榕江流域水質(zhì)污染程度變化與趨勢(shì)分析

陳澤榕

（廣東省水文局汕頭水文分局，廣東 汕頭 515041）

引言

榕江流域是廣東省地面水系中的一個(gè)主要組成部分。近年來(lái)，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各種工業(yè)建筑物不斷拔高，工業(yè)企業(yè)不斷壯大，導(dǎo)致榕江流域的水環(huán)境污染問(wèn)題日益突出[1]。為解決此方面問(wèn)題，解決榕江流域水質(zhì)污染問(wèn)題，有關(guān)單位在開(kāi)展了大量研究后，提出了多種可用于防止水質(zhì)污染的技術(shù)與措施，盡管相關(guān)工作在實(shí)施中已經(jīng)取得了初步的成果，但由于榕江流域上游與農(nóng)戶排水相接，下游漲潮也會(huì)對(duì)流域水質(zhì)造成影響[2]。隨著近年來(lái)流域兩岸農(nóng)戶數(shù)量的增加，榕江流域水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，為解決此方面問(wèn)題，為水域污染治理等相關(guān)工作的規(guī)范化實(shí)施提供進(jìn)一步的指導(dǎo)與幫助，本文對(duì)榕江流域開(kāi)展水質(zhì)污染程度變化與污染趨勢(shì)進(jìn)行分析研究，旨在掌握該水域的水質(zhì)情況，優(yōu)化水域管理等相關(guān)工作。

1 實(shí)驗(yàn)與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象

以榕江流域現(xiàn)有8 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面（富口、河婆、東橋園、赤坎、南河大橋、李網(wǎng)渡口、楓江大橋、炮臺(tái)）為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象。8個(gè)監(jiān)測(cè)斷面布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 榕江流域監(jiān)測(cè)斷面示意圖

1.2 實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)據(jù)

收集榕江流域8個(gè)監(jiān)測(cè)斷面六價(jià)鉻、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、鐵、錳、銅、鋅、總磷等10 項(xiàng)指標(biāo)2012—2022 年的數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。榕江流域炮臺(tái)斷面2012—2022 年水質(zhì)污染年度監(jiān)測(cè)平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 榕江流域炮臺(tái)斷面10項(xiàng)指標(biāo)2012—2022年水質(zhì)污染年度監(jiān)測(cè)平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果 mg/L

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

為實(shí)現(xiàn)對(duì)榕江流域水質(zhì)污染程度的分析，引進(jìn)指數(shù)法，進(jìn)行該地區(qū)水質(zhì)污染程度指數(shù)的計(jì)算。為了能夠更加清晰、直觀對(duì)榕江流域水質(zhì)污染的變化情況予以評(píng)價(jià)，先利用單因子，進(jìn)行水質(zhì)污染指數(shù)的計(jì)算，計(jì)算公式為：

式中：Pi表示單因子污染物i對(duì)榕江流域水質(zhì)的污染指數(shù)；Ci表示榕江流域水質(zhì)中污染物i的實(shí)測(cè)濃度；Si表示榕江流域水質(zhì)中污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)計(jì)算得到的不同污染物對(duì)榕江流域水質(zhì)的污染指數(shù)，結(jié)合綜合污染指數(shù)計(jì)算法，計(jì)算水體中綜合污染物對(duì)水質(zhì)的污染情況，計(jì)算公式如下：

式中：Pw表示水體中綜合污染物對(duì)水質(zhì)的污染指數(shù)；Pi,max表示單因子污染物i對(duì)榕江流域水質(zhì)污染指數(shù)的最大值（Pi最大值）；Pˉi,max表示單因子污染物i對(duì)榕江流域水質(zhì)污染指數(shù)的平均值（Pi平均值）。

經(jīng)計(jì)算，得到監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)污染程度變化指數(shù)。根據(jù)綜合污染物對(duì)水質(zhì)的污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行水質(zhì)等級(jí)劃分。劃分標(biāo)準(zhǔn)與對(duì)應(yīng)的水質(zhì)等級(jí)如表2所示。

表2 水質(zhì)等級(jí)與劃分標(biāo)準(zhǔn)

按照下述公式，進(jìn)行榕江流域斷面水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)rs計(jì)算。

其中：

式中：rs表示榕江流域斷面水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)；n表示監(jiān)測(cè)周期；Z表示前一周期監(jiān)測(cè)結(jié)果與當(dāng)前周期監(jiān)測(cè)結(jié)果的差值；M表示在整個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)周期中，前一周期監(jiān)測(cè)結(jié)果（上一周期監(jiān)測(cè)的水質(zhì)因子平均值序列號(hào)）；Y表示在整個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)周期中當(dāng)前周期監(jiān)測(cè)結(jié)果（當(dāng)前周期監(jiān)測(cè)的水質(zhì)因子平均值序列號(hào)）。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果rs的絕對(duì)值，設(shè)定spearman 秩相關(guān)系數(shù)的臨界值，為滿足水質(zhì)污染分析需求，要求n應(yīng)不小于5，考慮到本次監(jiān)測(cè)周期n=11，則可以根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，對(duì)n在不同取值下的spearman 秩相關(guān)系數(shù)臨界值展開(kāi)分析見(jiàn)表3。

表3 spearman秩相關(guān)系數(shù)臨界值分析

完成spearman 秩相關(guān)系數(shù)臨界值的設(shè)定后，分析臨界值與rs的關(guān)系，當(dāng)rs＞臨界值時(shí)，說(shuō)明流域水質(zhì)污染指標(biāo)的變化趨勢(shì)具有分析或研究意義。在滿足上述條件下，當(dāng)rs＜0 時(shí)，說(shuō)明在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)根據(jù)樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的該流域水質(zhì)污染指標(biāo)變化呈現(xiàn)一定的下降趨勢(shì)，當(dāng)rs＞0 時(shí)，說(shuō)明在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)根據(jù)樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的該流域水質(zhì)污染指標(biāo)變化呈現(xiàn)一定的上升趨勢(shì)。反之，當(dāng)rs≤臨界值時(shí)，說(shuō)明流域水質(zhì)污染指標(biāo)的變化趨勢(shì)不具有分析或研究意義，無(wú)法將其作為評(píng)價(jià)水質(zhì)污染情況的關(guān)鍵依據(jù)。

2 水質(zhì)污染趨勢(shì)分析

2.1 水質(zhì)污染指標(biāo)年際變化過(guò)程線分析

根據(jù)水質(zhì)類別，繪制榕江流域監(jiān)測(cè)斷面2012—2022 年污染物指標(biāo)值濃度年際變化過(guò)程線。根據(jù)不同污染物指標(biāo)的濃度變化情況，選擇總磷和溶解氧污染物指標(biāo)，進(jìn)行榕江流域監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)變化趨勢(shì)的分析。榕江流域監(jiān)測(cè)斷面2012—2022 年總磷和溶解氧污染物指標(biāo)值濃度年際變化過(guò)程線見(jiàn)圖2，顯著分析見(jiàn)圖3。

圖2 榕江流域監(jiān)測(cè)斷面年際變化過(guò)程線

圖3 水質(zhì)污染指標(biāo)年際變化顯著分析

由圖2 和圖3 可知，榕江流域炮臺(tái)斷面獲取的水質(zhì)污染物中總磷在8 個(gè)斷面中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且呈現(xiàn)顯著性變化，而溶解氧濃度均在8 個(gè)斷面中基本呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，僅富口斷面的溶解氧濃度在2022 年較2020 年之前有所降低，但是該斷面的溶解氧隨之時(shí)間的變化也存在較大波動(dòng)，呈現(xiàn)了顯著性變化。在2022 年總磷濃度在0.12 mg/L 以下，8個(gè)斷面的總磷濃度均得到降低，而8個(gè)斷面在2022 年的溶解氧均達(dá)到了3.54 mg/L 以上，但是沿著榕江流向分析8 個(gè)斷面的溶解氧濃度可知，上游斷面的濃度較高，而下游的溶解氧濃度較低，說(shuō)明該地區(qū)有關(guān)部門對(duì)水環(huán)境污染治理等工作的實(shí)施已經(jīng)取得了初步的成效。同時(shí)，存在其他污染物濃度降低，溶解氧濃度增加的情況，這是因?yàn)樗h(huán)境治理措施中采用了生物技術(shù)和氧化劑等，而這些技術(shù)會(huì)降低其他污染物濃度，但是會(huì)增加含氧量，從而導(dǎo)致溶解氧濃度升高。

2.2 基于spearman秩相關(guān)系數(shù)法的水質(zhì)污染趨勢(shì)分析

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，引進(jìn)spearman 秩相關(guān)系數(shù)法，對(duì)榕江流域斷面進(jìn)行水質(zhì)污染趨勢(shì)的分析。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)榕江流域斷面10 項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果滿足水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)rs＞臨界值的分析標(biāo)準(zhǔn)。10項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖4，顯著分析見(jiàn)圖5。

圖4 10項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖5 10項(xiàng)指標(biāo)的水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)顯著分析

由圖4 可知，榕江流域8 個(gè)斷面的10 項(xiàng)指標(biāo)中除溶解氧外其余9 項(xiàng)指標(biāo)秩相關(guān)系數(shù)均為負(fù)值，東橋園斷面的總磷最低，達(dá)到了-4.2，而秩相關(guān)系數(shù)低于-4 還有東橋園斷面的五日生化需氧量，到達(dá)了-4.2，楓江大橋斷面的氨氮達(dá)到了-4.1；8個(gè)斷面的溶解氧秩相關(guān)系數(shù)高于0，為正值，說(shuō)明該流域的溶解氧濃度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，結(jié)合圖5 的數(shù)據(jù)說(shuō)明榕江流域8 個(gè)斷面的其他水質(zhì)污染物均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，并且下降趨勢(shì)較大，均達(dá)到了顯著變化。說(shuō)明當(dāng)?shù)卣块T實(shí)施水環(huán)境治理等工作取得了良好的效果，顯著改善了當(dāng)?shù)厮h(huán)境，降低了水質(zhì)污染。

3 討論

綜上，發(fā)現(xiàn)流域水質(zhì)已經(jīng)從2012年的重污染等級(jí)下降到輕污染等級(jí)，仍未達(dá)到清潔等級(jí)，因此需要在后續(xù)工作中進(jìn)行水質(zhì)的進(jìn)一步改善。大部分?jǐn)嗝嬷械目偭缀砍尸F(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，而溶解氧呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。由水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)可知，研究區(qū)域除溶解氧的水質(zhì)污染秩相關(guān)系數(shù)均為負(fù)值，說(shuō)明水質(zhì)污染物在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)變化呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，溶解氧的秩相關(guān)系數(shù)為正值，呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。說(shuō)明該地區(qū)有關(guān)部門對(duì)水環(huán)境污染治理等工作的實(shí)施已經(jīng)取得了初步的成效，但是在治理工作中采用含氧量較高的治理技術(shù)，降低其他污染物濃度的同時(shí)，在一定程度上增加了溶解氧的濃度?；诖?，建議加強(qiáng)污染源頭控制、推廣清潔能源、建立健全環(huán)境監(jiān)測(cè)體系、建立多元化的環(huán)境污染治理機(jī)制等[3-5]，通過(guò)該策略進(jìn)一步治理水環(huán)境污染，提高環(huán)境質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)榕江流域開(kāi)展水質(zhì)污染程度變化與污染趨勢(shì)進(jìn)行分析研究，結(jié)果表明：該流域現(xiàn)階段采取的污染治理方案在實(shí)際應(yīng)用中的效果良好，即經(jīng)過(guò)階段性的工作后，水質(zhì)各項(xiàng)污染指標(biāo)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明水質(zhì)正在逐步被改善。為進(jìn)一步深化此方面工作，可以在后續(xù)的工作中，加大對(duì)流域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，采用退牧還草的方式，增加流域生物多樣性，并控制流域中含有大量重金屬物質(zhì)廢水的排入，通過(guò)此種方式，持續(xù)改善流域水質(zhì)，保證水質(zhì)中各項(xiàng)生態(tài)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，為環(huán)境保護(hù)等相關(guān)工作的規(guī)范化實(shí)施提供進(jìn)一步保障。