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        東平湖區(qū)上游河段水質(zhì)評(píng)價(jià)與影響因素研究

        2020-12-22 07:45:10郭瑩瑩劉曉瓊
        山東水利 2020年11期
        關(guān)鍵詞:大汶河東平湖需氧量

        郭瑩瑩,劉曉瓊,馬 睿

        (1.泰安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站,山東 泰安 271000;2.岱岳區(qū)勝利水庫管理中心,山東 泰安 271000)

        本研究在對(duì)東平湖區(qū)上游水質(zhì)現(xiàn)狀和變化特征分析的基礎(chǔ)上,研究水質(zhì)變化程度與社會(huì)經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系,為大汶河流域水污染治理和生態(tài)環(huán)境改善提供參考。

        1 研究區(qū)概況

        大汶河主流發(fā)源地位于淄博市沂源縣山南麓的沙崖子村,由東向西流經(jīng)萊蕪、泰安、濟(jì)寧,在泰安市境內(nèi)河段長144.53 km,流域面積6 457.2 km2,占全市面積的83.2%,在東平縣馬口注入東平湖。東平湖區(qū)上游河段研究范圍為泰山區(qū)、岱岳區(qū)、新泰市、肥城市、寧陽縣5 個(gè)縣(市、區(qū)),多年平均天然年徑流量為9.72 億m3,相應(yīng)年徑流深為171.9 mm,年均降水量697 mm,汛期為 4~9 月份。

        2 研究方法

        采用地圖疊加法、模糊數(shù)學(xué)法相結(jié)合,依據(jù)大汶河水文站點(diǎn)監(jiān)測斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù),進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)價(jià),通過主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析法研究影響因子的貢獻(xiàn)率和關(guān)聯(lián)度分析,并運(yùn)用GM(1,1)模型,進(jìn)行東平湖區(qū)上游河段未來 5 年水質(zhì)指標(biāo)預(yù)測。

        3 數(shù)據(jù)來源

        本研究水質(zhì)數(shù)據(jù)選取大汶口水文站、戴村壩水文站2008 年1 月至2017 年12 月監(jiān)測斷面數(shù)據(jù),由泰安市水文局提供,監(jiān)測和試驗(yàn)均符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002),人口和GDP 等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于山東省統(tǒng)計(jì)年鑒和泰安統(tǒng)計(jì)年鑒等。

        4 結(jié)果與分析

        4.1 水質(zhì)分析

        為保證水質(zhì)數(shù)據(jù)的完整性和一致性,選取氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)、化學(xué)需氧量(COD)4 項(xiàng)常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)評(píng)價(jià)為基礎(chǔ),采用地圖重疊法和模糊數(shù)學(xué)法進(jìn)行水質(zhì)綜合分析。

        地圖重疊法取單項(xiàng)值的最大類別為總評(píng)級(jí),按照枯水期、豐水期進(jìn)行評(píng)價(jià)。模糊數(shù)學(xué)法綜合考慮水質(zhì)級(jí)別界限的模糊性,考慮水質(zhì)參數(shù)對(duì)污染作用的差異,運(yùn)用隸屬函數(shù)對(duì)單項(xiàng)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),根據(jù)水質(zhì)參數(shù)權(quán)重,運(yùn)用模糊矩陣進(jìn)行復(fù)合計(jì)算,對(duì)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià),結(jié)果如表1。

        通過地圖重疊法和模糊數(shù)學(xué)法綜合分析,東平湖區(qū)上游河段水質(zhì)發(fā)生較為顯著的變化。年際變化方面,2008—2014 年,水質(zhì)有了較為顯著的提升,這與大汶河綜合開發(fā)項(xiàng)目河道疏浚、攔蓄工程、人工濕地建設(shè)等治理措施的開展有關(guān),使面源污染得到有效控制,在涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)方面效果顯著;年內(nèi)變化方面,2008 年和2014 年大汶口站、戴村壩站枯水期水質(zhì)較豐水期較差,這與枯水期工業(yè)污廢水產(chǎn)出排放有關(guān),豐水期由于降水增多,河水得到稀釋,水質(zhì)評(píng)價(jià)較好。

        表1 水質(zhì)綜合分析結(jié)果

        4.2 影響因素分析

        1)主要影響因子主成分分析。研究選取總?cè)丝凇⑷司鵊DP、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)村人口、播種面積、農(nóng)藥使用量、化肥使用量、地膜使用量、大牲畜存欄量等相關(guān)影響因子與水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,應(yīng)用SPSS 23.0,對(duì)樣本先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化再進(jìn)行分析計(jì)算,綜合得出相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值、主成分貢獻(xiàn)率與累積貢獻(xiàn)率表,如圖1。

        圖1 各因子對(duì)主成分貢獻(xiàn)率分布圖

        結(jié)果表明,11 個(gè)影響因子之間存在較高的相關(guān)性,可以進(jìn)行主成分分析,各因子對(duì)主成分貢獻(xiàn)率分布圖見圖1。第一主成分(總?cè)丝?、人均GDP、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值)貢獻(xiàn)率達(dá)65.4%,是主控因子,與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有關(guān),是水質(zhì)變化的主要驅(qū)動(dòng)力;第二主成分(農(nóng)村人口、播種面積、化肥使用量、農(nóng)藥使用量、地膜使用量、大牲畜存欄量)貢獻(xiàn)率達(dá)34.4%,與農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)面源污染有關(guān)。

        2)水質(zhì)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)分析。采用灰色關(guān)聯(lián)分析,通過數(shù)據(jù)的無量綱化轉(zhuǎn)換,計(jì)算得出2008—2017 年間研究區(qū)內(nèi)水質(zhì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度,如表2。

        表2 東平湖區(qū)上游河段水質(zhì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度

        根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度等級(jí),化學(xué)需氧量和總?cè)丝?、第一產(chǎn)業(yè);五日生化需氧量和總?cè)丝跒橹械汝P(guān)聯(lián)度,其他水質(zhì)指標(biāo)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)呈低度關(guān)聯(lián)。

        4.3 未來5 年水質(zhì)灰色預(yù)測模型

        運(yùn)用GM(1,1)模型進(jìn)行預(yù)測時(shí),進(jìn)行主要水質(zhì)指標(biāo)未來5 年灰色模型預(yù)測,并進(jìn)行殘差修正及檢驗(yàn),預(yù)測模型見表3。

        結(jié)果表明,氨氮、總磷建立的灰色模型的后驗(yàn)差比值C 均小于0.35,小誤差頻率P 均為1,符合一級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn);化學(xué)需氧量、五日生化需氧量建立的灰色模型的后驗(yàn)差比值C 均小于0.65,小誤差頻率P 小于0.7,符合三級(jí)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。未來五年主要污染物指標(biāo)均呈逐年下降趨勢,其中氨氮、總磷下降幅度較大,化學(xué)需氧量、五日生化需氧量基本平穩(wěn)下降。

        5 結(jié)論與建議

        近年來,泰安市通過小流域治理工程和大汶河綜合開發(fā)工程的開展,東平湖區(qū)上游水質(zhì)得到一定程度的改善。在水生態(tài)文明建設(shè)背景下,泰安市需多措并舉,加強(qiáng)水環(huán)境保護(hù)和治理力度,進(jìn)一步打造“大汶河—東平湖生態(tài)區(qū)”,構(gòu)建“山水林田湖草”生命共同體。

        1)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。適當(dāng)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),采用改變微地形、增加地面覆蓋、增加土壤入滲、節(jié)水灌溉等措施,改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,合理配置土地利用形式,提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平。

        2)加大治污力度,改善區(qū)域水質(zhì)。把握源頭和關(guān)鍵問題,嚴(yán)控工業(yè)廢水排放和居民生活污水排放,采取生物化學(xué)物理等污染處理技術(shù),加大污染治理力度,多渠道改善水質(zhì)。

        表3 未來5 年水質(zhì)指標(biāo)的灰色預(yù)測模型

        3)健全法制制度,合理保護(hù)水資源。加強(qiáng)水資源統(tǒng)一管理,建立健全法制體系建設(shè),完善相關(guān)政策,配套政府補(bǔ)貼資金,合理保護(hù)和優(yōu)化配置水資源。

        4)完善監(jiān)測體系,建立考評(píng)機(jī)制。建立專業(yè)水質(zhì)監(jiān)測隊(duì)伍,發(fā)展生物監(jiān)測、獲取精確數(shù)據(jù)、提高監(jiān)測水平、加大監(jiān)督執(zhí)法力度,將綠色GDP 納入到績效考核機(jī)制,為生態(tài)文明建設(shè)提供數(shù)據(jù)參考。

        5)加強(qiáng)宣傳教育,提高環(huán)保意識(shí)。積極嘗試?yán)脗鹘y(tǒng)媒體和新媒體平臺(tái),加強(qiáng)思想教育和法制宣傳,增強(qiáng)居民環(huán)保意識(shí),積極主動(dòng)參與生態(tài)文明建設(shè)。

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