何虎軍，張柳青，黎云祥，3，權(quán)秋梅，3，楊 艷，3

(1.南充市環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 南充 637000;2.西華師范大學環(huán)境科學與工程學院，四川 南充 637000；3.西華師范大學環(huán)境科學研究所，四川 南充 637000)

1 前 言

嘉陵江是長江上游一條流域面積最大的支流，發(fā)源于陜西省鳳縣秦嶺代王山，向西南流經(jīng)陜西、甘肅、四川、重慶4個省，于重慶市匯入長江。流域面積近16萬km2，全長1 119km[1]。隨著人口的增長和發(fā)展需求的提高，嘉陵江流域環(huán)境不斷受到人類活動的影響，人口、經(jīng)濟和環(huán)境矛盾越來越突出，工業(yè)、農(nóng)業(yè)污染加重了嘉陵江流域的水環(huán)境負荷，如水土流失嚴重，重金屬污染、生活污水等[2]。水體中有機物含量過多，會大量消耗水中的氧氣，同時還會發(fā)酵，使細菌滋長，會對水源產(chǎn)生嚴重破壞[3]。

南充市地處四川省東北部、嘉陵江中游，是四川省第二人口大市。近年來，南充市的農(nóng)業(yè)、工業(yè)、旅游業(yè)等產(chǎn)業(yè)帶動經(jīng)濟快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化規(guī)模不斷擴大，市區(qū)人口增多，工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污染源直接或間接地導致部分流域水質(zhì)受到污染[4]。根據(jù)相關(guān)部門調(diào)查結(jié)果，2010～2015年期間南充市廢水排放總量呈上升的趨勢，增幅為19.41%，其中生活源和農(nóng)業(yè)源為南充段嘉陵江水質(zhì)污染的主要污染源[5]。而氨氮和高錳酸鹽指數(shù)是常見的水質(zhì)污染指標，反映了水體有機物污染狀況和水體的自凈能力[6]，通過對兩項指標的監(jiān)測分析有利于人類掌握水質(zhì)狀況，及時采取措施治理，保證人類健康[7-8]。因此，本研究以2011～2015年南充市嘉陵江干流三個主要斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地分析了氨氮和高錳酸鹽指數(shù)的分布特征及影響因素，不僅為環(huán)保部門制定預防、控制、解決嘉陵江南充段水質(zhì)污染的綜合治理措施和污水處理廠改進處理工藝提供參考依據(jù)，有利于保護南充飲用水源安全和市民健康，同時也為南充市經(jīng)濟可持續(xù)性發(fā)展提供良好的環(huán)境基礎(chǔ)。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

嘉陵江(介于北緯30°35′～31°51′、東徑105°27′～106°58′之間)流域范圍內(nèi)大部分地區(qū)屬于亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，雨水充沛。年降水主要集中在5～10月，其中7～9月降水量可占全年的50%以上[9-10]。嘉陵江是四川省南充市飲用水和生產(chǎn)的集中水源，也是川東北地區(qū)的重要河流[11]。它經(jīng)廣元市入川，在昭化區(qū)接納白龍江，南流至閬中市(南充市入境)，經(jīng)南充市嘉陵區(qū)流入廣安市烈面鎮(zhèn)(出境)[12-13]。水質(zhì)自動監(jiān)測站分布在嘉陵江南充入境(南充市閬中市沙溪鎮(zhèn))，沙溪水站; 嘉陵江南充市城市集中式飲用水源地(清泉寺大橋)，清泉寺水站; 嘉陵江南充市出境(廣安市武勝縣烈面鎮(zhèn))，烈面水站，見圖1。

圖1 嘉陵江南充段主要監(jiān)測站點分布Fig.1 Monitoring site of Jialing river Nanchong section

2.2 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

2.2.1 評價標準和方法

(1)嘉陵江南充段水環(huán)境功能區(qū)劃類別為Ⅲ類，其氨氮、高錳酸鹽指數(shù)評價執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)中Ш類水質(zhì)標準，其中氨氮限值為1mg/L，高錳酸鹽指數(shù)限值為6mg/L。

(2)單因子水質(zhì)標識指數(shù)(Pi)

由1位整數(shù)、小數(shù)點后2位或3位有效數(shù)字組成，可表示為[14-15]

Pi=X1.X2X3

X1表示第i項水質(zhì)指標的水質(zhì)類別，其數(shù)值越大，表示監(jiān)測指標的水質(zhì)污染越嚴重；X2表示監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間所處的位置，按四舍五入原則在0～9之間取值，值越大，表示在同一類別水質(zhì)中檢測指標的污染越嚴重；X3表示水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果。

2.2.2 統(tǒng)計方法

采用SPPS19.0軟件進行數(shù)據(jù)整理及Pearson相關(guān)性分析。采用Excel制作圖表。

3 結(jié) 果

3.1 DO和pH值的分布特征

表1可知，3個監(jiān)測站點的DO在2011～2015年期間的變化范圍分別在4.34～14.79，6.06～12.38，5.95～12.89mg/L之間，5年來3個監(jiān)測站點的DO無顯著差異(P>0.05)。3個監(jiān)測站點pH值的范圍在6.96～8.55，7.46～8.79和7.64～8.38之間，變化范圍較小，比較穩(wěn)定。沙溪站的pH與清泉寺站、烈面站存在顯著差異(P<0.05)，見表1。

表1 三個監(jiān)測站點5年的DO、pH變化情況Tab.1 Variation of DO and pH in three monitoring stations

注：同一水平相同字母表示在0.05水平差異不顯著

3.2 高錳酸鹽指數(shù)的分布特征

3.2.1 不同年份的變化情況

2011～2015年期間，沙溪、清泉寺和烈面3個監(jiān)測斷面的高錳酸鹽指數(shù)均在Ⅲ類水質(zhì)規(guī)定標準內(nèi)。沙溪站監(jiān)測斷面的高錳酸鹽指數(shù)先上升，到2015年呈下降的趨勢，控制斷面清泉寺站的高錳酸鹽指數(shù)5年來處于基本穩(wěn)定的態(tài)勢，但是在2012年其含量上升到最高(2.39mg/L)。5年來，烈面斷面的高錳酸鹽指數(shù)均高于其沙溪站和清泉寺站，總體呈抬升的趨勢，在2014年達到最高(2.92mg/L)，見圖2。

圖2 2011～2015年不同監(jiān)測斷面的高錳酸鹽指數(shù)變化情況Fig.2 Changes of permanganate index in different monitoring sections from 2011 to 2015

3.2.2 不同水期的變化情況

沙溪、清泉寺和烈面三個斷面的高錳酸鹽指數(shù)在5年內(nèi)各月份的變化趨勢大體上相同，豐水期(6～10月)、平水期(5月，11月)和枯水期(12～4月)的高錳酸鹽指數(shù)均在Ⅲ類水質(zhì)標準以下(見圖3)。豐水期烈面站高錳酸鹽指數(shù)均高于其他兩個斷面，3個斷面的高錳酸鹽指數(shù)在豐水期呈增長的規(guī)律，在平水期和枯水期比較穩(wěn)定，但高錳酸鹽指數(shù)都低于豐水期。沙溪斷面的高錳酸鹽指數(shù)在2011年和2012年的豐水期出現(xiàn)最高峰值，在2013年平水期(4月)出現(xiàn)最低峰值(0.80mg/L)，后兩年各月份變化平穩(wěn)。清泉寺斷面在每年豐水期(7月、9月)高錳酸鹽指數(shù)出現(xiàn)峰值，但峰高度逐漸減少，在2012年7月最高(5.10 mg/L)。烈面的高錳酸鹽指數(shù)在2015年的平水期(11月)出現(xiàn)了峰值，其余4年的豐水期出現(xiàn)峰值，2013年7月峰值最高(4.70 mg/L)，2014年各月份整體變化幅度不大，見圖4。

圖3 不同水期3個斷面的高錳酸鹽指數(shù)變化Fig.3 The variation of permanganate index in three sections at different water stages

圖4 不同月份3個斷面的高錳酸鹽指數(shù)變化Fig.4 The variation of permanganate index in three sections in different months

3.3 氨氮的分布特征

3.3.1 不同年份的變化情況

圖5顯示，同高錳酸鹽指數(shù)的整體情況相同，2011～2015年期間，沙溪、清泉寺和烈面3個監(jiān)測斷面的氨氮含量也都在Ⅲ類水質(zhì)規(guī)定標準內(nèi)。沙溪站監(jiān)測斷面的氨氮含量在2011～2014年以逐年上升的趨勢發(fā)展，但在2015年下降了約33%?？刂茢嗝媲迦抡镜陌钡暮吭谇叭瓯容^穩(wěn)定，且不同年份的變化不大，但在2014年有所下降，到2015年又抬升了24%。烈面出境斷面的氨氮變化趨勢同清泉寺斷面呈相同的變化趨勢，在2015年回升了12%。

圖5 2011～2015年不同監(jiān)測斷面的氨氮變化情況Fig.5 Changes of ammonia nitrogen in different monitoring sections from 2011 to 2015

3.3.2 不同水期的變化情況

不同水期中3個監(jiān)測站點的氨氮監(jiān)測含量均在Ⅲ類水質(zhì)標準以下。圖6表明了枯水期烈面站的氨氮含量和其余監(jiān)測站有顯著差異(P<0.01)。沙溪斷面和清泉寺斷面的氨氮含量變化規(guī)律基本相同，在枯水期下降，且均低于前兩個水期，但是烈面斷面的氨氮含量卻在枯水期最高，在豐水期最低。此外，烈面斷面的氨氮含量在豐水期和枯水期明顯高于沙溪和清泉寺斷面。沙溪、清泉寺和烈面3個斷面的氨氮含量在五年內(nèi)各月份的變化趨勢基本上相同。沙溪斷面的氨氮的變化較平穩(wěn)，基本都在豐水期出現(xiàn)峰值。清泉寺斷面氨氮的變化趨勢波動較大，不同水期均出現(xiàn)了峰值。烈面的氨氮在2012年、2013年和2015年的枯水期出現(xiàn)了峰值，2013年9月出現(xiàn)最低峰值(0.07mg/L)。見圖7。

圖6 不同水期3個斷面的氨氮變化Fig.6 Changes of ammonia nitrogen in three sections at different water stages

圖7 不同月份3個斷面的氨氮變化Fig.7 The change of ammonia nitrogen in three sections in different months

3.4 各理化因子間的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析表明：3個時期中高錳酸鹽指數(shù)僅與氨氮具有相關(guān)性，與DO和pH值無相關(guān)性(表2)。其中在豐水期和平水期，高錳酸鹽指數(shù)與氨氮成負顯著相關(guān)性；而在枯水期中高錳酸鹽指數(shù)與氨氮成正顯著相關(guān)性。氨氮在3個時期除了與高錳酸鹽指數(shù)具有相關(guān)性之外，還與DO具有相關(guān)性(表3)。在平水期，氨氮和DO顯著負相關(guān)性，在枯水期與DO顯著正相關(guān)性。

3.5 單因子水質(zhì)標識指數(shù)評價

對水質(zhì)中高錳酸鹽指數(shù)、氨氮含量進行了單因子標識指數(shù)評價(見表4)，結(jié)果顯示，除了沙溪站在2013～2015年中高錳酸鹽指數(shù)以及2011年氨氮在Ⅰ類水質(zhì)標準內(nèi)，其余監(jiān)測時間3個監(jiān)測站點的高錳酸鹽指數(shù)和氨氮均在Ⅱ類水質(zhì)標準內(nèi)。3個監(jiān)測站點在不同年份的標識指數(shù)中X2的值均在0～5范圍內(nèi)，且90%以上集中在0～2之間，即大部分時間氨氮、高錳酸鹽指數(shù)集中在其水質(zhì)標準區(qū)間中距標準下限值0～20%的位置。因此單因子標識指數(shù)評價結(jié)果更能夠進一步說明這五年間高錳酸鹽指數(shù)、氨氮污染較小，兩項指標的年均值符合相關(guān)標準要求，見表4。

表2 不同水期的高錳酸鹽指數(shù)與其他因子的Pearson相關(guān)系數(shù)Tab.2 Pearson correlation coefficient between permanganate index and other factors at different water stages

注：**表示在0. 01 水平( 雙側(cè)) 上顯著相關(guān)

表3 不同水期的氨氮與其他因子的Pearson相關(guān)系數(shù)Tab.3 Pearson correlation coefficient between ammonia nitrogen and other factors at different water stages

注：**表示在0. 01 水平( 雙側(cè)) 上顯著相關(guān)；*表示在0. 05 水平( 雙側(cè)) 上顯著相關(guān)

表4 高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的單因子水質(zhì)評價結(jié)果Tab.4 Results of permanganate index and ammonia nitrogen by single factor water quality evaluation

4 討 論

2011～2015年監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，高錳酸鹽指數(shù)在入境斷(沙溪站)逐年降低，控制斷面(清泉寺站)的高錳酸鹽指數(shù)略高于入境斷，而出境段(烈面站)卻逐年抬升并且高于控制斷面，這說明嘉陵江流入南充段之前有機污染物質(zhì)在逐漸的減少，而進入南充境內(nèi)只受到了輕微污染。但是在出境時可能又受到了人為或自然因素的影響導致高錳酸鹽指數(shù)升高，特是在2013～2015年間。氨氮含量在出境斷面均高于控制斷面，可能是還存在隱蔽性較高的污染源未被處理。除了2014年外，入境以后水質(zhì)受到污染，出境斷面的氨氮略高于入境斷面。監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)顯示兩項指標達到Ⅲ級標準，但是根據(jù)“十三五”規(guī)劃綱要顯示，南充“十二五”期間氨氮、化學需氧量總量減少量均未達到國省下達的目標，且在前四年內(nèi)分別累計增長了5.95%和6.87%，因此，有機污染物質(zhì)和氨氮的控制還需要加強[16]。

豐水期高錳酸鹽指數(shù)明顯高于枯水期和平水期，特別是烈面監(jiān)測站，達到2.91mg/L，這可能與夏季溫度較高，水中微生物生長繁殖活動增強有關(guān)。也可能是由于豐水期水量增大，工農(nóng)業(yè)、生活用水增多，各支流污染源廢水排放量增加，被污染的支流大量匯入導致豐水期高錳酸鹽指數(shù)上升[17]。沙溪站和清泉寺站的氨氮含量在豐水期較高，在平水期和枯水期呈下降規(guī)律，也可能是平水期和枯水期溫度較低，溶解氧增加，促進對有機物質(zhì)的分解[18]。而烈面站的氨氮含量在枯水期增高，這可能是由于在出境前水質(zhì)受到潛在污染源的污染和水中腐殖物質(zhì)的增加，加上枯水期水量少，江流的稀釋功能下降，所以氨氮含量升高[19]。枯水期高錳酸鹽指數(shù)和氨氮的變化受相同環(huán)境因子的影響，其污染來源有同源性，溶解氧和pH值的變化對高錳酸鹽指數(shù)影響不大。豐水期、平水期的高錳酸鹽指數(shù)和氨氮還受到環(huán)境因子的影響不同，導致其變化規(guī)律相反，這與南充市的土地利用情況有很大的關(guān)系[20]。根據(jù)四川省南充市土地利用總體規(guī)劃(2006～2020年)，南充市土地主要被用于農(nóng)用、建設(shè)用地和其他用地(包括水域、自然保護)，其中農(nóng)用地面積104.099 8萬公頃，占總面積的83.41%。建設(shè)用地占到總面積的11.79%，其他用地僅占總面積的4.80%[21]。大面積的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，如施用化肥、畜禽養(yǎng)殖等，產(chǎn)生大量的有機物質(zhì)，包括含氮有機物，未被處理就隨地表徑流直接進入嘉陵江各支流或主流，增加了水中有機污染物和氨氮的含量。豐水期和平水期氨氮、高錳酸鹽指數(shù)兩個監(jiān)測指標呈負相關(guān)，說明環(huán)境條件的改變對兩者產(chǎn)生了相反的影響。這可能與豐水期江流中微生物生長繁殖加快，進而分解氨氮有關(guān)，以及人類活動的影響[22]。溶解氧對氨氮含量的影響在平水期和枯水期較大，枯水期溫度低，溶解氧較高，但是微生物活動能力降低了，對氨氮的分解能力變?nèi)鮗23]。

3個監(jiān)測斷面的水質(zhì)標識指數(shù)均小于3，高錳酸鹽指數(shù)和氨氮指標均達到了Ⅱ類水質(zhì)要求。不同年份三個監(jiān)測斷面的兩項指標在Ⅱ類水質(zhì)標準區(qū)間的變化幅度均在距離標準值下限20%～30%之間的位置，變化比較穩(wěn)定。南充“十三五”規(guī)劃綱要提出了生態(tài)環(huán)境保護方面要減少主要污染物排放總量，例如化學需用量、氨氮等，必須完成國省下達的目標任務(wù)。但2013年以來，南充市環(huán)保投入額雖有所增加，但與GDP增幅相比仍顯不足，9個縣(市、區(qū))中，除順慶區(qū)、蓬安縣有所增長外，其余均下降，因此在環(huán)境方面的投入沒有達到要求。此外，南充市政府下達2016年水質(zhì)斷面達標率應(yīng)該為80%，而實際只做到了60%的達標率，與距離“十三五”規(guī)劃要求還存在差距[24]。根據(jù)目前的情況，一是南充市必須加速產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，在監(jiān)控和處理不合法、無環(huán)評、不環(huán)保的產(chǎn)業(yè)上態(tài)度強硬，不能拖延強化工業(yè)園區(qū)以及造紙、印染、化工、食品藥品、規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖、屠宰等行業(yè)污染治理和清潔化生產(chǎn)，減少化學需氧量和氨氮排放總量，嚴格入江(河、湖)排污管理。二是提高環(huán)保投入，處理對主城區(qū)的排污系統(tǒng)的合理升級，還要在鄉(xiāng)鎮(zhèn)大力建設(shè)污水處理、廢棄物收集系統(tǒng)，提高生活污水和農(nóng)業(yè)污水的收集、處理技術(shù)，嚴厲打擊私排、亂排的違法行為[25-26]。此外，合理構(gòu)建流域生態(tài)保護區(qū)，提高水源質(zhì)量，打造綠色生態(tài)走廊和生態(tài)屏障。三是做好環(huán)保宣傳和環(huán)保教育工作，提升廣大市民自覺保護環(huán)境的素質(zhì)，調(diào)動積極性，充分發(fā)揮其監(jiān)督作用，推進“十三五”的工作進程。

5 結(jié) 論

5.1 2011～2015年期間，嘉陵江(南充段)的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮年均值達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》GB3838-2002規(guī)定的Ⅲ類水質(zhì)標準。兩項指標年均值變化幅度變化趨勢穩(wěn)定，沒有水質(zhì)惡化的發(fā)展趨勢。

5.2 高錳酸鹽指數(shù)和氨氮含量在每年的夏季(豐水期)均會出現(xiàn)高峰值，且高于其他兩個水期，而平水期受到影響較小，因此需要加強在豐水期對污染源的治理及排放管理。

5.3 環(huán)境條件的改變對豐水期的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮產(chǎn)生了不同的影響，且兩者呈相反方向變化，而枯水期的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮受到環(huán)境因子的影響相同，其污染源有重疊。南充市農(nóng)業(yè)的發(fā)展主要貢獻了嘉陵江氨氮、高錳酸鹽指數(shù)。

5.4 “十二五”期間對主要污染物質(zhì)氨氮、化學需氧量總量的控制沒有完全達到規(guī)劃要求，在“十三五”規(guī)劃期間仍需要加強對南充段嘉陵江流域水質(zhì)的監(jiān)控，從污染源頭控制氨氮和化學需氧量的排放總量。