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，供應洛江區(qū)和惠安縣多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活、工業(yè)以及農業(yè)生產用水[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狀況，把握水質的時間變化規(guī)律，對評價水庫流域環(huán)境整治成效，保障水質安全具有重要意義。

當前，國內外學者對水質變化趨勢進行了大量研究。張鵬等運用季節(jié)性肯達爾檢驗法分析閩江下游水質變化趨勢[4]。張寶鋒等根據(jù)年均增長率公式與基于水質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變化趨勢[5]。楊盼等采用基于主成分分析的Spearman秩相關系數(shù)法分析長江干流水質變化趨勢[6]。徐萌等通過綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價水質類別和營養(yǎng)狀態(tài)，對貴州省草海近年的水質變化趨勢進行了研究[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評價與趨勢[9]。上述相關成果的研究方法和思路為研究水質變化趨勢提供了參考，本文采用基于水質綜合污染指數(shù)的Spearman秩相關系數(shù)法，研究分析惠女水庫豐枯水期的水質狀況及變化趨勢。

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，選取水庫2011～2020年豐水期（7月）、枯水期（11月）的水質監(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 水質綜合污染指數(shù)

水質綜合污染指數(shù)是對單項污染指數(shù)的統(tǒng)計，能夠對監(jiān)測點位的水質進行定量分析，判斷水質綜合污染程度[10]。污染指數(shù)的計算與監(jiān)測點位的水質目標有關[11]，本研究區(qū)域的水質目標為Ⅲ類。單項污染指數(shù)和水質綜合污染指數(shù)計算公式為：

（1）一般水質因子（隨著濃度增加而水質變差的水質因子）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；

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的水質評價標準限值，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；

DOj— —溶解氧在j點的實測統(tǒng)計代表值，mg/L；

DOs——溶解氧的水質評價標準限值，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）水質綜合污染指數(shù)

式中：p——水質綜合污染指數(shù)；

n——參與評價的污染物數(shù)；

水質綜合污染指數(shù)判定斷面水質類別的標準見表1。

表1 水質類別判定標準

1.2.2 Spearman秩相關系數(shù)法

Spearman秩相關系數(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]，已廣泛運用于衡量環(huán)境污染的時間變化趨勢[16]。Spearman秩相關系數(shù)計算公式為：

式中：rs為秩相關系數(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 秩相關系數(shù)的臨界值（Wp）

表2 秩相關系數(shù)的臨界值（Wp）

2 研究結果與分析

2.1 研究結果

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

圖2 水質綜合污染指數(shù)變化趨勢

表3 豐枯水期水庫水質綜合污染指數(shù)

運用公式（2—1）、（2—2）分別計算豐枯水期水庫進口、庫心和出口水質綜合污染指數(shù)隨時間變化的秩相關系數(shù)并進行顯著性檢驗，計算結果見表4。

表4 豐枯水期秩相關系數(shù)及顯著性檢驗

2.2 研究分析

2.2.1 水質污染狀況

對表3與圖2數(shù)據(jù)進行分析可得，無論是豐水期還是枯水期，水庫進口、庫心和出口水質在時間上均表現(xiàn)為2011～2015年存在污染，尤其是進口，而2016～2020年則全部達標且變化平穩(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狀況可得，水庫水質較好時（P＜0.5），豐水期水質好于枯水期，而水質較差時，豐水期水質劣于枯水期。

2.2.2 水質變化趨勢

對表4與圖2數(shù)據(jù)進行分析可知，豐水期水庫進口、庫心和出口水質呈好轉趨勢，枯水期水庫進口、庫心水質呈好轉趨勢，而出口水質變化平穩(wěn)；無論是豐水期還是枯水期，水庫水質好轉主要在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系數(shù)可得，水庫豐水期水質好轉趨勢較枯水期顯著。

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區(qū)進行整治保護；2013年泉州市開展小流域“賽水質”活動，進一步改善了小流域水環(huán)境質量[18]；2014年泉州市推行“河長制”[19]，全面提升河道的保護管理工作?；菖畮焖|好轉與泉州市流域整治工作密切相關，尤其是整治初期。降水徑流沖刷使地表污染物進入水體，造成水體污染[20]?；菖畮焖|基本為豐水期劣于枯水期，水庫流域降水越大水質越差。由此表明惠女水庫周邊地表已受到污染。

4 結論

（1）2011年以來惠女水庫水質呈好轉趨勢，水庫水質于2016年全面達標并趨于平穩(wěn)。（2）2016年起，惠女水庫進口、庫心和出口的污染程度相當，水庫水質基本處于同一水平，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，會對水庫水質造成污染，尤其是豐水期，因此應重點加強水庫周邊地表的污染整治。（4）重點流域整治、小流域“賽水質”、“河長制”等項目實施對提升惠女水庫水質成效顯著，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的進一步提升，建議根據(jù)水庫現(xiàn)狀進行針對性整治，如水庫底泥清淤。