黔東南州2015—2020年水質(zhì)變化趨勢(shì)分析

鄧文俊 李 敏 劉 霄 趙逸羽

(貴州省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，貴陽(yáng) 550081)

黔東南苗族侗族自治州位于貴州省東南部，地處云貴高原向湘桂丘陵盆地過(guò)渡地帶，總體地勢(shì)西、南、北面高而東部低。東鄰湖南，南接廣西，與本省黔南、銅仁、遵義毗鄰。境內(nèi)東西寬220 km，南北長(zhǎng)240 km，總面積30 337 km2。全州多年平均地表水資源量為165億m3。境內(nèi)有清水江、舞陽(yáng)河、都柳江三大干流，分別發(fā)源于黔南州的貴定、甕安、獨(dú)山縣境，集支流2 900多條，呈樹枝狀分布。清水江是貴州省境內(nèi)的第二大河流，也是長(zhǎng)江上游的重要支流，州內(nèi)流域面積14 469 km2，主河道長(zhǎng)372 km，主要支流有六洞河、重安江、巴拉河、亮江等。都柳江州內(nèi)流域面積9 095 km2，主河道長(zhǎng)141 km。舞陽(yáng)河州內(nèi)流域面積5 262 km2，主河道長(zhǎng)166 km,較大的支流有龍江河、車壩河兩條。

近年來(lái)，黔東南州開展了長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)駐點(diǎn)跟蹤研究工作。本文收集近6年來(lái)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面數(shù)據(jù)，開展水質(zhì)變化趨勢(shì)的回顧性分析，以流域內(nèi)各級(jí)河流水質(zhì)提升和TP等主要污染物控制為目標(biāo)，對(duì)水質(zhì)改善達(dá)標(biāo)、污染防治和生態(tài)修復(fù)有著重要而深遠(yuǎn)的意義。

1 研究數(shù)據(jù)

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

資料來(lái)源于黔東南州環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站2015-2020年度《環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書》，選取共計(jì)6年的地表水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 監(jiān)測(cè)斷面

黔東南州境內(nèi)3大主要河流清水江、舞陽(yáng)河和都柳江分屬沅江水系和柳江水系，共布設(shè)29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，其中9個(gè)國(guó)控、12個(gè)省控、8個(gè)州控。按水體統(tǒng)計(jì)，清水江18個(gè)斷面，都柳江4個(gè)斷面，舞陽(yáng)河7個(gè)斷面，地表水環(huán)境質(zhì)量功能為Ⅱ-Ⅲ類。具體斷面分布情況見(jiàn)圖1。

圖1 黔東南州水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面分布圖

1.3 評(píng)價(jià)項(xiàng)目

參照《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法》(試行)，根據(jù)黔東南州水質(zhì)的實(shí)際情況，此次評(píng)價(jià)從各斷面的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中選取的項(xiàng)目為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)表1中除水溫、pH值、溶解氧、總氮和糞大腸菌群外的19項(xiàng)。水溫、總氮、糞大腸菌群僅作為參考評(píng)價(jià)項(xiàng)目，pH值未超標(biāo)，溶解氧基本穩(wěn)定在Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)項(xiàng)目可反映水質(zhì)的污染程度。

2 評(píng)價(jià)方法

流域水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法較多[1]，目前常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有單因子評(píng)價(jià)法、水質(zhì)指數(shù)法[2]、主成分分析法[3-4]、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法[5]、層次分析法[6-7]等。單因子評(píng)價(jià)法是我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中規(guī)定的評(píng)價(jià)方法，即以水質(zhì)最差單項(xiàng)指標(biāo)所屬的類別來(lái)確定水體綜合水質(zhì)類別[8]。水質(zhì)指數(shù)法使用簡(jiǎn)單，評(píng)價(jià)結(jié)果直觀精確，能較為完整地反映地表水的污染程度，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛[9]。

單因子評(píng)價(jià)法以最差水質(zhì)判定水體類別，存在過(guò)保護(hù)問(wèn)題，并且單因子評(píng)價(jià)法只能對(duì)水體類別定性判斷，不能對(duì)相同水質(zhì)進(jìn)行優(yōu)劣比較，而內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法能夠解決以上2個(gè)問(wèn)題[10]。

對(duì)流域水質(zhì)中污染物變化趨勢(shì)分析采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法。秩相關(guān)系數(shù)常用于檢驗(yàn)水質(zhì)指數(shù)與其相應(yīng)時(shí)間序列間的相關(guān)性，從而判斷水質(zhì)序列在時(shí)間序列上是否存在變化趨勢(shì)[11]。

2.1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧極值或稱突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。既能突出水質(zhì)污染指數(shù)最大的因子對(duì)總體水質(zhì)的作用，又能反映水體污染的總體程度，是目前國(guó)內(nèi)外常用的綜合污染指數(shù)計(jì)算方法[12-13]。

計(jì)算公式如下：

式中：Ci—第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)值；

Cio—第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)值；

Ii—第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的污染指數(shù)；

Iave—所有評(píng)價(jià)因子污染指數(shù)的平均值；

Imax—所有評(píng)價(jià)因子污染指數(shù)的最大值；

P—內(nèi)梅羅污染指數(shù)。

其中評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)值采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值。計(jì)算后，根據(jù)P值大小可以確定其污染程度，當(dāng)P<1時(shí)，水質(zhì)級(jí)別為清潔，當(dāng)P≥1時(shí)，水質(zhì)受到一定程度的污染。

2.2 Spearman秩相關(guān)系數(shù)法

衡量環(huán)境污染變化趨勢(shì)通常采用Daniel的趨勢(shì)檢驗(yàn)，它使用了Spearman秩相關(guān)系數(shù)法[14]。給出時(shí)間周期Y1…YN，和它們的相應(yīng)值X(即年均值X1…XN)，從小到大排列好，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)用的秩相關(guān)系數(shù)按下式計(jì)算：

式中：rs—秩相關(guān)系數(shù)；

N—時(shí)間周期(2015-2020年)；

di—變量Xi和變量Yi的差值；

Xi—周期i到周期N濃度值由小至大排列的序號(hào)；

Yi—按時(shí)間排列的序號(hào)。

將秩相關(guān)系數(shù)的絕對(duì)值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較，如果|rs|>Wp，則表明變化趨勢(shì)有顯著意義；如果|rs|≤Wp，則表明變化趨勢(shì)沒(méi)有顯著意義，說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)水質(zhì)變化穩(wěn)定。如果rs是負(fù)值，則表示統(tǒng)計(jì)指標(biāo)變化呈下降趨勢(shì)；如果rs是正值，則表示統(tǒng)計(jì)指標(biāo)變化呈上升或加重趨勢(shì)。

3 結(jié)果與分析

3.1 評(píng)價(jià)結(jié)果

2015—2020年，黔東南州29個(gè)斷面均采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，得到P值如表1所示。

表1 黔東南州監(jiān)測(cè)斷面內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

黔東南州3大主要河流中都柳江水質(zhì)狀況最好，4個(gè)斷面6年來(lái)內(nèi)梅羅污染指數(shù)均穩(wěn)定在0.32以下，舞陽(yáng)河干流和各支流6年來(lái)內(nèi)梅羅污染指數(shù)均穩(wěn)定在0.41以下，水質(zhì)清潔。采用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)都柳江和舞陽(yáng)河流域的11個(gè)斷面進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到水質(zhì)類別為Ⅱ類或Ⅰ類，水質(zhì)狀況穩(wěn)定為優(yōu)。

灣水和重安江大橋斷面位于清水江上游左岸一級(jí)支流重安江，2015年，灣水的內(nèi)梅羅污染指數(shù)達(dá)到10.99，重安江大橋內(nèi)梅羅污染指數(shù)達(dá)到14.7，水質(zhì)嚴(yán)重污染，最大污染因子是TP。在各級(jí)政府及相關(guān)部門的有效治理下，2016—2017年水質(zhì)逐年轉(zhuǎn)好，灣水的內(nèi)梅羅污染指數(shù)分別降到0.84、0.53，水質(zhì)清潔，重安江大橋的內(nèi)梅羅污染指數(shù)分別降到1.86、1.21，水質(zhì)輕度污染。2018—2020年，灣水的內(nèi)梅羅污染指數(shù)穩(wěn)定在0.31，重安江大橋的內(nèi)梅羅污染指數(shù)在0.32～0.61范圍內(nèi)，水質(zhì)清潔。

2015年，位于重安江下游清水江干流上游的旁海斷面內(nèi)梅羅污染指數(shù)為5.25，水質(zhì)嚴(yán)重污染，清水江中游的施洞、貓鼻嶺下寨、革東斷面，內(nèi)梅羅污染指數(shù)分別為1.95、1.73、3.38，水質(zhì)分別為輕度污染和重度污染，其中最大污染因子是TP。2016—2020年，4個(gè)斷面的內(nèi)梅羅污染指數(shù)均在0.49以下，水質(zhì)清潔。清水江其余斷面2015—2020年的內(nèi)梅羅污染指數(shù)均小于0.7，清水江上游和中下游流經(jīng)麻江縣、凱里市、錦屏縣和天柱縣的干流及巴拉河、六洞河、亮江等支流6年來(lái)水質(zhì)相對(duì)較好。

3.2 水質(zhì)變化趨勢(shì)

采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對(duì)黔東南州2015—2020年各年度水質(zhì)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，結(jié)果見(jiàn)圖2所示。

圖2 Spearman秩相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)值統(tǒng)計(jì)

取顯著水平為0.05，當(dāng)N=6時(shí)，臨界值Wp=0.829；當(dāng)N=5時(shí)，臨界值Wp=0.9。因天堂斷面2015年未做監(jiān)測(cè)，所以天堂的N值取5。

由圖2可以看出，清水江的平敏大橋、興仁橋、重安江大橋、旁海、施洞、茅坪、白市、灣水和都柳江的新華斷面rs<0且|rs|>Wp，說(shuō)明內(nèi)梅羅污染指數(shù)呈顯著下降趨勢(shì)，其余20個(gè)斷面的水質(zhì)變化沒(méi)有顯著意義。29個(gè)斷面大部分沒(méi)有明顯變化，占比69%，有明顯變化的斷面都呈下降趨勢(shì)，占比31%。分水體來(lái)看，清水江斷面有顯著變化趨勢(shì)占比44.4%，無(wú)顯著變化趨勢(shì)占比55.6%；都柳江斷面有顯著變化趨勢(shì)占比25%，無(wú)顯著變化趨勢(shì)占比75%；舞陽(yáng)河斷面全部沒(méi)有顯著變化?？傮w呈下降趨勢(shì)的斷面居多，極少部分出現(xiàn)上升，說(shuō)明黔東南州水質(zhì)處于整體穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)具備改善趨勢(shì)。

3.3 主要污染物變化趨勢(shì)及成因分析

通過(guò)分析計(jì)算，黔東南州水體主要污染物是TP、COD、NH3-N和氟化物。采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法計(jì)算出2015—2020年各斷面主要污染物年均濃度的變化趨勢(shì)檢驗(yàn)值，如表2所示。

表2 黔東南州主要污染物濃度變化趨勢(shì)檢驗(yàn)成果

從TP濃度來(lái)看，29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中有9個(gè)呈顯著下降趨勢(shì)，占31%；1個(gè)呈顯著上升趨勢(shì)，占3.4%；19個(gè)斷面無(wú)顯著變化趨勢(shì)，占65.5%。有顯著變化趨勢(shì)的斷面數(shù)占34.5%，全部在清水江，其中除巴米呈顯著上升趨勢(shì)，其余都呈顯著下降趨勢(shì)，集中在重安江河段和清水江干流中下游。巴米斷面位于清水江下游左岸一級(jí)支流六洞河，從6年來(lái)各月水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看，巴米的TP濃度在0.01～0.12 mg/L范圍內(nèi)，水質(zhì)類別達(dá)到Ⅲ類以上，從時(shí)間分布看，豐水期的濃度略高。

從COD濃度來(lái)看，29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中有13個(gè)呈顯著下降趨勢(shì)，占44.8%；16個(gè)斷面無(wú)顯著變化趨勢(shì)，占55.2%。

從NH3-N濃度來(lái)看，29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中有17個(gè)呈顯著下降趨勢(shì)，占58.6%，集中在清水江和舞陽(yáng)河；12個(gè)斷面無(wú)顯著變化趨勢(shì)，占41.4%。

從氟化物濃度來(lái)看，29個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中有10個(gè)呈顯著下降趨勢(shì)，占34.5%，全部集中在清水江；19個(gè)斷面無(wú)顯著變化趨勢(shì)，占65.5%。

分水體來(lái)看，清水江主要污染物濃度有顯著變化趨勢(shì)斷面多于無(wú)顯著變化趨勢(shì)斷面；有顯著變化趨勢(shì)的斷面除巴米外，其余都呈下降趨勢(shì)；巴米的

TP濃度雖然呈上升趨勢(shì)，但TP濃度年均值均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。都柳江主要污染物濃度多數(shù)變化趨勢(shì)不明顯，僅新華和榕江斷面COD濃度呈顯著下降趨勢(shì)，水質(zhì)狀況較穩(wěn)定。舞陽(yáng)河無(wú)顯著變化趨勢(shì)斷面多于有顯著變化趨勢(shì)斷面，污染狀況逐漸減輕。

清水江主要污染指標(biāo)逐年向好趨勢(shì)明顯，主要得益于清水江流域上游磷污染治理。清水江一級(jí)支流重安江因常年受上游福泉市境內(nèi)磷化工企業(yè)TP、氟化物污染，其中又以TP污染為主，導(dǎo)致清水江流域水體存在一定污染。近年來(lái)，省環(huán)保廳、縣(市)政府和企業(yè)已投入至少2.4億元用于生產(chǎn)廢水處理、磷石膏渣場(chǎng)防滲、磷石膏廢水回用管線建設(shè)及廠區(qū)防滲等治理工作。同時(shí)，黔南州和黔東南州攜手實(shí)施清水江流域規(guī)劃保護(hù)管理，加大了水環(huán)境綜合整治力度，重安江TP超標(biāo)由以前的數(shù)十倍降為現(xiàn)在的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，治理成效顯著。

3.4 受污染斷面及污染成因分析

黔東南州的受污染斷面都集中在清水江流域，按河流流向排序，包括重安江大橋、灣水、旁海、施洞、貓鼻嶺下寨和革東斷面，其中施洞、貓鼻嶺下寨和革東斷面位于清水江中游，受污染程度大大低于前3個(gè)斷面。對(duì)重安江大橋、灣水和旁海3個(gè)嚴(yán)重污染斷面2015-2020年各月的主要污染物平均濃度對(duì)比分析，結(jié)果如圖3所示。

圖3 嚴(yán)重污染斷面主要污染物濃度月際變化

TP：3個(gè)斷面濃度1-6月隨雨季緩慢波動(dòng)、升高，6月到達(dá)峰值，到7月迅速降低，7-9月是平穩(wěn)期，10月小幅度升高，11月回落進(jìn)入平穩(wěn)期。

COD：重安江大橋在6月大幅度上升，7月迅速回落，8月反彈回升至年內(nèi)最高點(diǎn)，之后回落進(jìn)入平穩(wěn)期；灣水進(jìn)入5月迅速上升，6月到達(dá)最高點(diǎn)，之后大幅度下降，9月回落至前期水平保持平穩(wěn)；旁海表現(xiàn)較平穩(wěn)，其中有小幅度上下交替波動(dòng)，6月處于濃度最高點(diǎn)。

NH3-N：重安江大橋在2月升到年內(nèi)最高點(diǎn)，3月迅速降到最低點(diǎn)，4-5月反彈回升，7月再次回落到最低點(diǎn)后進(jìn)入平穩(wěn)期，12月至翌年1月開始小幅度上下波動(dòng)；灣水和旁海1-3月從年內(nèi)最高點(diǎn)開始明顯下降，4月上升，灣水5-6月下行再上升；7月2個(gè)斷面大幅下降，旁海9月有小幅度回彈，10月降到最低點(diǎn)之后連續(xù)上升，灣水則9月到達(dá)最低點(diǎn)，之后緩慢上升。

氟化物：3個(gè)斷面6月達(dá)到年內(nèi)峰值，7月劇烈下降后進(jìn)入平穩(wěn)期；重安江大橋從4月開始上升，灣水從3月開始上升，旁海直到5月都保持平穩(wěn)。

總體來(lái)看，3個(gè)斷面的TP、氟化物濃度變化特征基本相似，上半年高于下半年，其中重安江大橋的濃度水平最高，其次是灣水，旁海的濃度水平最低，反映出污染源位于重安江大橋上游的福泉市境內(nèi)。各污染物濃度都呈現(xiàn)雨季升高的特征，反映出污染物會(huì)隨雨水徑流進(jìn)入河流，位于上游的重安江大橋最為明顯。2015年主要污染物中TP污染最為嚴(yán)重，污染來(lái)源于重安江上游福泉市境內(nèi)磷化工企業(yè)，主要為貴州川恒化工有限責(zé)任公司和甕福(集團(tuán))有限責(zé)任公司兩個(gè)大型磷石膏堆場(chǎng)，大量酸性工業(yè)廢水流入重安江，沿河而下匯入清水江，造成清水江的水質(zhì)污染。2020年，所有河段的主要污染物都達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

(1)黔東南州總體水質(zhì)較好，2015—2020年內(nèi)梅羅指數(shù)小于1，水質(zhì)級(jí)別為清潔的斷面占總斷面數(shù)的79.3%?！笆濉蹦┢?，水質(zhì)清潔的斷面為22個(gè)，占總斷面數(shù)的78.6%；“十三五”期間，水質(zhì)清潔的斷面為28個(gè)，占總斷面數(shù)的96.6%，同比“十二五”末期上升18個(gè)點(diǎn)。

(2)對(duì)黔東南州各斷面內(nèi)梅羅污染指數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析，31%的斷面呈顯著下降趨勢(shì)，69%的斷面無(wú)顯著變化趨勢(shì)，3大主要河流水環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)明顯好轉(zhuǎn)狀態(tài)。

(3)黔東南州水體中主要污染物是TP、COD、NH3-N和氟化物，對(duì)各斷面主要污染物濃度進(jìn)行趨勢(shì)分析，全州以無(wú)顯著變化趨勢(shì)為主，有顯著變化趨勢(shì)的指標(biāo)大部分呈下降趨勢(shì)，黔東南州主要污染物指標(biāo)均有好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

(4)2015年重安江和清水江中上游水質(zhì)污染嚴(yán)重，最大污染因子是TP，最大值斷面在重安江大橋，污染主要來(lái)源于上游黔南州福泉市境內(nèi)磷化工企業(yè)的大型磷石膏堆場(chǎng)，在政府和各級(jí)主管部門的嚴(yán)格監(jiān)管和治理下，入該河段主要污染物TP及COD、NH3-N、氟化物濃度逐年遞減，水質(zhì)向好趨勢(shì)明顯，近3年來(lái)水質(zhì)級(jí)別全部穩(wěn)定為清潔，可見(jiàn)治理工程在改善重安江和清水江水質(zhì)狀況方面是卓有成效的。

(5)由于環(huán)境監(jiān)測(cè)能力不足，黔東南州水質(zhì)監(jiān)測(cè)在一些區(qū)域和領(lǐng)域還存在不到位和空白，境內(nèi)地表水監(jiān)測(cè)只覆蓋到大的河流、水系，為了更全面地掌握水質(zhì)污染情況，進(jìn)一步保護(hù)黔東南州水資源，建議對(duì)州內(nèi)一些主要小支流增加監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。