中亞熱帶季風(fēng)氣候。 每年2—11月, 均有暴雨出現(xiàn), 一般在4—7月較多, 以6月頻率最大, 占全年的28.7%。 2010年,全鎮(zhèn)人口97 042人,其中非農(nóng)業(yè)人口41 595人。耕地總面積44.57 km2,其中水田42.00 km2。青獅潭水庫西干渠自北向南縱貫境內(nèi),水利條件優(yōu)越。臨桂新區(qū)環(huán)城水系(簡稱環(huán)城水系)所包含的沙塘河、蔡塘河、 蘭塘河以及中心環(huán)形的水域面積分別為0.17、 0.39、 0.21和0.94 km2, 最小水深均為1 m, 長度分別為2.17、 1.6、 3.02和6.8 km, 水面平均寬度分別為60、 60、 80和90 m。

會(huì)仙濕地位于桂林市城區(qū)西南部(圖1),是我國目前已知中低緯、低海拔巖溶地區(qū)規(guī)模最大的天然濕地,也是我國乃至世界上熱帶、亞熱帶巖溶峰林地貌中最具研究價(jià)值的典型濕地。會(huì)仙濕地主要地表河流有良豐江、相思江,分屬桂江、柳江水系[6]。此外,還有溝通良豐江、相思江，穿越會(huì)仙巖溶濕地的古桂柳運(yùn)河、青獅潭水庫的西干渠和分布于濕地內(nèi)眾多規(guī)模不一的人工引、排水溝渠。自1969年以來,由于人為活動(dòng)的干擾,自然濕地(湖泊、 沼澤)面積已經(jīng)從超過30 km2減少到目前不足13 km2,濕地的地表水蓄積能力減弱,水域面積的季節(jié)性變化明顯,枯水季節(jié)湖泊水域面積已萎縮到不足4 km2[7-9]。

1.2 樣品采集與測定

使用Google Earth Pro和GPS工具箱對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行布點(diǎn)、 采樣路線規(guī)劃, 于2017年7月和10月, 對(duì)臨桂新區(qū)環(huán)城水系區(qū)域(涉及水體為蘭塘河、 蔡塘河、 沙塘河和西干渠)布置的30個(gè)斷面(圖2)、 會(huì)仙濕地(涉及水體主要有睦洞湖、 睦洞河、 古桂柳運(yùn)河、 會(huì)仙河、 太平河)的41個(gè)點(diǎn)(圖3)采集地表水水樣。 環(huán)城水系的布點(diǎn): 蔡塘河與蘭塘河中間左右兩河道各布1點(diǎn)(9和29號(hào)); 蔡塘河布點(diǎn)見圖2中10～16、 26～28號(hào)點(diǎn), 其中16號(hào)點(diǎn)為其上游, 14號(hào)點(diǎn)為匯入蔡塘河的鴨禽養(yǎng)殖場污水渠, 13號(hào)點(diǎn)為該養(yǎng)殖場污水渠匯入蔡塘河后布點(diǎn);蘭塘河布點(diǎn)見圖2中4～8號(hào)點(diǎn)， 其中8號(hào)點(diǎn)位于其上游, 蔡塘河與蘭塘河中間左右兩河道匯合前的上下游布置4點(diǎn)(4～7號(hào)點(diǎn)); 西干渠布點(diǎn)見圖2中2、17、 18、 20～22、 24號(hào)點(diǎn), 其中在魯山工業(yè)園區(qū)污水渠匯入西干渠前21號(hào)點(diǎn)、 匯合后為19和20號(hào)點(diǎn), 2號(hào)點(diǎn)為橫跨蘭塘河的溝渠水, 并未匯入蘭塘河; 沙塘河布點(diǎn)為3、19、 23、 25～27、 30, 其中19號(hào)點(diǎn)既是西干渠左支流, 也可以看作沙塘河上游。 西干渠左支流的水作為整個(gè)環(huán)城水系的主要補(bǔ)水來源; 蘭塘河、 沙塘河、 蔡塘河、 西干渠匯合后下游300 m處布置1號(hào)點(diǎn), 該點(diǎn)為整個(gè)環(huán)城水系的下游, 匯合了各河道的污水。

會(huì)仙濕地的布點(diǎn)見圖3:古桂柳運(yùn)河布點(diǎn)為1～7、26、27,其中2～4號(hào)點(diǎn)位于雁山工業(yè)園區(qū)附近,該處有養(yǎng)殖場與工業(yè)污水排入;5～8號(hào)點(diǎn)位于分水塘附近水域,河流方向自分水塘后分東西兩個(gè)方向,向左(6號(hào)點(diǎn))流經(jīng)睦洞河,向右(8號(hào)點(diǎn))流入良豐河;清水河布點(diǎn)為19和20號(hào)點(diǎn);睦洞河布點(diǎn)為9～14號(hào)點(diǎn),其中9和10號(hào)點(diǎn)為睦洞河上游,流經(jīng)睦洞湖后,其下游為11～14;會(huì)仙河布點(diǎn)為23～25號(hào)點(diǎn),豐水期,會(huì)仙河水會(huì)部分溢流入睦洞湖;睦洞湖布點(diǎn)為28～41號(hào)點(diǎn),該水域?yàn)槟壳皶?huì)仙濕地公園主要旅游景點(diǎn)區(qū)域,其中28號(hào)點(diǎn)為七星碼頭。

使用專業(yè)采樣器采集水樣, 并按《水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》(HJ 493—2009)固定和保存水樣。 使用便攜式pH計(jì)與DO溶解氧儀現(xiàn)場監(jiān)測pH、 DO， 其他指標(biāo)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。 氨氮用納氏試劑分光光度法(HJ 535—2009)測定； TP用鉬酸銨分光光度法(GB 11893—89)測定； 濁度和CODCr使用連華多參數(shù)水質(zhì)測定儀測定； TN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(HJ 636—2012)測定。

圖1 研究區(qū)域水系圖Fig.1 Water system diagram of the study area

1.3 分析方法

用ArcGIS 10.4制作采樣布點(diǎn)圖。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)使用單因子評(píng)價(jià)方法[10]對(duì)樣品進(jìn)行水質(zhì)分類評(píng)價(jià)。 在軟件SPSS 22.0中進(jìn)行以下數(shù)據(jù)處理:Shapiro-Wilk(W檢驗(yàn))功能進(jìn)行數(shù)據(jù)正態(tài)性檢驗(yàn); 獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)判斷兩總體均值是否存在顯著差異; 采用Spearman相關(guān)系數(shù)分析各指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系;主成分分析法[11-13]采用Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)和Bartlett球形檢驗(yàn)法[5]驗(yàn)證數(shù)據(jù)主成分因子分析的適用性。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)指標(biāo)含量

環(huán)城水系各監(jiān)測指標(biāo)均波動(dòng)較大(表1),屬于標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅰ—Ⅴ類基本都有, 尤其以氮磷污染較重。 環(huán)城水系豐水期和枯水期的DO均值5.85 mg/L，屬于Ⅲ類水質(zhì), pH均值8.05，屬于弱堿性, 符合標(biāo)準(zhǔn)要求的pH值(6～9),其偏堿性是受桂林市處于巖溶地區(qū)的影響。TN均值3.13 mg/L,超出Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.56倍,氨氮均值2.52 mg/L,超過Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)0.26倍。TP均值0.36 mg/L,屬Ⅴ類水質(zhì)。結(jié)果表明環(huán)城水系氮磷污染嚴(yán)重。

圖2 臨桂新區(qū)環(huán)城水系采樣點(diǎn)Fig.2 Water sampling sites in the round-the-city water system of Lingui

會(huì)仙濕地水體也是氮磷超標(biāo), 各指標(biāo)波動(dòng)范圍也較大。 同環(huán)城水系類似, 會(huì)仙濕地Ⅰ—劣Ⅴ類水質(zhì)均存在， 豐水期和枯水期的TN均值為2.87 mg/L, 超出Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)0.43倍, TP按照湖泊的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算， 超出0.3倍。 天然水體是否處于富營養(yǎng)化狀態(tài)的氮磷濃度臨界值為: TP 0.02 mg/L, TN 0.2 mg/L, 一旦超過這一標(biāo)準(zhǔn)則認(rèn)為水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)[15]。環(huán)城水系、會(huì)仙濕地的水體都顯示富營養(yǎng)化,而水葫蘆泛濫成災(zāi)也印證了這個(gè)結(jié)論。

采用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行評(píng)價(jià),判斷水質(zhì)為Ⅴ類和劣Ⅴ類的水樣指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表2?？梢钥闯?環(huán)城水系為Ⅴ類和劣Ⅴ類的原因主要是TN和氨氮超標(biāo), 其次是TP。 而會(huì)仙濕地不同于環(huán)城水系,主要是TP超標(biāo)使得水質(zhì)為Ⅴ類和劣Ⅴ類。國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)對(duì)湖泊TP的Ⅴ類的水質(zhì)要求是0.1～0.2 mg/L,河流是0.3～0.4 mg/L,從水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來看,這是導(dǎo)致直接判別為Ⅴ類和劣Ⅴ類且成為主導(dǎo)因素的重要原因。

總體上,環(huán)城水系與會(huì)仙濕地的水環(huán)境污染相當(dāng)嚴(yán)重,按照單因子評(píng)價(jià)法,Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)樣品居多。

豐水期，環(huán)城水系的TN(3.34 mg/L)、 CODCr(15.67 mg/L)和濁度(42.47 NTU)顯著(p<0.05)高于會(huì)仙水體(2.00、14.04、20.70 mg/L), 氨氮(2.47 mg/L)和TP(0.39 mg/L)的平均值高于后者(0.74、 0.24 mg/L)，表明豐水期環(huán)城水系比會(huì)仙濕地污染更嚴(yán)重?？菟冢h(huán)城水系的TP(0.33 mg/L)顯著(p<0.05)高于會(huì)仙濕地(0.28 mg/L), 氨氮(2.57 mg/L)和濁度(64.00 NTU)的平均值高于后者(1.05 mg/L、19.48 NTU),表明降雨對(duì)環(huán)城水系與會(huì)仙濕地的水質(zhì)影響差異較大,但無論是豐水期還是枯水期,環(huán)城水系的水污染都重于會(huì)仙濕地,表明環(huán)城水系受人為干擾因素影響相對(duì)更大。

圖3 會(huì)仙濕地采樣點(diǎn)布圖Fig.3 Distribution of water sampling sites in Huixian wetland

Table 1 Monitoring data of the samples mg/L

表2 單個(gè)指標(biāo)中判別為Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)的樣品所占比例

不同季節(jié)同一水體的比較。豐水期環(huán)城水系的TN(3.34 mg/L)和TP(0.39 mg/L)含量顯著(p<0.05)高于枯水期(2.91、0.33 mg/L),表明豐水期的環(huán)城水系水污染物濃度高于其枯水期,可能是因?yàn)榻涤陰淼膹搅魑廴疚餄舛容^高。然而相反的是豐水期會(huì)仙濕地水體TN(2.00 mg/L)、 氨氮(0.74 mg/L)、 CODCr(14.04 mg/L)和TP(0.24 mg/L)都顯著(p<0.05)低于枯水期(3.73、 1.05、 17.46、 0.28 mg/L)?？赡苁且?yàn)闀?huì)仙濕地豐水期匯集了更多的水體稀釋了污染物。

從以上對(duì)不同水體和不同季節(jié)的指標(biāo)含量比較可得,因降雨徑流污染和人為因素干擾,環(huán)城水系水體水質(zhì)豐水期和枯水期污染都重于會(huì)仙濕地,環(huán)城水系豐水期的水污染重于其枯水期,然而會(huì)仙濕地豐水期的水污染輕于其枯水期。

2.2 水質(zhì)指標(biāo)時(shí)空分布特征

2.2.1 DO 豐水期環(huán)城水系DO波動(dòng)較大(0.5～11.8 mg/L、劣Ⅴ類—Ⅰ類), 均值5.1 mg/L(Ⅲ類), 中位值5.4 mg/L(Ⅲ類)。 在明顯渾濁水質(zhì)、 排污處DO值均顯著較低。 魯山工業(yè)園西干渠支流21號(hào)點(diǎn)處DO值最低(0.5 mg/L, 劣Ⅴ類), 同時(shí)是pH最低(6.86)、 CODCr最大處(54.65 mg/L、 劣Ⅴ類)。因?yàn)榇颂幗邮樟松程链宕罅康纳钗鬯?、農(nóng)業(yè)面源污染、養(yǎng)殖廢水以及工業(yè)污水。豐水期會(huì)仙濕地工業(yè)園區(qū)附近古桂柳運(yùn)河DO集中在小于2 mg/L,屬劣Ⅴ類水質(zhì)。睦洞湖西北部睦洞河DO在2～3 mg/L(Ⅴ類)。

枯水期，環(huán)城水系與會(huì)仙濕地的DO均值均高于豐水期,可能與6月多雨稀釋了水中好氧化合物的濃度,而枯水期又高溫少雨有關(guān)。環(huán)城水系枯水期DO主要集中于Ⅰ、Ⅱ類(≥6 mg/L), 均值由豐水期的Ⅳ類(5.1 mg/L)變?yōu)棰蝾?6.6 mg/L),但是在污染排放區(qū)DO仍相對(duì)較低?？菟跁?huì)仙濕地DO與豐水期相同的是工業(yè)園區(qū)附近的古桂柳運(yùn)河，仍屬劣Ⅴ類；睦洞湖荷花塘DO為劣Ⅴ類；會(huì)仙河DO還是集中為Ⅳ類；睦洞湖七星碼頭25號(hào)點(diǎn)和龍山腳下DO值仍然較高。不同的是睦洞湖DO值屬I類的布點(diǎn)數(shù)量較豐水期多。

2.2.2 TN 根據(jù)TN判別環(huán)城水系水質(zhì)為劣Ⅴ類的占絕大多數(shù),表明氮營養(yǎng)鹽污染嚴(yán)重。豐水期蔡塘河TN從上游12.14 mg/L降至2.36 mg/L(28號(hào)點(diǎn)),該河段樣品均為劣Ⅴ類水質(zhì)；蘭塘河上游鴨禽魚塘養(yǎng)殖、挖掘圍堵河道、沿岸生活污水排放等使得蘭塘河水質(zhì)樣品均為劣Ⅴ類；沙塘河樣品也均為劣Ⅴ類，表明環(huán)城水系TN污染極其嚴(yán)重。相比豐水期,枯水期TN劣Ⅴ類水質(zhì)樣品數(shù)量稍有減少,可能是因?yàn)樨S水期的多雨天氣帶來的徑流及面源污染較多。

會(huì)仙濕地分布在睦洞湖中心水域的TN含量以Ⅱ類為主,在碼頭、魚塘附近TN含量以Ⅴ類為主，表明人為活動(dòng)和水體流速對(duì)濕地的影響較大,使得睦洞湖岸邊污染重于湖中心。

2.2.3 氨氮 環(huán)城水系蔡塘河—中間河道(29號(hào)點(diǎn))—蘭塘河河段,氨氮豐水期與枯水期變化趨勢(shì)類似,都從蔡塘河上游劣Ⅴ類降至下游Ⅴ類,表明氨氮污染物濃度沿河流方向下降；而西干渠—沙塘河—蔡塘河河段,氨氮豐水期與枯水期變化趨勢(shì)均為上升趨勢(shì)(Ⅰ—劣Ⅴ類),變化幅度較大,表明氨氮污染輸入沿河流方向逐漸累積增加。

會(huì)仙濕地水體,豐水期、枯水期氨氮均以Ⅱ類為主,尤其是睦洞湖。會(huì)仙河豐水期氨氮主要為Ⅲ類,枯水期主要為Ⅱ類,表明會(huì)仙河枯水期氨氮負(fù)荷小于豐水期。會(huì)仙工業(yè)園區(qū)處古桂柳運(yùn)河，氨氮枯水期較豐水期高,主要為劣Ⅴ類。這可能是高溫少雨、水位淺,致使污染物不容易被分解和稀釋進(jìn)而使得氨氮濃度較高。

2.2.4 CODCr環(huán)城水系豐水期與枯水期CODCr主要以Ⅰ類為主,但豐水期CODCr值較高的樣點(diǎn)比較多,蔡塘河上游鐵爐村16號(hào)點(diǎn)為Ⅳ類(28.08 mg/L)、 陸家村15號(hào)點(diǎn)Ⅴ類(34.66、 30.86 mg/L), 魯山工業(yè)園西干渠支渠的支流21號(hào)點(diǎn)為劣Ⅴ類(54.65 mg/L)；枯水期鐵爐村16號(hào)點(diǎn)為31.88 mg/L,較豐水期有所下降。結(jié)果表明在這些區(qū)域水質(zhì)有機(jī)物污染較重。

會(huì)仙濕地豐水期CODCr睦洞湖主要集中在Ⅰ、Ⅲ類,古桂柳運(yùn)河、會(huì)仙河主要為Ⅰ類,睦洞湖西北部睦洞河主要為Ⅲ類;枯水期主要為Ⅰ類,而在雁山工業(yè)園處的古桂柳運(yùn)河以Ⅲ類為主,表明在魚塘養(yǎng)殖場和工業(yè)園區(qū)附近的水體有機(jī)物含量較高,類似于環(huán)城水系。

2.2.5 TP 環(huán)城水系蔡塘河上游—中間河道—蘭塘河下游,豐水期與枯水期TP濃度總體都呈下降趨勢(shì)：在蔡塘河上游都為劣Ⅴ類；鐵爐村枯水期(2.17 mg/L)比Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)上限(0.4 mg/L)高442.5%, 豐水期(1.65 mg/L)比其高312.5%； 魯山工業(yè)園西干渠支流TP豐水期與枯水期均為劣Ⅴ類(0.91、0.47 mg/L)，表明養(yǎng)殖場和工業(yè)污水對(duì)環(huán)城水系影響較大。

《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)對(duì)河流與湖庫的TP含量分類等級(jí)不同,對(duì)湖泊的TP含量要求較嚴(yán)格：會(huì)仙濕地豐水期TP含量所屬水質(zhì)類別在睦洞湖水域主要以Ⅴ類為主；在睦洞湖西部的睦洞河和會(huì)仙河,以及東部的會(huì)仙工業(yè)園區(qū)處的古桂柳運(yùn)河段均以劣Ⅴ類為主；會(huì)仙濕地枯水期同樣在睦洞湖水域以Ⅴ類為主,其西北部睦洞河上游以Ⅴ類為主,下游卻為劣Ⅴ類,這與沿岸的魚塘養(yǎng)殖場排污廢水有關(guān)；會(huì)仙工業(yè)園區(qū)處的古桂柳運(yùn)河段水質(zhì)同樣是劣Ⅴ類。

2.3 污染源解析

首先應(yīng)用Kaiser-Meyer-Olkin(KMO)和Bartlett球形方法對(duì)地表水體監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)矩陣檢驗(yàn)。環(huán)城水系豐水期和枯水期,會(huì)仙濕地豐水期和枯水期計(jì)算的KMO值分別為0.532、0.594和0.583(去除指標(biāo)DO)、0.590。Bartlett的顯著性分別為0.00、0.00和0.002、0.00,滿足p<0.05置信區(qū)間,檢驗(yàn)結(jié)果表明主成分分析是有效的。根據(jù)特征因子大于1的原則,對(duì)環(huán)城水系豐水期和枯水期、會(huì)仙濕地豐水期和枯水期分別提取3、3個(gè)因子和3、2個(gè)因子,累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為83.56%、90.61%和71.74%、71.68%(表3)。

環(huán)城水系豐水期期間,F1的貢獻(xiàn)率為44.85%,表征因子為DO、TN、氨氮和TP,除DO外都顯示正相關(guān),且由表4可知,TN、氨氮和TP之間有顯著相關(guān)性,表明F1代表城市生活污水和好氧有機(jī)物污染。F2的貢獻(xiàn)率為20.47%,表征因子為DO與pH,其Spearman相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.858(表4),表示好氧性有機(jī)物對(duì)水體酸堿度的影響。F3的貢獻(xiàn)率為18.24%,表征因子為濁度,表示工業(yè)廢水與生活污水對(duì)水質(zhì)渾濁度的干擾。

環(huán)城水系枯水期,F1的貢獻(xiàn)率為42.70%,表征因子為TN、氨氮和TP,與環(huán)城水系豐水期相比,相同的是F1中都有TN、氨氮和TP,不同的是枯水期DO與濁度在F1中的負(fù)荷都減少。可能是由于豐水期多雨，且6月底的持續(xù)大暴雨帶來的地表徑流攜帶大量的懸浮物進(jìn)入水體,以及降雨對(duì)水體底泥的擾動(dòng)相關(guān)。F2的貢獻(xiàn)率為28.54%,表征因子DO與pH呈正相關(guān),與豐水期環(huán)城水系F2表征因子基本一致。不同的是枯水期DO與pH的Spearman相關(guān)系數(shù)(0.414)明顯低于豐水期(0.858)(表4),可能是因?yàn)榭菟诘母邷厣儆旰铀疁\,水體表層溫度較高,且工業(yè)廢水和生活污水在水體中的濃度發(fā)生變化,進(jìn)而對(duì)DO與pH的干擾不同。F3的貢獻(xiàn)率為19.37%,表征因子為濁度,同環(huán)城水系豐水期一致,而濁度與TP、pH正相關(guān)且相關(guān)性顯著,可能是由于水體中泥沙懸浮物吸附TP,使得TP與濁度正相關(guān)。

表3 水質(zhì)指標(biāo)主成分分析結(jié)果

會(huì)仙濕地豐水期,F1的貢獻(xiàn)率34.48%,表征因子為氨氮和TP,代表營養(yǎng)物質(zhì)污染,主要來自養(yǎng)殖場的污廢水排放;F2的貢獻(xiàn)率為19.16%,表征因子為pH;F3的貢獻(xiàn)率為18.10%,表征因子為濁度,可能是降雨帶來的徑流懸浮物所致。

會(huì)仙濕地枯水期,F1的貢獻(xiàn)率為40.15%,表征因子為氨氮和TP,與會(huì)仙濕地豐水期的F1基本一致,氨氮和TP的相關(guān)系數(shù)(0.670)也與豐水期相差不大(0.664)(表4),表明降雨使得豐水期的氨氮和TP污染負(fù)荷小于枯水期高溫少雨的情況,而氨氮和TP的來源主要是遍布會(huì)仙濕地的養(yǎng)殖場污廢水和工業(yè)污水的排放。F2的貢獻(xiàn)率為31.52%,表征因子為濁度,相比會(huì)仙濕地的豐水期F3中濁度的污染負(fù)荷(18.10%)明顯增大,且濁度與氨氮、TP正相關(guān)且相關(guān)性顯著,表明枯水期高溫少雨的天氣使得水中污染物濃度較高且渾濁。這種情況與枯水期環(huán)城水系濁度污染負(fù)荷高于豐水期的情況類似。

綜上,環(huán)城水系在不同月份的TN、氨氮和TP的污染負(fù)荷均較高,主要受生活污水、工業(yè)廢水和養(yǎng)殖場污水的影響。會(huì)仙濕地在不同月份的氨氮和TP污染負(fù)荷較高,主要是遍布會(huì)仙濕地的家禽和魚塘養(yǎng)殖場、生活污水及會(huì)仙工業(yè)園區(qū)的污廢水排放所致。

3 結(jié) 論

(1)含量分析表明環(huán)城水系和會(huì)仙濕地的水體均屬于氮磷富營養(yǎng)化。 環(huán)城水系TN均值3.13 mg/L, 超過Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.56倍; 氨氮均值2.52 mg/L, 超過Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)0.26倍; TP均值0.36 mg/L, 屬Ⅴ類水質(zhì)。會(huì)仙濕地豐水期和枯水期的TN均值為2.87 mg/L,超標(biāo)Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)0.43倍;TP按照湖泊的Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,超標(biāo)0.3倍。

(2)單因子評(píng)價(jià)表明環(huán)城水系為Ⅴ類和劣Ⅴ類的原因主要是TN和氨氮超標(biāo),其次是TP。而會(huì)仙濕地不同于環(huán)城水系,主要是TP超標(biāo)使得水質(zhì)為Ⅴ類和劣Ⅴ類,主要原因在于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于湖泊TP的含量限制高于河流。

(3)環(huán)城水系的水體水質(zhì)豐水期和枯水期污染都重于會(huì)仙濕地,環(huán)城水系豐水期的水污染重于其枯水期,然而會(huì)仙濕地豐水期的水污染輕于其枯水期。造成這種現(xiàn)象的原因可能是環(huán)城水系排洪防澇工程尚未完工,其城市河道堤岸生態(tài)護(hù)坡工程為新覆蓋的泥土,經(jīng)雨水沖刷土壤易隨雨水匯入河道,使得豐水期環(huán)城水系水體雖然水量增大,但是因岸邊土壤隨雨水沖刷剝蝕作用使得污染物濃度也相應(yīng)增加,故使環(huán)城水系豐水期污染重于枯水期。且環(huán)城水系區(qū)域城鎮(zhèn)化程度高于會(huì)仙濕地,受人為干擾排入的污染大于會(huì)仙濕地,所以其豐枯水期的水質(zhì)均劣于會(huì)仙濕地。

表4 水質(zhì)指標(biāo)間的Spearman相關(guān)系數(shù)

注:**在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),*在0.05水平(雙側(cè))。

會(huì)仙濕地地形總體上南北高、 東西較低、 中間低平。 這種地形使得會(huì)仙濕地豐水期匯集大量雨水, 如2017年6月連續(xù)暴雨造成會(huì)仙濕地洪災(zāi)泛濫，豐水期水量的增加稀釋了其水體的污染物濃度, 故使得會(huì)仙濕地豐水期水污染輕于其枯水期。

(4)從各指標(biāo)的空間分布特征來看,環(huán)城水系與會(huì)仙濕地在明顯污染排放處水質(zhì)指標(biāo)都較高,且睦洞湖岸邊污染普遍重于湖中心。主成分分析法結(jié)果表明,環(huán)城水系的主要污染指標(biāo)TN、氨氮及TP污染負(fù)荷較大,主來是由于生活污水、養(yǎng)殖場廢水和魯山工業(yè)園區(qū)的工業(yè)污水的亂排匯入導(dǎo)致。會(huì)仙濕地的氨氮和TP污染負(fù)荷較高主要是來自于家禽魚塘等養(yǎng)殖場的污廢水、村民生活污水和會(huì)仙工業(yè)園區(qū)的工業(yè)污水。