綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在衢江漁業(yè)水域水質(zhì)評價中的應(yīng)用

王雨辰，徐 磊，葉雪平，周冬仁，王 俊，孫博懌，高 晟，吳琦芳，葉 霆，林 鋒

(1.浙江省淡水水產(chǎn)研究所湖州市水產(chǎn)品品質(zhì)提升與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江湖州 313001；2.衢州市水產(chǎn)技術(shù)推廣中心，浙江衢州 324000)

積極促進(jìn)漁業(yè)綠色扎實(shí)發(fā)展，持續(xù)加大水生生物資源養(yǎng)護(hù)，這是“十四五”時期全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興進(jìn)程中對漁業(yè)發(fā)展的要求[1]。浙江省衢州市地處錢塘江上游[2]，境內(nèi)漁業(yè)水域資源相對豐富，隨著近年來經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口密度也在逐漸增加，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)漁業(yè)水域水體的富營養(yǎng)化程度在呈上升趨勢。據(jù)調(diào)查，“十三五”期間衢州地區(qū)漁業(yè)水域水庫水體總體為中營養(yǎng)，而兼具養(yǎng)殖功能的水庫則表現(xiàn)為水體富營養(yǎng)化[3]。因此，各級政府部門聯(lián)合科研工作者，通過對天然水域進(jìn)行限養(yǎng)、禁樣分類規(guī)劃管理，對于主要密集養(yǎng)殖區(qū)域進(jìn)行養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)的實(shí)施應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對整個區(qū)域的水環(huán)境進(jìn)行改善提升。在富營養(yǎng)化水體中，pH、溶解氧、葉綠素a等常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性[4]，研究衢州市漁業(yè)水域水體中特定指標(biāo)的變化規(guī)律，能夠?qū)λh(huán)境的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判，有利于對水域生態(tài)變化進(jìn)行更準(zhǔn)確的評價。

水質(zhì)評價是解決水體污染和保護(hù)水環(huán)境的基礎(chǔ)，目前常見的水質(zhì)評價方法有模糊評價法[5]、主成分分析法[6]、污染指數(shù)評價法[7]、灰色系統(tǒng)理論評價法[8]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法[9]等。對比這些評價方法，綜合指數(shù)法因其原理簡單、易于操作，能完整表達(dá)河流總體的綜合水質(zhì)信息，使其在水質(zhì)調(diào)查和評價中得到廣泛應(yīng)用。筆者應(yīng)用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價了2017—2021年衢江漁業(yè)水域5個監(jiān)測點(diǎn)的水質(zhì)情況，以期能客觀真實(shí)地反映該水域的水質(zhì)情況。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域概況衢江河段干流長83 km，是錢塘江主要支流和源頭之一，發(fā)源于安徽休寧縣的馬金溪，主河上源由常山港、江山港起，流向東北至衢州市匯合而成，途經(jīng)開化縣、常山縣、江山市、衢江區(qū)、龍游縣境至金華市蘭溪市匯入蘭江。

衢江流域位于我國地形的第三階梯上，位于金衢盆地以西，主要是丘陵和山地，占82%以上，耕地較少，河流錯綜復(fù)雜，以衢江為中心線，地形由南北對稱向兩邊開展，海拔也由中心線向兩邊依次升高，由河谷平灘、丘陵、山地分別向兩邊延伸。衢江流域面積1.11萬km2，多年平均流量386 m3/s。降水年內(nèi)分配不均，河川源短流急，豐枯相差懸殊，雨季洪水成災(zāi)，汛期多年平均徑流量占年徑流量的55%以上，可高達(dá)79.3%，旱季供水不足，多年平均徑流量占年徑流量的15.5%～19.8%，可低至2.8%[2，10]，在相同氣象條件下徑流和水量平衡穩(wěn)定[11]。

1.2 數(shù)據(jù)收集數(shù)據(jù)來源于衢州市漁業(yè)水域水質(zhì)監(jiān)測通報和浙江省淡水漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測站的監(jiān)測記錄。對2017—2021年衢州漁業(yè)水域的5個主要監(jiān)測點(diǎn)(圖1)共20個季度的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，實(shí)際監(jiān)測指標(biāo)共計13項。根據(jù)綜合標(biāo)識指數(shù)法原理，如果將未檢出的指標(biāo)納入綜合標(biāo)識指數(shù)計算會降低隔斷面綜合指數(shù)之間的差異，不利于后續(xù)的水質(zhì)對比與分析，也會總體降低各斷面綜合指標(biāo)值使其結(jié)論偏離實(shí)際情況，因此評價剔除了10項常年未檢出的指標(biāo)，選擇溶解氧(DO)、氨氮(NH4+-N)和總磷(TP)3個指標(biāo)建立評價體系。歷年監(jiān)測原始數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，此次研究的第1～4個監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)考核目標(biāo)為Ⅱ類，第5個監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)考核目標(biāo)為Ⅲ類。

圖1 衢江漁業(yè)水域監(jiān)測點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of monitoring points in Qujiang fishery water

表1 衢江漁業(yè)水域主要水質(zhì)污染指標(biāo)監(jiān)測數(shù)據(jù)Table 1 Monitoring data of main water quality pollution index in Qujiang fishery waters 單位：mg/L

1.3 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)根據(jù)各監(jiān)測點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)，利用公式計算得到各監(jiān)測點(diǎn)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)。該指數(shù)可以反映監(jiān)測點(diǎn)內(nèi)各水質(zhì)指標(biāo)特征，單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(Pi)由一位整數(shù)、小數(shù)點(diǎn)后2位或3位有效數(shù)字組成，結(jié)構(gòu)表示為：

Pi=X1·X2X3

(1)

式中，X1為第i項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別；X2為檢測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下限值與X1類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)上限值變化區(qū)間中所處的位置，按四舍五入的原則計算確定；X3為該單項水質(zhì)類別與功能區(qū)設(shè)定類別的比較結(jié)果，表明指標(biāo)的污染程度[12]。

1.4 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價法是以單因子水質(zhì)評價為基礎(chǔ)，對河流水質(zhì)進(jìn)行多因子綜合分析評價的方法[13]。公式如下：

CWQL =X1·X2X3X4

(2)

(3)

式中，X1為河流總體的綜合水質(zhì)類別；X2為綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處位置；X3為參與綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)指標(biāo)中劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項指標(biāo)個數(shù)；X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果，表明綜合水質(zhì)的污染程度；Pi為第i個水質(zhì)因子的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)。

1.5 水質(zhì)指標(biāo)級別判定根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)和徐祖信[13]的研究，水質(zhì)指標(biāo)判定關(guān)系如表2所示。

表2 水質(zhì)指標(biāo)級別判定Table 2 Determination of water quality index

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價運(yùn)用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對衢州漁業(yè)水域5個監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行評價，評價結(jié)果見圖2～6。從圖2～6可以看出，齊溪監(jiān)測點(diǎn)主要超標(biāo)指標(biāo)為氨氮和總磷，其中氨氮在2018年的第4季度(Q4)有超標(biāo)情況，總磷在2017年第4季度、2018年第2季度(Q2)和2019年第1季度(Q1)有超標(biāo)情況，在2019年第2季度之后該監(jiān)測點(diǎn)無超標(biāo)項。高嶺監(jiān)測點(diǎn)的水位顯著低于齊溪監(jiān)測點(diǎn)，該監(jiān)測點(diǎn)常年水深不足0.3 m，該監(jiān)測點(diǎn)主要超標(biāo)指標(biāo)為溶解氧和總磷，溶解氧在2017年第3季度(Q3)和2018年第1季度有超標(biāo)情況，總磷在2017年第1季度和2018年第2季度有超標(biāo)情況，自2018年第3季度后也無超標(biāo)項。錢江源監(jiān)測點(diǎn)位于開化縣城邊，該監(jiān)測點(diǎn)主要超標(biāo)項為溶解氧和總磷，其中溶解氧在2020年第4季度有超標(biāo)情況，總磷在2017年第1季度、2018年第2季度、2019年第2季度、2020年第2季度和第4季度、2021年第3季度和第4季度有超標(biāo)情況。常山港監(jiān)測點(diǎn)位于常山縣城新區(qū)，該監(jiān)測點(diǎn)主要超標(biāo)項為溶解氧和總磷，其中溶解氧在2018年第1季度和2019年第3季度有超標(biāo)情況，總磷在2017年第1季度、2018年第2季度、2019年第2季度和2020年第4季度有超標(biāo)情況。信安湖位于衢州市中心城區(qū)，主要超標(biāo)項為溶解氧、氨氮和總磷，其中溶解氧在2017年第4季度有超標(biāo)情況，氨氮在2019年第2季度有超標(biāo)情況，總磷在2017年第1季度、2018年第2季度、2019年第1季度和第2季度。

圖2 齊溪監(jiān)測點(diǎn)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(Pi)Fig.2 The signle factor water quality identification index(Pi) in Qixi monitoring point

圖3 高嶺監(jiān)測點(diǎn)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(Pi)Fig.3 The signle factor water quality identification index(Pi) in Gaoling monitoring point

圖4 錢江源監(jiān)測點(diǎn)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(Pi)Fig.4 The signle factor water quality identification index(Pi) in Resource of Qianjiang River monitoring point

2.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價采用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對衢江5個監(jiān)測點(diǎn)的水質(zhì)進(jìn)行評價，評價結(jié)果見表3。計算結(jié)果表明，衢江漁業(yè)水質(zhì)全部達(dá)到水體的功能要求，齊溪監(jiān)測點(diǎn)從2017年的Ⅱ類在2021年提升至 Ⅰ 類，高嶺監(jiān)測點(diǎn)、錢江源監(jiān)測點(diǎn)和常山港監(jiān)測點(diǎn)在Ⅰ～Ⅱ類波動，信安湖監(jiān)測點(diǎn)在Ⅱ～Ⅲ類。從時間上看，5個監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)2017—2021年在波動中有所提升；從空間上看，源頭水質(zhì)好于其他江段水質(zhì)；遠(yuǎn)離人類聚集區(qū)的水域的水質(zhì)優(yōu)于人類聚集區(qū)的水質(zhì)。該結(jié)果與衢州市漁業(yè)水域水質(zhì)監(jiān)測通報一致，說明綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法能夠較好地評價河流水體水質(zhì)。

圖5 常山港監(jiān)測點(diǎn)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(Pi)Fig.5 The signle factor water quality identification index(Pi) in Port of Changshan monitoring point

圖6 信安湖監(jiān)測點(diǎn)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(Pi)Fig.6 The signle factor water quality identification index(Pi) in Xinan Lake monitoring point

表3 衢州漁業(yè)水域年均水質(zhì)評價結(jié)果Table 3 Results of annual average water quality assessment of fishery waters in Quzhou

3 結(jié)論

從單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)可知，氨氮是齊溪的高風(fēng)險指標(biāo)，總磷是高嶺、錢江源、常山港和信安湖的高風(fēng)險指標(biāo)。農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險長期存在[1]。

該研究應(yīng)用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法評價了衢江漁業(yè)水域的5個監(jiān)測點(diǎn)的水質(zhì)情況。衢江水質(zhì)滿足其種質(zhì)資源保護(hù)水域(齊溪、高嶺監(jiān)測點(diǎn))、產(chǎn)卵索餌場(錢江源、常山港)和增殖放流水域(信安湖)等不同漁業(yè)功能區(qū)的水質(zhì)要求，較20世紀(jì)有本質(zhì)提高[14]，無發(fā)黑發(fā)臭情況，證明在新一輪“五水共治”下，衢州地區(qū)的“海綿城市”建設(shè)卓有成效[15]。從時間上看，遠(yuǎn)離人類聚集區(qū)的監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)提升明顯；人類活動聚集區(qū)附近的監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)波動較大，總磷等富營養(yǎng)元素不定期超標(biāo)，尤其在錢江源受水流量的影響，在低流量時段超標(biāo)情況較為凸出。建議增加衢江位于江山港和龍游段水域水質(zhì)監(jiān)測，完善衢江全流域的水環(huán)境監(jiān)督和保護(hù)。