壅水壩建設(shè)前后桂林漓江市區(qū)段水質(zhì)變化分析

摘 要：為分析壅水壩建設(shè)對漓江水質(zhì)的影響，利用漓江 2015—2022年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，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，對桂林市城北水廠、東鎮(zhèn)水廠、東江水廠、瓦窯水廠及磨盤山斷面水質(zhì)變化趨勢進行分析評價。結(jié)果表明，壅水壩建設(shè)前城北水廠、東鎮(zhèn)水廠、東江水廠斷面水質(zhì)類別維持在Ⅰ～Ⅱ類，瓦窯水廠及磨盤山斷面水質(zhì)類別維持在Ⅱ～Ⅲ類，壅水壩建設(shè)后，5個監(jiān)測斷面水質(zhì)類別均維持在Ⅰ～Ⅱ類，影響水質(zhì)的主要因子為溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、總磷。壅水壩建成壅水后，瓦窯水廠、磨盤山水質(zhì)改善較為顯著，其他3個水廠水質(zhì)變化不明顯；2023年1—12月，5個監(jiān)測斷面水質(zhì)均處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，未出現(xiàn)富營養(yǎng)化。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境質(zhì)量；變化趨勢；漓江；桂林市區(qū)

中圖分類號：X824 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-9655（2024）05-00-05

0 引言

漓江是桂林山水的靈魂，近年來由于水量分配不均，蓄水調(diào)節(jié)工程不足，汛期大范圍的持續(xù)暴雨，導(dǎo)致漓江洪水暴起暴落；而枯水期，漓江水量急劇下降、部分河床裸露，生活飲用水的供給受到影響、旅游船只無法正常通航、水質(zhì)受到不同程度的污染、水生態(tài)環(huán)境日益惡化。早在1988年，桂林市政府就在漓江市區(qū)段下游建設(shè)壅水壩，提高漓江水位、改善水質(zhì)的計劃；2016年10月，壅水壩建設(shè)工程再次開工，2018年底建成并進行壅水。

現(xiàn)利用2015—2023年的漓江水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析壅水壩建設(shè)前、后桂林漓江市區(qū)段水質(zhì)變化情況，為保護桂林飲用水源、改善漓江水環(huán)境質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

漓江市區(qū)段全長36.5 km，壅水壩建于桂林市七星區(qū)穿山鄉(xiāng)吳家里村，壅水壩上游河段 17.5 km，有桃花江、小東江、南溪河三條主要支流匯入，壅水壩往上依次為瓦窯水廠水源地、東江水廠水源地、東鎮(zhèn)水廠水源地、城北水廠水源地；壅水壩下游河段19 km，有相思江、南灣河、黃沙河等農(nóng)灌渠匯入，磨盤山位于下游段的末端。

1.2 研究方法

1.2.1 監(jiān)測點位概況

在研究區(qū)域內(nèi)布設(shè) 5個監(jiān)測斷面，見圖1，分別為壅水壩上游的4個飲用水水源地（以下稱水廠），以及壅水壩下游的磨盤山，每個斷面在左、中、右各布設(shè) 1個監(jiān)測點位。

1.2.2 監(jiān)測頻次和監(jiān)測因子

每月上旬對5個監(jiān)測斷面15個監(jiān)測點監(jiān)測一次，監(jiān)測因子按照《GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[1]表 1、表 2要求共計29項。

1.3 數(shù)據(jù)來源

廣西壯族自治區(qū)桂林生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心2015—2022年的漓江例行監(jiān)測數(shù)據(jù)，從 2023年1—12月，每月上旬例行監(jiān)測的同時，同步進行葉綠素a和透明度監(jiān)測。

1.4 評價方法

以單因子指數(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)法進行評價。

1.4.1 單因子評價法

根據(jù)2015—2022年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，按照《GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值進行污染分擔(dān)率計算，以分擔(dān)率較高的水質(zhì)因子進行評價，對水溫、總氮、糞大腸菌群不作評價。

以每一個因子的濃度值與地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值相除，得到該項因子的水質(zhì)指數(shù)，計算見公式（1）；DO因子的水質(zhì)指數(shù)計算公式見（2）；當(dāng)水質(zhì)pH測定值＜7時，pH因子的水質(zhì)指數(shù)由公式（3）計算得到，當(dāng)水質(zhì)pH測定值＞7時，pH因子的水質(zhì)指數(shù)采用公式（4）計算。

（1）

式中：WQI（i）—第i個因子水質(zhì)指數(shù)；C（i）—第i個因子的質(zhì)量濃度，mg/L；CS（i）—第i個因子對應(yīng)《GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L。

（2）

式中：WQI（DO）—溶解氧因子的水質(zhì)指數(shù)；C（DO）—溶解氧因子的質(zhì)量濃度，mg/L；CS（DO）—溶解氧因子的《GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L。

（3）

（4）

式中：WQI（pH）—pH因子水質(zhì)指數(shù)；C（pH）—水質(zhì)pH因子測定值；C（pHsd）—《GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的pH因子下限值；C（pHsu）—《GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的pH因子上限值。

將各因子的水質(zhì)指數(shù)相加得到水質(zhì)指數(shù)，計算公式見（5）。

（5）

式中：WQI（∑）—水質(zhì)指數(shù)；WQI（i）—第i個因子的水質(zhì)指數(shù)； n—參與評價的因子個數(shù)。

用參與評價的第i個因子的水質(zhì)指數(shù)WQI（i）除以水質(zhì)指數(shù)WQI（∑），得到各因子的污染分擔(dān)率，計算公式見（6）。

（6）

式中：P（i）—第i個因子污染分擔(dān)率。

1.4.2 綜合污染指數(shù)評價法

將pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、硫化物、陰離子表面活性劑、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、鐵、錳共26個因子，以公式（7）計算得到綜合污染指數(shù)Q，Q值越小說明水體質(zhì)量越好[6]。

（7）

式中：Q—綜合污染物指數(shù)；WQI（i）—第i個因子水質(zhì)指數(shù)；n—參與評價的因子個數(shù)。

1.4.3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價法

按照地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法[2]，參照湖泊（水庫）富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)，以葉綠素a、總氮、總磷、透明度、高錳酸鹽指數(shù)5個因子，依據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法（二）的計算公式和評價方法，計算各監(jiān)測斷面的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，評價5個監(jiān)測斷面的營養(yǎng)狀態(tài)。

2 結(jié)果與評價

2.1 壅水壩建設(shè)前后漓江水文分析

桂林地處喀斯特地區(qū)，漓江又屬山區(qū)雨源性河流，降水和徑流時空分布極不均勻，每年3—8月為豐水期，徑流量占比全年總量的80%，其中5—6月持續(xù)降雨，占比全年總量的40%，9月—次年2月為枯水期，徑流量僅占全年總量的20%[3]。

壅水壩建設(shè)前4年，評價區(qū)域水流量年均為408.9 m3，在每年的枯水期，象鼻山一帶河床沙灘裸露，有的斷面行人可以橫穿河床，游船無法通航；壅水壩建設(shè)后的4年，水流量年均為431.6 m3，水流量和水通量變化不大，但象鼻山一帶水位抬升了1～5 m，全年可順暢通航。

2.2 單因子評價結(jié)果

2015—2022年桂林漓江市區(qū)段水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，近8年無超標(biāo)因子。壅水壩建設(shè)前，溶解氧、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)是上游污染分擔(dān)率排名前三位的因子，其中溶解氧的分擔(dān)率最大，占比17.8%，下游污染分擔(dān)率排名前三位的因子為溶解氧、生化需氧量、總磷，其中溶解氧的分擔(dān)率最大，占比20.7%；壅水壩建成壅水后，上游污染分擔(dān)率排名前三位的因子仍為溶解氧、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)，溶解氧的分擔(dān)率最大，占比19.0%，下游污染分擔(dān)率排名前三位的因子變化為溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷，溶解氧的分擔(dān)率最大，占比22.0%。表1是影響水質(zhì)類的主要因子污染分擔(dān)率，由表1可見，壅水壩建設(shè)前、后，溶解氧的污染分擔(dān)率占比均最大，壅水壩建設(shè)后，上游溶解氧、氨氮、總磷3個因子的污染分擔(dān)率略有升高，其余因子均有所下降，下游溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷3個因子的污染分擔(dān)率略有升高，其余因子均有所下降。

2015—2022 年各監(jiān)測斷面水質(zhì)類別比例見圖2，城北水廠、東鎮(zhèn)水廠、東江水廠水質(zhì)均保持在Ⅰ～Ⅱ類，而瓦窯水廠、磨盤山水質(zhì)則維持在Ⅱ～Ⅲ類。評價期內(nèi)磨盤山水質(zhì)連續(xù)7年出現(xiàn)Ⅲ類水質(zhì)的月份，2018年Ⅲ類水質(zhì)的月份占比50%，水質(zhì)最差，影響水質(zhì)的主要因子是溶解氧、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總磷，2022年水質(zhì)最好，全年達到Ⅱ類；其次是瓦窯水廠，評價期內(nèi)有4年水質(zhì)出現(xiàn)Ⅲ類的月份，2018年Ⅲ類水質(zhì)的月份占比40%。壅水壩建成壅水后，磨盤山和瓦窯水廠出現(xiàn)Ⅲ類水質(zhì)的月份逐漸減少，2022年評價區(qū)域內(nèi)全部監(jiān)測斷面達到Ⅰ～Ⅱ類水質(zhì)。

2.3 綜合污染指數(shù)評價結(jié)果

2015—2022年城北水廠綜合污染指數(shù)為0.086～0.129，東鎮(zhèn)水廠綜合污染指數(shù)為0.080～0.133，東江水廠綜合污染指數(shù)為0.085～0.138，瓦窯水廠綜合污染指數(shù)為0.106～0.164，磨盤山綜合污染指數(shù)為0.112～0.215。圖3為各監(jiān)測斷面綜合污染指數(shù)年變化趨勢圖，由圖可見，2015年5個監(jiān)測斷面的水質(zhì)綜合污染指數(shù)均較高，水質(zhì)較差，政府通過污水管網(wǎng)的完善和建設(shè)、入河排污口管理、集中式飲用水源地的保護、蓄水調(diào)節(jié)等工作，綜合污染指數(shù)呈下降趨勢。

2017—2018年處于壅水壩建設(shè)期，受清淤、筑壩、河道疏浚、截水等工程的影響，瓦窯水廠水質(zhì)綜合污染指數(shù)有所上升，而磨盤山位于壅水壩下游，筑壩、截水等工程導(dǎo)致漓江主干流的水流量大幅減少，磨盤山河段水量主要依靠相思江、南灣河、黃沙河等農(nóng)灌渠的補給，水中溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷等污染因子的濃度均出現(xiàn)不同程度增大，導(dǎo)致磨盤山水質(zhì)綜合污染指數(shù)大幅升高。壅水壩建成開始壅水后，瓦窯水廠和磨盤山 2018—2020年水質(zhì)綜合污染指數(shù)快速下降，以后趨于穩(wěn)定，其他3個水廠2016—2022 年水質(zhì)綜合污染指數(shù)總體穩(wěn)定，變化不明顯。

為定量分析 5個監(jiān)測斷面的水質(zhì)變化趨勢，以置信度 95%的 Wp = 0.643 為判斷標(biāo)準(zhǔn)，對5個監(jiān)測斷面的水質(zhì)變化趨勢做秩次相關(guān)檢驗，結(jié)果表明，5個監(jiān)測斷面在評價時段內(nèi)的秩相關(guān)系數(shù)均為負值，水質(zhì)均呈好轉(zhuǎn)趨勢；其中城北水廠、東鎮(zhèn)水廠、東江水廠的秩相關(guān)系數(shù)絕對值分別為0.46、0.27、0.55，水質(zhì)變化平穩(wěn)，改善不顯著，而東江水廠、磨盤山的秩相關(guān)系數(shù)絕對值分別為0.86、0.77，水質(zhì)改善較為顯著。

2.4 綜合營養(yǎng)指數(shù)評價結(jié)果

2023年1—12月，城北水廠的年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為9，東鎮(zhèn)水廠的年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為10，東江水廠年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為11，瓦窯水廠年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為22，磨盤山年均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)為25，均處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，未出現(xiàn)富營養(yǎng)狀態(tài)，水質(zhì)優(yōu)劣排序依次為城北水廠、東鎮(zhèn)水廠、東江水廠、瓦窯水廠、磨盤山。

壅水壩建成壅水后，漓江市區(qū)段特別是瓦窯水廠水源地一帶，水位抬升、水流減緩、流動性差、底泥淤積發(fā)酵，可能導(dǎo)致河水自凈能力降低，造成水質(zhì)惡化、甚至富營養(yǎng)化問題，對瓦窯水廠綜合營養(yǎng)狀態(tài)進行月變化趨勢分析。圖4為2023年1—12月瓦窯水廠的綜合營養(yǎng)指數(shù)月變化趨勢圖。

由圖4可見，瓦窯水廠全年的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在16～27，均處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，3—5月的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)在 25～27，高于其他月份，主要是由于桂林市的 3—5月處于梅雨季，降雨將空氣中吸附有毒有害物質(zhì)的懸浮顆粒物沉降到地面，雨水形成的地表徑流又將沉降物及地面沉積物沖刷匯集進入水體，最終匯入漓江，使得漓江中的污染物濃度升高。而瓦窯水廠處于壅水壩上游、與壅水壩僅有500 m的距離，壅水壩壅水后，瓦窯水廠水源地一帶水位抬升、流速減緩，有利于氮、磷等元素的積累，為藻類及其他浮游生物的生長和繁殖提供了營養(yǎng)元素，大量藻類和浮游生物的生長和繁殖，消耗水中的氧和產(chǎn)生葉綠素，同時降雨又增大水體渾濁度，致使透明度降低，影響水中植物的光合作用，造成水中溶解氧減少，最終導(dǎo)致綜合營養(yǎng)指數(shù)升高，與王軍敏等[4]調(diào)查的古泊善后河水質(zhì)污染特征、周舒宇等[5]分析的南京市梅雨期雨水水質(zhì)特性相似。

3 結(jié)論

（1）壅水壩建設(shè)前，城北水廠、東鎮(zhèn)水廠、東江水廠水質(zhì)保持在Ⅰ～Ⅱ類，瓦窯水廠、磨盤山水質(zhì)維持在Ⅱ～Ⅲ類；壅水壩建成壅水后，評價區(qū)域內(nèi)5個監(jiān)測斷面水質(zhì)年均值達到Ⅰ～Ⅱ類；壅水壩上游影響水質(zhì)的主要因子是溶解氧、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)，壅水壩下游影響水質(zhì)的主要因子與上游相比，增加了總磷因子。

（2）2015 年5個監(jiān)測斷面的水質(zhì)綜合污染指數(shù)較高，水質(zhì)較差；受壅水壩建設(shè)施工的影響， 2017—2018 年瓦窯水廠水質(zhì)綜合污染指數(shù)有所上升，磨盤山水質(zhì)綜合污染指數(shù)大幅上升；壅水壩建成壅水后，瓦窯水廠和磨盤山 2018—2020 年水質(zhì)綜合污染指數(shù)快速下降，以后趨于穩(wěn)定，其他3個水廠 2016—2022 年綜合污染指數(shù)總體穩(wěn)定，變化不大。

（3）評價期內(nèi)，除瓦窯水廠和磨盤山斷面受壅水壩施工期的影響外，5個監(jiān)測斷面水質(zhì)呈好轉(zhuǎn)趨勢。城北水廠、東鎮(zhèn)水廠、東江水廠水質(zhì)改善不明顯，瓦窯水廠和磨盤山水質(zhì)改善較為顯著。

（4）2023年1—12月，5個監(jiān)測斷面均處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，未出現(xiàn)富營養(yǎng)化，水質(zhì)優(yōu)劣排序依次為城北水廠、東鎮(zhèn)水廠、東江水廠 、瓦窯水廠、 磨盤山。

參考文獻：

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[5] 周舒宇，駱輝，趙塵，等.南京市梅雨期雨水水質(zhì)特性分析[J].森林工程，2027，33（2）：60-63.

Analysis of Water Quality Changes of the Urban Section in Lijiang River before and after a Dam Construction

LIU Bing-tao1， SONG Xiao-wei2， LIU San-zhang3， YIN Yuan-yuan 3， GAO Xue4， ZHOU Yu-ling1， FENG Hai-tao5

（1.Guangxi Haocheng Environmental Protection Technology Co. Ltd.，Guilin Guangxi 541002， China）

Abstract： The monitoring data of Lijiang River from 2015 to 2022 were used to analyze the water quality of the urban section of the river adopting the evaluation method of single factor index， comprehensive pollution index evaluation method， and comprehensive nutritional status index method before and after the dam was constructed. The water qualities of Dongzhen waterworks， Dongjiang waterworks， Wayao waterworks， Mopanshan were examined. The results indicated that the water quality of the Chengbei waterworks， Dongzhen waterworks， Dongjiang waterworks were maintained at class Ⅰ～Ⅱ before the construction of the dam. The water quality of Wayao Water Works and Mopanshan section is maintained at class Ⅱ-Ⅲ as well. After the dam was built， the water quality of the 5 monitoring sections was maintained at class Ⅰ～Ⅱ. The main factors affecting water quality is dissolved oxygen， permanganate index， five-day biochemical oxygen， and total phosphorus. After the dam was built for backwater， the water quality of Wayao water plant and Mopanshan was improved significantly. However， the water quality of the other three waterworks did not change significantly. During January of 2023 to December of 2023， the water quality of 5 monitoring sections was in the state of poor nutrition. No eutrophication was observed.

Key words： water environmental quality; changing trends; Lijiang River; urban Guilin

作者簡介：劉炳濤（1993-），男，廣西桂林人，工程師，學(xué)士，主要從事環(huán)境影響評價、環(huán)境質(zhì)量評價、環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境咨詢。

通信作者：宋曉薇（1988-），女，廣西南寧人，高級工程師，碩士，從事水生態(tài)環(huán)境保護研究。