南方某水庫污染特征及相關(guān)性分析

邱小蘭

（福建省龍巖環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 福建龍巖 364000）

該水庫屬珠江流域的市域交接斷面，設(shè)有自動(dòng)水站，可及時(shí)掌握水庫水質(zhì)現(xiàn)狀，站點(diǎn)距離上游水電站2.5 km，距離下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)52.5 km。水庫的水質(zhì)不僅會(huì)影響河段下游的水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，也會(huì)影響到該水庫周邊的生態(tài)恢復(fù)能力［1-3］。因此，在2017—2019 年連續(xù)3 年每月1 次的水樣采集和分析測(cè)試的基礎(chǔ)上，探討近年該水庫水質(zhì)隨時(shí)間的污染特征和季節(jié)性變化規(guī)律，為水質(zhì)保護(hù)、預(yù)防以及污染治理工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

1.1 采樣點(diǎn)布設(shè)以及采樣方法

監(jiān)測(cè)斷面和點(diǎn)位的布設(shè)及采樣方法均按 《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版（增補(bǔ)版）［4］進(jìn)行。

1.2 水樣分析方法

通過對(duì)該水庫的月評(píng)價(jià)，對(duì)其中的主要指標(biāo)進(jìn)行分析，其對(duì)應(yīng)的分析方法見表1。

表1 主要指標(biāo)分析方法

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Origin 2018 32bit 進(jìn)行水質(zhì)變化趨勢(shì)的繪圖，利用IBM SPSS Statistics 21 中的Pearson 進(jìn)行主要指標(biāo)的相關(guān)性分析。

2 水庫水質(zhì)分析

通常對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)比較科學(xué)的做法是采用多個(gè)指標(biāo)和級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)來衡量［5-6］。本文對(duì)2017—2019 年這3 年的水庫水質(zhì)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，選取分析的指標(biāo)有水溫、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、溶解氧（DO）、總磷（TP）、總氮（TN）和五日生化需氧量（BOD5）。

2.1 水溫的變化趨勢(shì)分析

水溫是浮游植物生長的關(guān)鍵因子，同時(shí)影響水中溶解性物質(zhì)及其理化參數(shù)的變化，決定了生物群落的結(jié)構(gòu)和水生生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力［7］。圖1 中2017—2019 年的水溫顯示了明顯的季節(jié)性變化。水庫在1 月～3 月平均水溫較低，穩(wěn)定在17 ℃左右，其中2018 年2 月份達(dá)到最低值（13.2 ℃）。水溫隨著氣溫升高而升高，大概8 月～10 月平均水溫達(dá)到最高，維持在29 ℃左右。從整體上講，該水庫的水溫變化主要由環(huán)境大氣溫度導(dǎo)致。

圖1 水庫水溫變化趨勢(shì)

2.2 CODMn的變化趨勢(shì)分析

從圖2 可以看出，2017 年全年的CODMn濃度變化幅度不大，維持在1.1 mg/L～2.6 mg/L 之間；而該水庫在2018 年3 月～7 月的CODMn濃度明顯的看到濃度升高；CODMn濃度達(dá)到最大值出現(xiàn)在2019 年2 月，為4.9 mg/L，這期間除了受降雨的影響，還很可能與上游污染物通過地表徑流進(jìn)入水體有關(guān)，至3月份后開始趨于穩(wěn)定。CODMn濃度年平均值大小順序?yàn)?018 年＞2019 年＞2017 年，年平均值最大值顯示在2018 年，為2.4 mg/L，最小值出現(xiàn)在2017 年，為1.8 mg/L，年平均CODMn濃度2018年比2017 年高33%。

圖2 水庫CODMn 變化趨勢(shì)

2.3 溶解氧的變化趨勢(shì)分析

溶解氧是指溶解在水中的分解態(tài)氧，是維持水體生態(tài)環(huán)境平衡的重要因子，同時(shí)還參與部分物質(zhì)轉(zhuǎn)化。有關(guān)研究表明，當(dāng)湖水中的溶解氧含量低于5 mg/L 時(shí)，浮游生物則無法生存［8-12］。圖3 顯示，水庫的溶解氧出現(xiàn)了鮮明的季節(jié)性差異，在1 月～5 月在氣候適宜的條件下，水生生物生長旺盛，水體總體質(zhì)量較好，均值為6.86 mg/L。而值得關(guān)注的是在6 月～11 月，由于氣溫高，水體復(fù)氧能力較弱，溶解氧出現(xiàn)了異常波動(dòng)和超標(biāo)現(xiàn)象，此時(shí)溶解氧基本保持在低于5 mg/L 范圍，2018 年8月達(dá)到最低值（2.42 mg/L），超出了水質(zhì)類別Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 DO 變化趨勢(shì)

由于氣溫升高，水體復(fù)氧能力較弱，庫區(qū)存在溫度分層現(xiàn)象，從而阻礙了上下層溶解氧的交換。該水庫的上游是1 個(gè)中層水位的發(fā)電庫區(qū)，而庫區(qū)也存在大氣環(huán)境溫度升高導(dǎo)致的中層水溶解氧較低的問題。有研究表明［13］，水庫發(fā)電時(shí)會(huì)直接將中下層溶解氧低的水帶入下游河道，從而導(dǎo)致下游河段的溶解氧濃度明顯減低。這很可能也是導(dǎo)致這一時(shí)期的溶解氧濃度較低的原因之一。另外，同時(shí)期上游來水豐沛，隨之帶來的面源污染也增加了水體的耗氧量，致使這一時(shí)期的溶解氧濃度較低。因此，水庫中的溶解氧除了受大氣環(huán)境溫度的影響，也受上游河段的影響。

調(diào)取該斷面2018—2019 年6 月～12 月份水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算得出6 月～12 月中每月的溶解氧達(dá)標(biāo)率，其中達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)標(biāo)率為100%。由圖4 和圖5 可以看出，下半年都相繼出現(xiàn)了溶解氧不達(dá)標(biāo)的時(shí)段：2018 年6 月～10 月平均達(dá)標(biāo)率為18.4%，而2019 年8 月～11 月平均達(dá)標(biāo)率為39.8%。2019 年8 月才開始出現(xiàn)溶解氧不達(dá)標(biāo)的情況，與2018 年對(duì)比，明顯滯后了2 個(gè)月，并且2019 年下半年達(dá)標(biāo)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于2018 年，可以看出，該斷面溶解氧超Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)段縮短了。

圖4 2018 年6 月1 日—12 月31 日期間DO 達(dá)標(biāo)率

圖5 2019 年6 月1 日—12 月31 日期間DO 達(dá)標(biāo)率

2.4 總氮的變化趨勢(shì)分析

從2017—2019 年數(shù)據(jù)來看，全年變化幅度不大，年平均值分別為：1.33 mg/L、1.48 mg/L 和1.30 mg/L。對(duì)比可以看出，2018 年總氮質(zhì)量濃度明顯升高。隨著水庫流域工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，進(jìn)入該水庫的污染物增加，這與CODMn指標(biāo)規(guī)律一致。從全年來看，上半年由于上游農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)施用化肥，導(dǎo)致了總氮質(zhì)量濃度明顯比下半年高?？偟饕脕砗饬克w受營養(yǎng)物質(zhì)污染程度［14-15］。有相關(guān)研究表明［16］，水溫較高時(shí)，加大了微生物反硝化作用的強(qiáng)度，從而消耗了遷移到水體中的無機(jī)氮，降低了水體中的營養(yǎng)鹽。說明下半年水庫中的總氮含量降低，也受微生物作用的影響。

圖6 TN 變化趨勢(shì)

2.5 總磷的變化趨勢(shì)分析

水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量過多是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因。由圖7 可見，2017—2019 年間總磷含量變化趨勢(shì)表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化。總磷含量最小值一般出現(xiàn)在3 月份左右，2017 年3 月達(dá)到0.032 mg/L，隨后逐漸升高，到了5月份左右達(dá)到峰值，其中2017 年5 月達(dá)到0.104 mg/L。初步分析認(rèn)為，總磷在這期間升高，主要與降雨量升高有關(guān)，降雨徑流沖刷并攜帶污染物流入水庫，導(dǎo)致了季節(jié)性的總磷含量升高。隨著枯水期的到來，水體中污染物沉積，水庫中的總磷含量明顯降低。從2017—2019 年平均值分別為：0.064 mg/L、0.063 mg/L 和0.070mg/L，數(shù)據(jù)顯示，這三年水庫中的總磷含量較穩(wěn)定。

圖7 TP 變化趨勢(shì)

2.6 五日生化需氧量的變化趨勢(shì)分析

BOD5可衡量水體中被微生物分解的有機(jī)污染物。由圖8顯示，2017 年表現(xiàn)較為穩(wěn)定，濃度在0.60 mg/L～2.41 mg/L 之間；2018 年濃度在0.5 L～3.80 mg/L 之間（L 代表未檢出），上半年變化幅度較大，下半年趨向平穩(wěn)；2019 年1 月～2 月濃度較高，分別為3.1 mg/L 和3.4 mg/L，其它月份在0.5 L～1.80 mg/L之間，BOD5的質(zhì)量濃度保持穩(wěn)定。2017—2019 年BOD5質(zhì)量濃度年平均值分別為：1.16 mg/L、1.65 mg/L 和1.20 mg/L。與上述CODMn和TN 指標(biāo)一樣，這些指標(biāo)都顯示了2018 年進(jìn)入該水庫的外源污染物有所增加，而到2019 年各項(xiàng)指標(biāo)又恢復(fù)到2017 年的水平。從當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門了解到，當(dāng)?shù)匾源蚝梦廴痉乐魏蜕鷳B(tài)環(huán)保攻堅(jiān)戰(zhàn)役為抓手，以河湖長制為載體，對(duì)該流域水污染進(jìn)行了深入防治工作，由此可見，監(jiān)管工作已達(dá)到了一定的成效。

圖8 BOD5 變化趨勢(shì)

3 相關(guān)性分析

基于上述分析，利用IBM SPSS Statistics 21 中的Pearson方法對(duì)主要指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表2 所示。

表2 Pearson 法對(duì)主要指標(biāo)的相關(guān)性分析

通過對(duì)水庫主要指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)分析可知，水溫與DO 具有顯著的負(fù)相關(guān)性；TN 與CODMn、DO、BOD5都具有顯著的正相關(guān)性；CODMn與BOD5呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性；TP 與TN、CODMn具有正相關(guān)性。水溫與CODMn、TN、TP 和BOD5不具有顯著相關(guān)性；CODMn與DO 不具有顯著相關(guān)性；TP 與DO、BOD5不具有顯著相關(guān)性。

4 結(jié)果與討論

（1）2017—2019 年間，該水庫除了每年有少數(shù)幾個(gè)月份水質(zhì)為Ⅳ類水外，其他月份穩(wěn)定在地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，水庫總體水質(zhì)良好，并且有向好的趨勢(shì)。

（2）水庫中主要水質(zhì)指標(biāo)濃度呈年度周期性變化，溶解氧濃度存在較大的季節(jié)性差異，每年出現(xiàn)低溶解氧時(shí)段，造成水庫水質(zhì)下降的主要指標(biāo)是溶解氧。

（3）通過相關(guān)系數(shù)得出，水溫與DO 具有顯著的負(fù)相關(guān)性；TN 與CODMn、DO 與BOD5都具有顯著的正相關(guān)性；CODMn與BOD5呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性。