烏江流域水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及污染源解析

鄭群威, 蘇維詞,, 楊振華, 龍海飛, 周 奉, 劉振振

(1.重慶師范大學(xué) 地理與旅游學(xué)院, 重慶 400047;2.貴州省山地資源研究所, 貴陽 550001; 3.貴州省水文水資源局, 貴陽 550002)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題日益突出[1]，而水環(huán)境作為生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，其好壞對(duì)人類生活和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用[2]。為更加系統(tǒng)、深入的研究水環(huán)境質(zhì)量、水資源可持續(xù)利用等水問題，諸多學(xué)者在評(píng)價(jià)水資源質(zhì)量的方法上不斷改進(jìn)，并日趨成熟。目前，比較典型、應(yīng)用較多的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、物元分析法、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法、水污染指數(shù)法、模糊綜合評(píng)判法、綜合水質(zhì)標(biāo)志指數(shù)法等[3-7]。宋焱等采用改進(jìn)后倍斜率聚類分析的方法對(duì)南沙紅樹林濕地公園水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了時(shí)空差異分析[8]；鄭德鳳等采用基于熵權(quán)的模糊物元模型對(duì)伊通河水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)[9]；李名升等針對(duì)長(zhǎng)江流域和淮河流域190個(gè)國(guó)控?cái)嗝姹O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分別采用單因子評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、物元可拓評(píng)價(jià)法等7種評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了實(shí)證研究，并結(jié)合環(huán)境管理需求、綜合各種評(píng)價(jià)方法理論的優(yōu)缺點(diǎn)，認(rèn)為單因子評(píng)價(jià)法和綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是兩種優(yōu)選方法[10]。上述研究均對(duì)水環(huán)境的發(fā)展研究有貢獻(xiàn)，但卻不能進(jìn)一步分析各污染物的貢獻(xiàn)率，進(jìn)而導(dǎo)致無法對(duì)水環(huán)境進(jìn)行精確治理，Singh認(rèn)為對(duì)河流水質(zhì)評(píng)價(jià)需要確定其污染源并定量化的確定其污染貢獻(xiàn)率[11]。與傳統(tǒng)的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法相比，單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)法[12]不僅能對(duì)水質(zhì)類別進(jìn)行評(píng)價(jià)，亦能對(duì)屬于同一類水的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行定量比較，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)法[13]既能夠?qū)～V類水進(jìn)行評(píng)價(jià)，也能對(duì)劣V類水的水質(zhì)級(jí)別進(jìn)行詳細(xì)劃分和評(píng)價(jià)；而主成分分析法(APC)[14-15]和絕對(duì)主成分多元線性回歸分析法(APCS-MLR)[16-19]更可篩選影響水質(zhì)的主要因子，并量化各污染物的貢獻(xiàn)率。

不同河流，自然河道形態(tài)差異不同，自凈能力也不相同[20]，隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，受污染程度不同，水質(zhì)亦千差萬別，當(dāng)前對(duì)水環(huán)境的研究文獻(xiàn)中，研究對(duì)象多集中在東部沿海地區(qū)及中部發(fā)達(dá)城市，但對(duì)具有典型喀斯特地貌背景的河流水質(zhì)的研究相對(duì)較少。烏江是貴州省第一大河，受工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)業(yè)和規(guī)?；菪箴B(yǎng)殖等的影響，造成水環(huán)境問題日益突出，對(duì)貴州生態(tài)文明建設(shè)和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶尤其是三峽庫(kù)區(qū)生態(tài)大保護(hù)造成威脅。因此，本文依據(jù)烏江流域水文規(guī)律，對(duì)烏江流域貴州段枯水期(典型月份1月)、豐水期(典型月份7月)、平水期(典型月份11月)3個(gè)時(shí)期進(jìn)行采樣，采用單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法和綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)其進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，采用主成分分析法(APC)選取影響水質(zhì)的主要污染物，進(jìn)而采用絕對(duì)主成分多元線性回歸分析法(APCS-MLR)對(duì)各水期各污染物的污染貢獻(xiàn)率進(jìn)行量化研究，以期為烏江流域貴州段水環(huán)境的保護(hù)和管理提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

烏江是長(zhǎng)江上游南岸最大支流，烏江干流在化屋基以上為上游，化屋基至思南為中游，思南至涪陵為下游，全長(zhǎng)1 037 km，其中貴州省境內(nèi)烏江干流長(zhǎng)889 km，流域面積6.68萬km2，烏江水系呈羽狀分布，地勢(shì)西南高，東北低，主要支流有六沖河、貓?zhí)?、清水河、洪渡河、偏巖河、洋水河、息烽河、翁安河等，烏江流域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，年平均氣溫為13～18℃，年均降雨量900～1 400 mm。烏江上游受威寧、六盤水、水城縣煤礦企業(yè)污水排放以及居民生活污水排放的影響，六沖河支流、響水河支流、三岔河干流上游水質(zhì)受污嚴(yán)重；烏江流域中下游開陽縣、息烽縣、織金縣等共有28家涉磷企業(yè)，總磷污染嚴(yán)重。

1.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)

本研究共在烏江流域設(shè)置38個(gè)各采樣點(diǎn)位(圖1)，其中J1-J3位于六沖河流域，J4-J13位于三岔河流域，J14-J16位于烏江干流中游，J17-J23位于清水河流域，J24-J30位于烏江干流下游，J31-J35位于湘江流域，J36-J38位于芙蓉江流域。于2016年1月、7月、11月進(jìn)行采樣，將樣品放置于溫度為4℃的低溫保溫箱中，并在48 h內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》流域監(jiān)測(cè)原則和方法測(cè)定污染物濃度；并用樣品瓶采集2個(gè)容量為2 L的平行水樣來反映儀器測(cè)試精密度，測(cè)試結(jié)果可行。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，Cr6+(<0.004mg/L)、Hg(<0.000 01mg/L)、Cu(<0.05 mg/L)、Pb(<0.001 mg/L)、Cd(<0.005 mg/L)、Zn(<0.05 mg/L)、As(<0.000 2 mg/L)、Se(<0.000 3 mg/L)、揮發(fā)酚(<0.000 3 mg/L)、氰化物(<0.004 mg/L)等低于檢出限，對(duì)水質(zhì)評(píng)價(jià)研究沒有意義，故選擇DO(溶解氧含量mg/L)、CODMn(高錳酸鹽指數(shù)mg/L)、CODCr(化學(xué)需氧量mg/L)、BOD5(五日生化需氧量mg/L)、NH3-N(氨氮mg/L)、TP(總磷mg/L)共6個(gè)影響水質(zhì)的指標(biāo)作為主要水質(zhì)評(píng)價(jià)因子。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù) 單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)Pi由1位整數(shù)、小數(shù)點(diǎn)后2位或者3位有效數(shù)字組成，可表示為：

Pi=X1.X2X3

(1)

式中：Pi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù);Xi表示第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的水質(zhì)類別;X2表示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間所處的位置；X2越大，表示在同一類別的水質(zhì)中污染越嚴(yán)重；X3表示水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果。

圖1 烏江流域采樣點(diǎn)分布

(1) 當(dāng)水質(zhì)介于I類和V類之間時(shí)，X1，X2分開計(jì)算：

X1的確定。當(dāng)水質(zhì)介于I類和V類之間時(shí)，X1由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的比較確定，其意義為：X1=1，表示為I類水，X1=2，表示為Ⅱ類水，X1=3，表示為Ⅲ類水，X1=4，表示為Ⅳ類水，X1=5，表示為V類水。

X2的計(jì)算。對(duì)于非溶解氧指標(biāo)(PH、溫度、溶解氧除外)X2根據(jù)公式2確定：

(2)

對(duì)溶解氧指標(biāo)X2根據(jù)公式3確定：

(3)

式中：ρi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度；ρi，k上和ρi，k下表示第i項(xiàng)指標(biāo)第k類水區(qū)間質(zhì)量濃度的上限值和下限值；X2根據(jù)四舍五入的原則取一位整數(shù)確定。

(2) 當(dāng)水質(zhì)等于或低于V類水上限值時(shí)，X1、X2同時(shí)計(jì)算：

對(duì)于非溶解氧指標(biāo)：

(4)

對(duì)于溶解氧指標(biāo)：

(5)

式中：ρi表示第i項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度；ρi，5上表示第i項(xiàng)指標(biāo)V類水區(qū)間質(zhì)量濃度的上限值；ρD0.5下表示溶解氧V類水區(qū)間質(zhì)量濃度的下限值；ρD0表示溶解氧實(shí)測(cè)濃度。

(3)X3的確定。X3主要通過該單項(xiàng)水質(zhì)類別與水環(huán)境功能區(qū)設(shè)定類別的比較得出，若水質(zhì)達(dá)到或好于水環(huán)境功能區(qū)設(shè)定類別，則X3=0；若水質(zhì)類別差于水環(huán)境功能設(shè)定區(qū)類別，且X2不等于0，則X3=X1-fi，若水質(zhì)類別差于水環(huán)境功能區(qū)設(shè)定類別，且X2等于0，則X3=X1-fi-1，fi為水環(huán)境功能區(qū)設(shè)定類別。

1.3.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù) 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是在單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法的基礎(chǔ)上提出的，主要由1位整數(shù)和3位或4位小數(shù)位構(gòu)成：

Iwq=X1.X2X3X4

(6)

式中：X1表示河流的綜合水質(zhì)類別；X2表示綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處位置；X3表示參與綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的各項(xiàng)指標(biāo)中劣于水功能區(qū)目標(biāo)的指標(biāo)數(shù)量；X4表示綜合水質(zhì)類別與水功能區(qū)設(shè)定類別的比較結(jié)果。

(1)X1.X2的計(jì)算

(7)

式中：m表示參與綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的單項(xiàng)水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)指標(biāo)的個(gè)數(shù)，P1，P2，P3，Pm分別表示第1，2，m項(xiàng)指標(biāo)的單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)中的X1.X2，按照四舍五入原則保留小數(shù)點(diǎn)后一位小數(shù)。

(2)X3的確定。X3表示參與綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的單項(xiàng)指標(biāo)中低于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的指標(biāo)個(gè)數(shù)，若X3=0，表示所有指標(biāo)均達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)，若X3=1，則表示有一個(gè)指標(biāo)未達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)，以此類推。

(3)X4的確定。X4通過綜合水質(zhì)類別與水環(huán)境功能區(qū)設(shè)定類別的比較得到，若水質(zhì)達(dá)到或好于水功能區(qū)類別，則X4=0，若水質(zhì)類別差于水功能區(qū)類別，且X2不等于0，則X4=X1-fi，若水質(zhì)類別差于水功能區(qū)類別，且X2等于0，則X4=X1-fi-1。

1.3.3 主成分分析(APC)及APCS-MLR Shrestha認(rèn)為采用多元統(tǒng)計(jì)技術(shù)可分析復(fù)雜數(shù)據(jù)矩陣，有助于了解研究區(qū)的水質(zhì)及生態(tài)狀況[21]。APC是基于降維思想，將具有相關(guān)性的多個(gè)變量轉(zhuǎn)換為幾個(gè)不相關(guān)并能保留以前多數(shù)變量所反映的大部分信息的新變量的方法，主要通過奇異值的分解、維數(shù)的選擇以及旋轉(zhuǎn)進(jìn)行主成分分析，并依據(jù)kaiser標(biāo)準(zhǔn)即特征值大于1選擇合適的因子數(shù)目，更多關(guān)于APC的介紹詳見Thurston[22]和Miller[23]的介紹。

絕對(duì)主成分多元線性回歸分析(APCS-MLR)是一種根據(jù)因子得分[24-26]，評(píng)價(jià)各因子對(duì)各變量貢獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)方法。具體公式如下：

(8)

(9)

將通過PCA得到的歸一化的各指標(biāo)的因子分?jǐn)?shù)減去0濃度樣本的因子分?jǐn)?shù)，得到各指標(biāo)的絕對(duì)主成分得分(APCS)，并以APCS為自變量，以污染物濃度為因變量進(jìn)行APCS-MLR，得到相應(yīng)的回歸系數(shù)，確定各主成分對(duì)污染物的貢獻(xiàn)率：

(10)

式中：b0i表示指標(biāo) 經(jīng)過多元線性回歸得到常數(shù)項(xiàng)；bpi為源P對(duì)指標(biāo)i的回歸系數(shù)；APCSp表示調(diào)整后的因子P的分?jǐn)?shù)；n表示因子個(gè)數(shù)；APCSp×bpi表示因子P對(duì)Ci的濃度貢獻(xiàn)，所有樣本的APCSp×bpi的平均值表示因子平均絕對(duì)貢獻(xiàn)率。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法評(píng)價(jià)

從表1和圖2來看，溶解氧(圖2A)在豐水期和平水期其水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)高于枯水期，其原因是豐水期徑流量較大，水中溶解氧未達(dá)到飽和時(shí)，大氣中的氧氣會(huì)向水體滲入，而且豐水期主要集中在夏季，水生植物通過光合作用釋放氧氣強(qiáng)烈，導(dǎo)致水體中溶解氧在豐水期較高；水體中總磷的質(zhì)量濃度因稀釋作用，通常豐水期濃度要低于枯水期，而研究中總磷含量(圖2F)在豐水期反而高于枯水期，其因?yàn)樨S水期正值農(nóng)田耕種、施肥期，河流沿岸農(nóng)田過量施用磷肥，大量未經(jīng)有效利用的磷肥通過雨水沖刷等方式進(jìn)入河流，導(dǎo)致總磷含量在豐水期過高；高錳酸鹽指數(shù)(圖2B)、化學(xué)需氧量(圖2C)、五日生化需氧量(圖2D)在豐、平、枯三水期內(nèi)的水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)變化并不明顯，表明三水期水中有機(jī)物、還原性物質(zhì)的質(zhì)量濃度變化不大，但豐水期受徑流量大的影響，其含量大于其他水期，原因在于夏季用水較多，所產(chǎn)生的生活垃圾、生活污水也較多，加之夏季工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的冷卻廢水等也較冬季多，共同導(dǎo)致豐水期水中有機(jī)物、還原性物質(zhì)等的含量較大；以氨氮計(jì)算的單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)(圖2E)在豐水期要略低于平水期和枯水期，表明氨氮的質(zhì)量濃度在豐水期要低于平水期和枯水期，是因?yàn)榭菟诤推剿谥饕性谇锒瑑杉?，水溫較低時(shí)，氨氮轉(zhuǎn)化速率較慢，隨著水溫的升高，水中活躍的微生物促進(jìn)氨氮向硝氮轉(zhuǎn)化，使水中氨氮含量逐漸降低。

從各因子的污染嚴(yán)重程度來看，氨氮、總磷是烏江流域水環(huán)境的主要污染因子，其中總磷在三水期均有10個(gè)及以上的樣點(diǎn)超標(biāo)，超標(biāo)率達(dá)30%左右，且均有7個(gè)以上的樣點(diǎn)處于Ⅳ類水以下，這主要受流域內(nèi)磷化工企業(yè)排放的工業(yè)廢水以及規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖的影響，流域內(nèi)主要的磷化工企業(yè)磷石膏年產(chǎn)生量為700萬t，規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖產(chǎn)生總磷約1 475 t，其中有743 t排放入環(huán)境中，導(dǎo)致總磷污染嚴(yán)重。氨氮在三水期亦均有8個(gè)左右樣點(diǎn)超標(biāo)，超標(biāo)率達(dá)21%，且低于Ⅳ類水的樣點(diǎn)數(shù)均超過5個(gè)，污染程度僅次于總磷，2016年烏江流域氨氮總排放量分別為2.28萬t，其中，生活污染源排放量所占比例最大為70.93%，流域內(nèi)河流沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村寨生活污水、生活垃圾直接排放入河，且部分市、縣城區(qū)未實(shí)現(xiàn)雨污分流或污水收集管網(wǎng)不完善，部分生活污水未能有效處理便直接排入河流；其次是農(nóng)業(yè)污染源占26.80%，流域內(nèi)農(nóng)田、果園等在耕作期均需施用氮肥促進(jìn)作物生長(zhǎng)，部分氮肥隨農(nóng)田徑流等進(jìn)入河流；工業(yè)污染源占15.65%，這主要與三岔河流域威寧縣、鐘山區(qū)、水城縣的煤礦廢水排放有關(guān)?；瘜W(xué)需氧量、五日生化需氧量在三水期均有6個(gè)左右樣點(diǎn)超標(biāo)，2016年化學(xué)需氧量排放總量為16.73萬t，其中，生活污染源排放比例占57.55%，農(nóng)業(yè)污染源和工業(yè)污染源分別占26.80%和15.65%，其污染來源與氨氮相似；五日生化需氧量屬耗氧有機(jī)污染物，質(zhì)量濃度越高，表示水中有機(jī)污染物越多，流域內(nèi)居民生活垃圾年產(chǎn)生量達(dá)283.68萬t，是導(dǎo)致水體有機(jī)污染物增加的主要因素，溶解氧為水質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，并不直接來自某一項(xiàng)污染源，而以高錳酸鹽指數(shù)得到的水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)基本不存在超標(biāo)。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)各水期各水質(zhì)類別樣點(diǎn)數(shù)及超標(biāo)數(shù)

2.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法評(píng)價(jià)

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)法不僅能夠?qū)—V類水進(jìn)行評(píng)價(jià)，而且能夠?qū)⒘覸類水細(xì)分為劣V類但不黑臭以及劣V類并黑臭兩個(gè)類別，解決劣V類水的模糊性描述問題[14]。從表2和附圖6可以看出，烏江全流域豐水期、平水期和枯水期綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果差異并不明顯，均有80%以上的樣點(diǎn)處于Ⅱ類水以上，僅低于Ⅳ類水質(zhì)的樣點(diǎn)數(shù)略有差異，豐水期共10.52%的樣點(diǎn)處于Ⅳ類水及以下，略低于平水期的15.78和枯水期的13%，且豐水期并無劣V類樣點(diǎn)，而平水期和枯水期均有2.63%的樣點(diǎn)劣于V類水；從各樣點(diǎn)實(shí)測(cè)水質(zhì)與目標(biāo)水質(zhì)的對(duì)比來看，豐水期樣點(diǎn)超標(biāo)率為10.53%，也略低于平水期的15.79%和枯水期的13.16%。豐水期的水質(zhì)狀況主要反映非點(diǎn)源污染造成的河流污染程度，枯水期的水質(zhì)狀況最能反映點(diǎn)源污染的強(qiáng)度[27]，烏江流域枯水期、平水期水質(zhì)略差于豐水期，表明非點(diǎn)源污染所占比重稍大。

若水體中污染物含量固定，當(dāng)水量增加時(shí)，污染物濃度會(huì)有所下降，因此，若無外來污染，豐水期水質(zhì)一般要好于枯水期水質(zhì)。從各流域各水期水質(zhì)狀況看，三岔河流域、芙蓉江流域、湘江流域和烏江干流下游多數(shù)樣點(diǎn)在豐水期和平水期水質(zhì)反而比枯水期略差，分析其流域內(nèi)各因子水質(zhì)狀況，發(fā)現(xiàn)主要是氨氮和總磷的含量在豐水期和平水期比枯水期高，導(dǎo)致枯水期水質(zhì)反而較好，這主要是由于豐水期正值農(nóng)作物耕作、施肥時(shí)期，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)農(nóng)藥、化肥過度施用，大量未有效利用氮肥、磷肥隨農(nóng)田徑流或雨水沖刷進(jìn)入河道所致；其余流域豐水期水質(zhì)均略好于枯水期，基本符合這一規(guī)律，而對(duì)于那些水質(zhì)較差的樣點(diǎn)區(qū)域，如清水河流域以及湘江流域的J33樣點(diǎn)區(qū)域，受貴陽市和遵義市點(diǎn)源污染主導(dǎo)，也基本符合這一規(guī)律。

圖2 豐水期、平水期和枯水期各單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)分布

從全流域水質(zhì)狀況看，清水河流域水質(zhì)最差，三水期平均樣點(diǎn)超標(biāo)率高達(dá)62%，流域內(nèi)氨氮、總磷超標(biāo)嚴(yán)重，亦受溶解氧、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量不同程度的污染，主要受生活污水、農(nóng)業(yè)面源和畜禽養(yǎng)殖的污染，2009年貴陽市生活污水排放量達(dá)13 190萬t，依據(jù)其歷年變化趨勢(shì)，隨居民生活條件的提高，2016年生活污水排放量將會(huì)更高(2016年生活污水排放量貴陽市環(huán)境狀況公報(bào)中并未公布)；2016年貴陽市農(nóng)用化肥施用量(折純)6.04萬t，其中施用氮肥2.93萬t、磷肥0.59萬t，農(nóng)藥507 t，農(nóng)業(yè)面源產(chǎn)生的化學(xué)需氧量20 812 t，氨氮4 163 t，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的化學(xué)需氧量為7 399 t，氨氮505 t，同時(shí)烏江上游磷化工企業(yè)也對(duì)清水河流域的總磷污染有貢獻(xiàn)。湘江流域雖僅有20%樣點(diǎn)超標(biāo)，但超標(biāo)樣點(diǎn)污染嚴(yán)重，均劣于V類水，遵義市現(xiàn)有污水處理設(shè)施尚不能完全凈化污水，導(dǎo)致部分生活污水排放入河，加上當(dāng)?shù)毓I(yè)企業(yè)眾多，大量工業(yè)廢水排放入河，導(dǎo)致其水質(zhì)受污嚴(yán)重；烏江干流中游水質(zhì)次之，僅平水期有33%的樣點(diǎn)超標(biāo)，其余流域樣點(diǎn)均處于Ⅱ類以上，且無樣點(diǎn)超標(biāo)。

2.3 因子貢獻(xiàn)率分析

為明確各因子對(duì)水質(zhì)狀況的影響程度，本研究采用因子貢獻(xiàn)率的方法對(duì)其進(jìn)行定量分析。

烏江流域38個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的豐水期、平水期和枯水期的主成分值見表3，根據(jù)因子分析提取的碎石圖變化情況，豐、平、枯三水期均從第二主成分趨于平緩，且特征值小于1，故皆提取1個(gè)主成分。豐水期PCA1的總方差貢獻(xiàn)率為68%，從因子載荷值看，氨氮與PCA1的相關(guān)性達(dá)0.934，呈顯著相關(guān)；平水期與第一主成分呈顯著相關(guān)的主要有溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量和氨氮，總方差貢獻(xiàn)率為73.35%；枯水期基本包含了6中污染物的主要信息，化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮。總磷與PCA1的相關(guān)性均達(dá)0.9以上，總方差貢獻(xiàn)率為80.78%。

表2 各流域不同水質(zhì)類別所占比例和超標(biāo)率

表3 烏江流域主成分載荷矩陣及總方差的解釋

依據(jù)主成分分析結(jié)果，進(jìn)一步利用APCS-MLR對(duì)因子貢獻(xiàn)率進(jìn)行計(jì)算。由表4可知，除化學(xué)需氧量在豐水期R2較小外，其余R2都在0.6以上，表明進(jìn)行回歸分析在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有可行性。對(duì)于PCA/APCS來說，污染物的貢獻(xiàn)率可能為負(fù)數(shù)，也可能大于100%，主要與污染物的選擇有關(guān)[24]。豐水期第一主成分對(duì)氨氮的貢獻(xiàn)率為45.99%，根據(jù)主成分分析結(jié)果及上述水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，表明豐水期的污染物主要來源于流域內(nèi)煤礦廢水、生活污水排放入河以及農(nóng)業(yè)面源；平水期第一主成分主要影響高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量和氨氮，對(duì)其貢獻(xiàn)率分別為113.05%，117.88%，117.39%和118.38%，表明平水期污染物主要來源于烏江流域內(nèi)河流沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)及村寨的生活垃圾、生活污水以及部分市、縣未經(jīng)有效處理的生活污水；枯水期第一主成分對(duì)溶解氧、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷的貢獻(xiàn)率分別為-5.63%，6.38%，6.08%，6.21%，6.26%，表明枯水期污染物主要來源于生活污水、農(nóng)業(yè)面源、流域內(nèi)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖、下游磷化工企業(yè)及礦產(chǎn)開發(fā)。

表4 各時(shí)期主成分對(duì)因子的貢獻(xiàn)率

3 結(jié) 論

(1) 采用單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)烏江流域水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明溶解氧、總磷在豐水期和平水期水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)高于枯水期，其余指標(biāo)在各水期變化并不明顯；氨氮、總磷是烏江流域水環(huán)境的主要污染因子，其次為化學(xué)需氧量、五日生化需氧量和溶解氧，而高錳酸鹽指數(shù)基本不存在污染。

(2) 采用綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)烏江流域水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明豐水期受農(nóng)業(yè)面源影響水質(zhì)略差于平水期和枯水期；在空間上，清水河流域水質(zhì)最差，三水期平均樣點(diǎn)超標(biāo)率高達(dá)62%，湘江流域雖僅有20%樣點(diǎn)超標(biāo)，但超標(biāo)樣點(diǎn)污染嚴(yán)重，均劣于V類水，烏江干流中游水質(zhì)次之，僅平水期有33%的樣點(diǎn)超標(biāo)，其余流域樣點(diǎn)均處于Ⅱ類以上，且無樣點(diǎn)超標(biāo)。

(3) 采用PCA和APCS-MLR對(duì)烏江流域豐、平、枯三水期的主要污染源貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果表明豐水期第一主成分對(duì)氨氮的貢獻(xiàn)率為45.99%、平水期第一主成分對(duì)化學(xué)需氧量、五日生化需氧量和氨氮的貢獻(xiàn)率分別為117.88%，117.39%和118.38%，主要受生活污水排放入河和農(nóng)業(yè)面源污染的影響，枯水期第一主成分對(duì)化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷的貢獻(xiàn)率分別為6.38%，6.08%，6.21%，6.26%，主要受工業(yè)企業(yè)、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)面源、生活污水的影響。