2016—2020年珠海市金灣區(qū)集中式飲用水水源地環(huán)境質量變化特征

范燦鵬，熊杰

(珠海市西部生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，廣東 珠海 519040)

金灣區(qū)是珠海市3大行政區(qū)之一，位于珠海市西南部，地處珠江出海口磨刀門與崖門之間的南海之濱。2016—2020年，金灣區(qū)直接管轄三灶、紅旗2個鎮(zhèn)，2019年常住人口19.46萬人。金灣區(qū)現(xiàn)有主要集中式飲用水水源地包括三灶鎮(zhèn)木頭沖水庫(以下簡稱“木頭沖水庫”)、黃綠背水庫和紅旗鎮(zhèn)愛國水庫(以下簡稱“愛國水庫”)，集中式飲用水水源地水質的優(yōu)劣直接影響著人體健康，而水質監(jiān)測是保證飲用水安全的重要手段[1-2]?，F(xiàn)根據這3個水庫2016—2020年的水質監(jiān)測數(shù)據，對其水質狀況及變化趨勢進行分析和評價，為有針對性地保護飲用水水源，進一步改善水質，優(yōu)化水源管理提供科學依據。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

金灣區(qū)中心位置位于東經113°05′—113°25′、北緯21°59′—22°25′，毗鄰香港、澳門，南連大西國際水道，北靠珠江三角洲腹地，轄區(qū)總面積447.6 km2。境內屬多水地帶，有黃楊河、泥灣門、磨刀門、崖門等水系分布。

1.2 數(shù)據來源

2016—2020年珠海市金灣區(qū)環(huán)境監(jiān)測站根據《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)中31項指標的歷史監(jiān)測數(shù)據[3]。

1.3 監(jiān)測點位、頻次

木頭沖水庫、黃綠背水庫和愛國水庫每個水庫各布設一個監(jiān)測斷面，每月監(jiān)測1次。

1.4 評價方法

采用單因子指數(shù)評價法、綜合污染指數(shù)評價法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。

1.4.1 單因子評價法

即最差因子判別法，根據實測得到的數(shù)據，按《GB 3838—2002》的標準限值進行對比分類，根據評價時段內該斷面參評的指標中類別最高的一項來確定類別，參與評價的指標為該標準中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的 21 項指標[4]。

1.4.2 綜合污染指數(shù)評價法

使用均值綜合污染指數(shù)法[5-6]，對各污染指標的相對污染指數(shù)進行統(tǒng)計，得出代表水體綜合污染程度的數(shù)值。評價指標同單因子評價法，根據歷年監(jiān)測結果選取溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、銅、鋅、砷、氟化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑共13個主要污染因子作為評價指標，其他項目常年未檢出或偶有檢出濃度很低，故不參與統(tǒng)計分析，各項目的評價標準限值為《GB 3838—2002》[3]中Ⅲ類水標準限值。綜合污染指數(shù)公式如下：

(1)

(2)

式中：P——均值綜合污染指數(shù)；pi——單因子污染指數(shù)；ci——第i項指標的實際濃度測量值；c0——第i項指標的評價標準限值；n=13。

1.4.3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

根據《地表水環(huán)境質量評價辦法(試行)》規(guī)定，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[TLI(∑)]，以葉綠素a(Chl-a)、總氮(TN)、總磷(TP)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)5個項目為指標，對3個飲用水水源地富營養(yǎng)化水平進行評價。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式如下[4,7]：

(3)

式中：TLI(∑)——綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj——第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關權重；TLI(j)——為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以Chl-a作為基準參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關權重計算公式為：

(4)

式中：rij——第j種參數(shù)與基準參數(shù)Chl-a的相關系數(shù)；m——評價參數(shù)的個數(shù)。

表1 中國湖泊(水庫)部分參數(shù)與Chl-a的相關關系和Wj值

各項目營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式見(5)—(9)：

TLI(Chl-a)=10[2.5+1.086ln(chl-a)]

(5)

TLI(TP)=10[9.436+1.624ln(TP)]

(6)

TLI(TN)=10[5.453+1.694ln(TN)]

(7)

TLI(SD)=10[5.118-1.94ln(SD)]

(8)

TLI(CODMn)=10[0.109+2.661lnρ(CODMn)]

(9)

式中：Chl-a單位為mg/m3，SD單位為m；其他指標單位均為mg/L。采用 0～100 的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)進行分級：TLI(∑)<30 ，為貧營養(yǎng)；30≤TLI(∑)≤50 ，為中營養(yǎng)；TLI(∑)>50，為富營養(yǎng)；5070，為重度富營養(yǎng)。

1.5 數(shù)據統(tǒng)計分析

采用EXCEL和 SPSS 20.0 軟件對數(shù)據進行處理。水庫綜合污染指數(shù)年度變化趨勢分析采用 Spearman 秩相關系數(shù)法進行變化趨勢分析，當N=5時，顯著性水平為 0.05的臨界值Wp= 0.900，統(tǒng)計檢驗用的秩相關系數(shù)計算公式如下[4,8]：

(10)

di=Xi-Yi

(11)

式中：di——變量Xi與Yi的差值；Xi——周期I到周期N按濃度值從小到大排列的序號；Yi——按時間排列的序號。若rs為負值，則表明在評價時段內有關統(tǒng)計量指標變化呈下降趨勢或好轉趨勢；若rs為正值，則表明在評價時段內有關統(tǒng)計量指標變化呈上升趨勢或加重趨勢；當rs≤Wp則表明變化趨勢沒有顯著意義，說明在評價時段內水質變化穩(wěn)定或平穩(wěn)。

2 結果與討論

2.1 單因子評價結果

2016—2020年金灣區(qū)飲用水水源主要指標監(jiān)測結果見表1。表1選取的是影響水質類別的主要監(jiān)測指標。依據各監(jiān)測斷面 21 項指標年均值統(tǒng)計數(shù)據發(fā)現(xiàn)，2016—2020年金灣區(qū)水質比較穩(wěn)定。由表1可見，除2016年黃綠背水庫超出地表水Ⅲ類標準外，超標因子為總磷，其他年份和其他水庫水質類別均維持在Ⅱ—Ⅲ類，達到或優(yōu)于地表水Ⅲ類斷面占比93.3%。

表2 2016—2020年金灣區(qū)飲用水水源主要指標監(jiān)測結果 mg/L

金灣區(qū)飲用水水源2016—2020年水質類別見圖1。由圖1可見，2016年3個水庫超出地表水Ⅲ類標準的比例最高，其中黃綠背水庫超出地表水Ⅲ類標準占50%，水質最差。2016年影響黃綠背水庫和愛國水庫的主要污染指標為總磷，木頭沖水庫超標因子有化學需氧量、溶解氧和總磷。2018年4月份木頭沖水庫超出Ⅲ類標準，主要污染指標為化學需氧量、五日生化需氧量和總磷。針對2016年水庫達標率低的情況，已從點源、面源和水土流失等方面著手，加強入庫面源污染的控制，通過設置集中式飲用水水源地保護區(qū)保護范圍圍網和界樁、界碑等警示標志，植樹綠化生態(tài)護土，加強人工巡查、蓄水調節(jié)等工作，加強對飲用水水源保護區(qū)的監(jiān)管，確保水體質量總體穩(wěn)定。從后期實際監(jiān)測結果看，水質保持穩(wěn)定性較好，總磷超標情況有所改觀。

圖1 2016—2020年金灣區(qū)飲用水水源水質類別

2.2 水質綜合污染指數(shù)評價結果

2016—2020年金灣區(qū)3個水庫水質綜合污染指數(shù)趨勢變化見圖2。由圖2可見，3個水庫的水質綜合指數(shù)均在2016年達到最高，水質最差，這與單因子評價結果一致。其中，黃綠背水庫的綜合指數(shù)范圍變化為0.16～0.32，在2017年達到最低值，水質最好；愛國水庫為0.16～0.30，在2017年水質最好；木頭沖水庫為0.22～0.32，2017年和2019年水質最好。為定量分析3個水庫水污染變化趨勢，對水質綜合污染指數(shù)的年際變化趨勢做秩次相關檢驗，結果表明，黃綠背水庫和愛國水庫秩相關系數(shù)均為-0.55，木頭沖水庫秩相關系數(shù)為-0.50，取置信度為95% 的Wp=0.9 作為判斷標準，表明在2016—2020年期間3個水源地水質總體呈好轉趨勢，但改善趨勢不顯著，水質變化平穩(wěn)。

圖2 2016—2020年各水庫水質綜合污染指數(shù)變化

2016—2020年飲用水水源污染指數(shù)見表3。由表3可見，影響水質的主要因素為溶解氧、總磷、化學需氧量和五日生化需氧量，這4項指標分擔率之和每年均超過60%；從單因子污染指數(shù)可看出，除了2016年黃綠背水庫總磷的污染指數(shù)>1，超出Ⅲ類水標準外，其他指標均達到Ⅲ類水要求。

2.3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價結果

2016年3個水庫均未對葉綠素a指標進行監(jiān)測，因此該年度的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)無法計算統(tǒng)計。2017—2020年金灣區(qū)飲用水水源營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)見表4。由表4可見，2017—2020年3個水庫均處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，未呈現(xiàn)富營養(yǎng)化。黃綠背水庫TLI(∑)在15～17范圍內，無明顯差異；愛國水庫TLI(∑)在10～19范圍內，且呈上升趨勢，主要是TLI(SD)和TLI(Chl-a)指數(shù)逐年升高引起的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變大。木頭沖水庫TLI(∑)在16～24范圍內波動，在2018年值最高。2017年和2018年3個水庫營養(yǎng)狀態(tài)優(yōu)劣排序均為愛國水庫>黃綠背水庫>木頭沖水庫。2019年3個水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)基本持平，2020年營養(yǎng)狀態(tài)優(yōu)劣排序為黃綠背水庫>愛國水庫>木頭沖水庫。

表4 2017—2020年飲用水水源營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

3 結論

(1)單因子評價結果表明，除2016年黃綠背水庫超出地表水Ⅲ類標準外，超標因子為總磷，其他年份和其他水庫水質類別均維持在Ⅱ—Ⅲ類，2016年度3個水庫超出地表水Ⅲ類標準的比例最高。

(2)3個水庫的水質綜合污染指數(shù)均在2016年達到最高，水質最差，2016—2020年3個水源地水質總體呈好轉趨勢，但改善趨勢不顯著。影響水質的主要因素為溶解氧、總磷、化學需氧量和五日生化需氧量。

(3)2017—2020年期間3個水庫均處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，未呈現(xiàn)富營養(yǎng)化。