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        惠女水庫豐枯水期水質(zhì)狀況及變化趨勢分析

        2022-01-18 10:01:36李佳藝
        關(guān)鍵詞:豐水期溶解氧水庫

        李佳藝

        (福建省泉州環(huán)境監(jiān)測中心站,福建 泉州 362000)

        惠女水庫位于泉州市洛江區(qū)馬甲鎮(zhèn)彭殊村,集雨面積為105.8平方公里,總庫容為1.23億立方米,是泉州市第二大水庫,供應(yīng)洛江區(qū)和惠安縣多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活、工業(yè)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水[1-2]。水庫所在區(qū)域雨量充沛但分布不均,春夏多雨,秋冬少雨[3],研究惠女水庫豐枯水期的水質(zhì)狀況,把握水質(zhì)的時間變化規(guī)律,對評價水庫流域環(huán)境整治成效,保障水質(zhì)安全具有重要意義。

        當(dāng)前,國內(nèi)外學(xué)者對水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行了大量研究。張鵬等運(yùn)用季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法分析閩江下游水質(zhì)變化趨勢[4]。張寶鋒等根據(jù)年均增長率公式與基于水質(zhì)等級的地表水可利用水資源公式分析2015~2017年中國七大水系水質(zhì)變化趨勢[5]。楊盼等采用基于主成分分析的Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析長江干流水質(zhì)變化趨勢[6]。徐萌等通過綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價水質(zhì)類別和營養(yǎng)狀態(tài),對貴州省草海近年的水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行了研究[7]。候林麗等采用單因子評價法、綜合污染指數(shù)法、季節(jié)性kendall檢驗法分析萬安水庫水質(zhì)的時空特征及趨勢[8]。王文靜等采用單項污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法分析丹江口水庫典型入庫支流的水質(zhì)評價與趨勢[9]。上述相關(guān)成果的研究方法和思路為研究水質(zhì)變化趨勢提供了參考,本文采用基于水質(zhì)綜合污染指數(shù)的Spearman秩相關(guān)系數(shù)法,研究分析惠女水庫豐枯水期的水質(zhì)狀況及變化趨勢。

        1 研究數(shù)據(jù)與方法

        1.1 研究數(shù)據(jù)

        以惠女水庫進(jìn)口、庫心、出口3個點位作為研究區(qū)域,點位分布見圖1。根據(jù)惠女水庫十幾年來的水污染特征及水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測因子,確定pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量、氨氮、總磷和總氮7項為主要影響指標(biāo),選取水庫2011~2020年豐水期(7月)、枯水期(11月)的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為研究數(shù)據(jù)。本文研究數(shù)據(jù)來自福建省泉州環(huán)境監(jiān)測中心站。

        圖1 惠女水庫監(jiān)測點位圖

        1.2 研究方法

        1.2.1 水質(zhì)綜合污染指數(shù)

        水質(zhì)綜合污染指數(shù)是對單項污染指數(shù)的統(tǒng)計,能夠?qū)ΡO(jiān)測點位的水質(zhì)進(jìn)行定量分析,判斷水質(zhì)綜合污染程度[10]。污染指數(shù)的計算與監(jiān)測點位的水質(zhì)目標(biāo)有關(guān)[11],本研究區(qū)域的水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類。單項污染指數(shù)和水質(zhì)綜合污染指數(shù)計算公式為:

        (1)一般水質(zhì)因子(隨著濃度增加而水質(zhì)變差的水質(zhì)因子)的污染指數(shù)

        式中:Si,j——評價因子i的污染指數(shù),大于1表明該因子超標(biāo);

        Ci,j——評價因子i在j點的實測統(tǒng)計代表值,mg/L;

        Csi——評價因子i的水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)限值,mg/L。

        (2)溶解氧(DO)的污染指數(shù)

        式中:SDO,j——溶解氧的污染指數(shù),大于1表明該因子超標(biāo);

        DOj— —溶解氧在j點的實測統(tǒng)計代表值,mg/L;

        DOs——溶解氧的水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)限值,mg/L;

        DOf——飽和溶解氧濃度,mg/ L,對于河流,DOf=468/(31.6+T);

        T——水溫,℃。

        (3)水質(zhì)綜合污染指數(shù)

        式中:p——水質(zhì)綜合污染指數(shù);

        n——參與評價的污染物數(shù);

        水質(zhì)綜合污染指數(shù)判定斷面水質(zhì)類別的標(biāo)準(zhǔn)見表1。

        表1 水質(zhì)類別判定標(biāo)準(zhǔn)

        1.2.2 Spearman秩相關(guān)系數(shù)法

        Spearman秩相關(guān)系數(shù)法又稱等級差數(shù)法[12-13],是一種非參數(shù)檢驗方法,具有不需要嚴(yán)格數(shù)據(jù)條件[14]、不受離散群值影響的優(yōu)勢[15],已廣泛運(yùn)用于衡量環(huán)境污染的時間變化趨勢[16]。Spearman秩相關(guān)系數(shù)計算公式為:

        式中:rs為秩相關(guān)系數(shù);

        di為變量Xi和Yi的差值;

        Xi為變量X從周期1到周期n按濃度值從小到大排列的序號;

        Yi為按時間排列的序號;

        n為統(tǒng)計周期。

        表2 秩相關(guān)系數(shù)的臨界值(Wp)

        表2 秩相關(guān)系數(shù)的臨界值(Wp)

        2 研究結(jié)果與分析

        2.1 研究結(jié)果

        運(yùn)用公式(1—1)、(1—2)、(1—3)、(1—4)分別計算豐枯水期水庫進(jìn)口、庫心和出口的水質(zhì)綜合污染指數(shù)并繪制趨勢圖,計算結(jié)果見表3,變化趨勢見圖2。

        圖2 水質(zhì)綜合污染指數(shù)變化趨勢

        表3 豐枯水期水庫水質(zhì)綜合污染指數(shù)

        運(yùn)用公式(2—1)、(2—2)分別計算豐枯水期水庫進(jìn)口、庫心和出口水質(zhì)綜合污染指數(shù)隨時間變化的秩相關(guān)系數(shù)并進(jìn)行顯著性檢驗,計算結(jié)果見表4。

        表4 豐枯水期秩相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗

        2.2 研究分析

        2.2.1 水質(zhì)污染狀況

        對表3與圖2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得,無論是豐水期還是枯水期,水庫進(jìn)口、庫心和出口水質(zhì)在時間上均表現(xiàn)為2011~2015年存在污染,尤其是進(jìn)口,而2016~2020年則全部達(dá)標(biāo)且變化平穩(wěn);在空間上均表現(xiàn)為2011~2015年污染程度基本為進(jìn)口>庫心>出口,而2016~2020年則基本一致。比較豐水期和枯水期的水質(zhì)狀況可得,水庫水質(zhì)較好時(P<0.5),豐水期水質(zhì)好于枯水期,而水質(zhì)較差時,豐水期水質(zhì)劣于枯水期。

        2.2.2 水質(zhì)變化趨勢

        對表4與圖2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知,豐水期水庫進(jìn)口、庫心和出口水質(zhì)呈好轉(zhuǎn)趨勢,枯水期水庫進(jìn)口、庫心水質(zhì)呈好轉(zhuǎn)趨勢,而出口水質(zhì)變化平穩(wěn);無論是豐水期還是枯水期,水庫水質(zhì)好轉(zhuǎn)主要在2011~2015年,而2016~2020年則相對平穩(wěn)。比較豐水期和枯水期的秩相關(guān)系數(shù)可得,水庫豐水期水質(zhì)好轉(zhuǎn)趨勢較枯水期顯著。

        3 討論

        2009年泉州市開展重點流域水環(huán)境綜合整治[17],對晉江、洛陽江流域和山美水庫、惠女水庫等飲用水源保護(hù)區(qū)進(jìn)行整治保護(hù);2013年泉州市開展小流域“賽水質(zhì)”活動,進(jìn)一步改善了小流域水環(huán)境質(zhì)量[18];2014年泉州市推行“河長制”[19],全面提升河道的保護(hù)管理工作?;菖畮焖|(zhì)好轉(zhuǎn)與泉州市流域整治工作密切相關(guān),尤其是整治初期。降水徑流沖刷使地表污染物進(jìn)入水體,造成水體污染[20]?;菖畮焖|(zhì)基本為豐水期劣于枯水期,水庫流域降水越大水質(zhì)越差。由此表明惠女水庫周邊地表已受到污染。

        4 結(jié)論

        (1)2011年以來惠女水庫水質(zhì)呈好轉(zhuǎn)趨勢,水庫水質(zhì)于2016年全面達(dá)標(biāo)并趨于平穩(wěn)。(2)2016年起,惠女水庫進(jìn)口、庫心和出口的污染程度相當(dāng),水庫水質(zhì)基本處于同一水平,表明惠女水庫自凈作用越來越小,自凈容量日漸趨于飽和。(3)惠女水庫周邊地表已受到污染,會對水庫水質(zhì)造成污染,尤其是豐水期,因此應(yīng)重點加強(qiáng)水庫周邊地表的污染整治。(4)重點流域整治、小流域“賽水質(zhì)”、“河長制”等項目實施對提升惠女水庫水質(zhì)成效顯著,但提升作用逐年下降,因此,現(xiàn)有治理措施已難以滿足水庫水質(zhì)的進(jìn)一步提升,建議根據(jù)水庫現(xiàn)狀進(jìn)行針對性整治,如水庫底泥清淤。

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