南畹河迭撒國(guó)控?cái)嗝嫠|(zhì)污染狀況評(píng)價(jià)及污染特征分析

彭勝武

（德宏州生態(tài)環(huán)境局隴川分局，云南 德宏 678700）

引言

水環(huán)境是人類生存環(huán)境中極為重要的一環(huán)，水環(huán)境問(wèn)題已成為制約發(fā)展的突出問(wèn)題。隨著水污染日益加劇，對(duì)流域的水環(huán)境質(zhì)量做出科學(xué)、客觀的評(píng)價(jià)是社會(huì)發(fā)展的需要，也是人類身體健康的需要，更可以通過(guò)評(píng)價(jià)對(duì)某些關(guān)鍵的污染因子進(jìn)行防范和控制。目前，主要的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)法、灰色系統(tǒng)評(píng)價(jià)法、層次分析法、物元分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法等。

南宛河是隴川縣第一大河，是隴川縣的母親河，同時(shí)也是伊洛瓦底江的重要支流。南宛河發(fā)源于隴川縣護(hù)國(guó)鄉(xiāng)、清平鄉(xiāng)諸山溪流，進(jìn)入隴川壩即稱南宛河，沿國(guó)境線經(jīng)瑞麗壩西南55號(hào)界牌處匯入瑞麗江，后流入緬甸第一大河伊洛瓦底江。河長(zhǎng)65.7 Km，流域面積1 426.3 Km2。隨著近年來(lái)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展及人口的快速增長(zhǎng)，給南畹河水質(zhì)造成一定程度的污染，但目前鮮有對(duì)南畹河水質(zhì)狀況的研究。

本文選取南畹河迭撒斷面為研究對(duì)象，利用2013—2018年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并采用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法三種方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)；采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)發(fā)分析南畹河水質(zhì)的時(shí)間變化規(guī)律；另外，結(jié)合自然氣候因子，探討氣候?qū)λ|(zhì)的影響，以期為南宛河水質(zhì)保護(hù)與流域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 水樣采集與測(cè)定

水質(zhì)采樣點(diǎn)位于南畹河迭撒大橋，為國(guó)家重點(diǎn)監(jiān)控?cái)嗝?。采?013—2018年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每月采樣一次，對(duì)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）基本項(xiàng)目中除總氮外的23項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定[1]。水樣預(yù)處理及測(cè)定方法均采用相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

1.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

1.2.1 單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法先要確定該水體評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將各參數(shù)濃度與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相比，根據(jù)比值是否大于1來(lái)評(píng)價(jià)該水體是否達(dá)到了相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并判定評(píng)價(jià)指標(biāo)的水質(zhì)類別，以最差的水質(zhì)類別作為水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。該方法簡(jiǎn)單明了，可直接了解水質(zhì)狀況與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，是目前環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)劃分水質(zhì)類別的評(píng)價(jià)方法。

其計(jì)算公式如下：

式中Pi為污染指數(shù)；Ci為污染物實(shí)測(cè)值；Si為污染物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)水質(zhì)考核要求，本研究根據(jù)《德宏州三線一單文本》取《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)Pi≤1時(shí)，表明該項(xiàng)污染物沒(méi)有超標(biāo)，若Pi＞1時(shí)則表明該項(xiàng)污染物超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值。

1.2.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法是對(duì)各污污染指標(biāo)的相對(duì)污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出代表水體污染程度的數(shù)值，該方法用以確定污染程度和主要污染物，并對(duì)水污染狀況進(jìn)行綜合判斷。在一般情況下，綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法的應(yīng)用，是假設(shè)各參與評(píng)價(jià)因子對(duì)水質(zhì)的貢獻(xiàn)基本相同，采用各評(píng)價(jià)因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)加和的算術(shù)平均值進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)也反映了多個(gè)水質(zhì)參數(shù)與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)之間的綜合對(duì)應(yīng)關(guān)系[2]。

其計(jì)算公式為：

式中P為綜合污染指數(shù)；Pi為i污染物的污染指數(shù)；n為污染物的種類。水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是美國(guó)敘拉古大學(xué)內(nèi)梅羅（N.L.Nemerow）教授在其所著的《河流污染科學(xué)分析》一書中提出的一種水污染指數(shù)，是一種兼顧極值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)讓算的最常用的方法之一。

其計(jì)算公式如下：

其中，P2iave、P2imax分別為平均單項(xiàng)污染指數(shù)和最大單項(xiàng)污染指數(shù)。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.3 污染變化趨勢(shì)定量分析方法-秩相關(guān)系數(shù)法

衡量環(huán)境污染變化趨勢(shì)在統(tǒng)計(jì)上有無(wú)顯著性，最常用的是Daniel的趨勢(shì)檢驗(yàn)，使用spearman的秩相關(guān)系數(shù)。給出時(shí)間周期Y1…YN，和其相應(yīng)值X（即年均值C1…CN），從大到小排列好，統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)用的秩相關(guān)系數(shù)。

其計(jì)算公式如下：

式中di為變量Xi與Yi的差值；Xi為周期i到周期N按濃度值從小到大排列的序號(hào)；Yi為按時(shí)間排列的序號(hào)。將秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對(duì)值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表（詳見(jiàn)《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法》（試行））中的臨界值Wp進(jìn)行比較，當(dāng)rs＞W(wǎng)P則表明變化趨勢(shì)有顯著意義，rs＞W(wǎng)P則表明變化趨勢(shì)無(wú)顯著意義[3]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖形于SPSS17.0平臺(tái)下處理完成，2013—2018年降水?dāng)?shù)據(jù)由當(dāng)?shù)貧庀蟛块T提供。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)狀況及單因子指數(shù)分析

南畹河迭撒斷面主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表3（其余未列出指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家Ⅰ類水質(zhì)要求）。根據(jù)表3，6年指標(biāo)均值達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅱ類水質(zhì)要求，水質(zhì)總體達(dá)標(biāo)，單因子污染指數(shù)最高的為Tp（0.92）和BOD5（0.8）。分年度的話，2013、2014、2016、2017、2018五年水質(zhì)均達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)要求，2015年水質(zhì)為為Ⅲ類，水質(zhì)超標(biāo)，超標(biāo)因子為Tp，單因子污染指數(shù)P為1.1，超標(biāo)倍數(shù)為0.1，說(shuō)明南畹河迭撒斷面水質(zhì)總體達(dá)標(biāo)，但個(gè)別年份出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象；同時(shí)，對(duì)2013—2018年各年度各類水質(zhì)比列進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4。根據(jù)表4可知，南畹河迭撒斷面各月水質(zhì)在Ⅱ～Ⅳ之間，無(wú)Ⅴ類及以上水質(zhì)，但同時(shí)水質(zhì)超標(biāo)（Ⅲ類及以上）比例較高，超標(biāo)比例范圍為41.7%～75%。綜上，南畹河迭撒斷面水質(zhì)總體達(dá)標(biāo)，但個(gè)別年份平均水質(zhì)超標(biāo)，各年度中水質(zhì)超標(biāo)比例較高，應(yīng)引起足夠重視。

表3 南畹河迭撒斷面主要水質(zhì)指標(biāo)及單因子指數(shù)統(tǒng)計(jì)表（n=12）

表4 各類水質(zhì)比列統(tǒng)計(jì)表 單位：%

2.2 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

除將各年水溫、pH值、DO、糞大腸菌群、TN外的19項(xiàng)指標(biāo)帶入單因子污染指數(shù)計(jì)算公式計(jì)算得各項(xiàng)污染物的單因子污染指數(shù)外，再帶入綜合污染指數(shù)和內(nèi)梅羅污染指數(shù)公式計(jì)算得到相應(yīng)的指數(shù)，具體結(jié)果見(jiàn)表5。根據(jù)表5可知，6年平均濃度對(duì)應(yīng)綜合污染指數(shù)指數(shù)P=0.33，6年指數(shù)均在0.2～0.4之間，對(duì)應(yīng)水質(zhì)狀況為“較好”，表明南畹河迭撒斷面水質(zhì)檢出值在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，個(gè)別項(xiàng)目接近或超標(biāo)。6年平均濃度對(duì)應(yīng)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)PN=0.70，對(duì)應(yīng)污染登記為“清潔（安全）”，但接近臨界值。其中2015、2018年P(guān)N＞0.7，其余年份PN≤0.7。

表5 南畹河迭撒斷面水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果一覽表（2013—2017）

2.3 水質(zhì)的時(shí)間變化規(guī)律

將各年度綜合污染指數(shù)指數(shù)P和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)PN進(jìn)行Daniel趨勢(shì)檢驗(yàn)，綜合污染指數(shù)指數(shù)的spearman秩相關(guān)系數(shù)rs=-0.441（N=6），污染指數(shù)的spearman秩相關(guān)系數(shù)為rs=0.314（N=6），rs均小于0.829，說(shuō)明評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)綜合水質(zhì)較為平穩(wěn)。

2.4 污染狀況與降水相關(guān)性

選取COD、CODMn、BOD5、NH3-N、Tp、Cu、Zn7項(xiàng)指標(biāo)6年月均值分別與降水月均值進(jìn)行spearman相關(guān)性分析。結(jié)果表明，CODMn與降水在置信度為0.01時(shí)，相關(guān)性顯著（相關(guān)系數(shù)0.898，顯著水平0.000）；Tp、Cu、Zn與降水在置信度為0.05時(shí)，相關(guān)性顯著，相關(guān)系數(shù)分別為0.506（顯著水平0.047）、0.566（顯著水平0.027）、0.503（顯著水平0.048），表明了隨著雨季降水的增加，徑流增加了外源污染物的輸入。另外，COD、BOD5、NH3-N與降水的相關(guān)系數(shù)為0.382（顯著水平0.110）、0.292（顯著水平0.179）、0.196（顯著水平0.271），這3項(xiàng)指標(biāo)與降水在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上雖無(wú)顯著相關(guān)性，但仍表現(xiàn)出了明顯的雨季（4—9月）濃度比旱季（10—3月）高的特征，COD、BOD5、NH3-N雨季平均濃度與旱季的比值分別為1.44、1.18、1.13。南宛河流域主要季節(jié)性生產(chǎn)企業(yè)為制糖業(yè)，而制糖業(yè)生產(chǎn)周期集中在12月至次年4月份，生產(chǎn)時(shí)間集中在旱季，在此可以排除季節(jié)性生產(chǎn)企業(yè)污染物對(duì)雨季污染物濃度增加的影響，面源污染較工業(yè)污染嚴(yán)重。

3 結(jié)論

（1）南宛河迭撒斷面水質(zhì)總體良好，平均水平滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅱ類水質(zhì)要求，但個(gè)別年份水質(zhì)超標(biāo)；綜合水質(zhì)方面，個(gè)別項(xiàng)目接近或超標(biāo)；需提高對(duì)斷面水質(zhì)污染的重視。

（2）南宛河迭撒斷面2013—2018年間綜合水質(zhì)變化平穩(wěn)。

（3）降水對(duì)南宛河迭撒斷面水質(zhì)有顯著影響，CODMn、Tp、Cu、Zn與降水直接存在顯著的相關(guān)關(guān)系，COD、BOD5、NH3-N有明顯的雨季濃度高于旱季的特征，表明降水形成的入河徑流污染了水體，面源污染為主要污染源之一。