張海柱，楊 平，王 璞，唐紅軍，龐麗娜

(1.四川省遂寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 遂寧 629000；2.四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，成都 610065)

前 言

郪江是涪江右岸一級支流，四川省32條重點(diǎn)小流域之一[1]。由于遂寧市工業(yè)的快速發(fā)展，郪江沿河場鎮(zhèn)的迅速壯大，沿岸化肥農(nóng)藥的大量使用，郪江水質(zhì)起伏較大，不能穩(wěn)定達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)[2]Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求，水質(zhì)逐年下降。2015年，生態(tài)環(huán)境部在遂寧市入境斷面象山和郪江匯入涪江前郪口設(shè)立了國家考核斷面，對遂寧市環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行目標(biāo)考核。對郪江全流域水環(huán)境問題進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查和研究，使郪江流域水質(zhì)逐年改善，完成對郪江和遂寧市目標(biāo)考核要求勢在必行。四川省遂寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站每月初只對國家考核斷面郪口和象山進(jìn)行例行監(jiān)測，張凱等[3]利用例行監(jiān)測數(shù)據(jù)對郪江流域遂寧段考核斷面水質(zhì)進(jìn)行了分析，不能全面掌握郪江流域遂寧段全流域水質(zhì)情況和飲用水源地水質(zhì)安全。本文利用單因子污染指數(shù)[4]和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)[5]對監(jiān)測斷面水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，斷面類別比例法[6]和地表水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)[7]對郪江流域遂寧段全流域水質(zhì)進(jìn)行了定性評價(jià)，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)[8]對飲用水源地富營養(yǎng)化進(jìn)行了研判。為郪江流域遂寧段水生態(tài)環(huán)境保護(hù)、水資源利用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域概況

郪江發(fā)源于中江縣白象鄉(xiāng)胡家瓦窯，于大英縣回馬鎮(zhèn)郪江村魏家角注入涪江[9]，是大英縣最大水系，在大英縣境內(nèi)河長65km。遂寧境內(nèi)共有古柏溪、黃臘溪、瑰溪等9條支流。大英縣境內(nèi)位于郪江流域內(nèi)的集中式飲用水水源地共有4個(gè)，分別為寸塘口水庫、星花水庫、四五水庫和祥鳳寨水庫。郪江流域(大英段)集雨面積占大英縣約95%，郪江流量在7、8月達(dá)到極高值，3、4月到達(dá)極低值，流量與降水量變化相似，7月流量最大，流量的增加主要自于支流匯入。

1.2 監(jiān)測斷面

依據(jù)郪江流域遂寧段水系和水資源利用情況，在干流上共設(shè)置了8個(gè)監(jiān)測斷面，遂寧市入境斷面象山(1#)、大英城區(qū)上游(2#)、大英城區(qū)下游(3#)、石門鎮(zhèn)上游(4#)、隆盛鎮(zhèn)上游(5#)、隆盛鎮(zhèn)下游(6#)、回馬鎮(zhèn)上游(7#)和郪江入涪江前郪口(8#)。在各支流匯入郪江前共設(shè)置了8個(gè)采樣點(diǎn)位，陳古溪、龍溪河匯合后入郪江前(9#)、馬力河入郪江前(10#)、寸塘口河入郪江前(11#)、古柏溪入郪江前(12#)、黃辣溪入郪江前(13#)、通仙溪入郪江前(14#)、小蒜溪入郪江前(15#)和瑰溪入郪江前(16#)。集中式飲用水水源地設(shè)置4個(gè)監(jiān)測斷面，寸塘口水庫(17#)、星花水庫(18#)、四五水庫(19#)和祥鳳寨水庫(20#)，郪江流域遂寧段水系和監(jiān)測斷面見圖1。

圖1 郪江遂寧段水系及監(jiān)測斷面示意圖 Fig.1 The Suining Section of Qijiang River system and location of monitoring section

1.3 監(jiān)測指標(biāo)

水溫、pH、溶解氧(Do)、總磷(TP)、總氮(TN)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、化學(xué)需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)和葉綠素a,分析方法參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的水質(zhì)分析方法[2]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀

2022年4月，對郪江流域遂寧段各斷面和全域水質(zhì)進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查，對飲用水源地水質(zhì)和富營養(yǎng)化情況進(jìn)行了研究。

2.1.1 斷面水質(zhì)現(xiàn)狀

采用單因子染指數(shù)Di和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)Pi對16個(gè)監(jiān)測斷面水質(zhì)進(jìn)行分析。

(1)

(2)

公式中：n為水質(zhì)個(gè)數(shù)，Ci為水質(zhì)實(shí)際監(jiān)測，Si為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值。

8個(gè)干流斷面中象山和大英城區(qū)上游為Ⅲ類水質(zhì)，達(dá)標(biāo)率為25%，其余3個(gè)Ⅳ類水質(zhì)和3個(gè)Ⅴ類水質(zhì)。從空間分布看，上游較好，中游水質(zhì)變差，下游到郪口斷面水質(zhì)有所恢復(fù)。8個(gè)支流斷面中5個(gè)Ⅳ類水質(zhì)和3個(gè)Ⅴ類水質(zhì)，支流超標(biāo)率100%，水質(zhì)整體較差，加重了郪江干流水體負(fù)荷。郪江流域遂寧段主要超標(biāo)項(xiàng)目為CODMn和CODCr，超標(biāo)最嚴(yán)重石門鎮(zhèn)上游斷面，CODCr單因子污染指數(shù)為1.75。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對水質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，郪江流域遂寧段內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)范圍是0.88～2.27，主要水質(zhì)類別是輕污染。8個(gè)干流斷面大英城區(qū)上游和郪口水質(zhì)為清潔，除大英城區(qū)下游為污染外，其余5個(gè)斷面均為輕污染，從空間分布看，上游來水較好，中游水質(zhì)變差，下游水質(zhì)有所回升。8個(gè)支流斷面中，馬力河和寸塘口河為污染外，其余6個(gè)斷面均為輕污染，監(jiān)測結(jié)果見表1。流域內(nèi)上游河段部分?jǐn)嗝嫒芙庋醭尸F(xiàn)過飽和狀態(tài)，溶解氧單因子污染指數(shù)成為最大值且對內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)較大，兩種評價(jià)結(jié)果略有不同。

表1 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和斷面水質(zhì)評價(jià)Tab.1 The Nemero comprehensive pollution index and evaluation f water quality

流域上游河段除了象山鎮(zhèn)外，兩岸基本為農(nóng)田，無較大污染源匯入，水質(zhì)未受較大污染，中游進(jìn)入大英城區(qū)，受人類活動(dòng)影響，從河道取水、工業(yè)和生活廢水進(jìn)入河道，水質(zhì)明顯惡化，下游除了隆盛鎮(zhèn)外，兩岸基本為農(nóng)田，憑借水體自凈能力，到達(dá)郪口斷面附近，水質(zhì)才有所回升。

2.1.2 流域水質(zhì)情況

采用斷面類別比例法和地表水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)兩種方法進(jìn)行定性分析郪江流域遂寧段的水質(zhì)狀況。16個(gè)監(jiān)測斷面中2個(gè)Ⅲ類水質(zhì)斷面，占比為12.5%，無劣Ⅴ類水體，按照水質(zhì)類別比例劃分等級，郪江流域遂寧段全流域水質(zhì)為輕度污染。對干流和支流分別進(jìn)行研究，干流中Ⅲ水質(zhì)斷面比例為25%，支流中無Ⅲ類水質(zhì)斷面，干流和支流均無劣Ⅴ類水體，干流和支流均為輕度污染。

采用地表水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)對流域水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，各斷面水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)范圍是5.22～8.24，水質(zhì)為良好斷面占31.2%，輕度污染占50%，中度污染占18.8%，全流域水環(huán)質(zhì)量的評價(jià)結(jié)果為輕度污染，監(jiān)測結(jié)果見表2。與斷面類別比例法評價(jià)結(jié)果相比，流域水質(zhì)類別相同。

表2 郪江水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)和流域水質(zhì)評價(jià)Tab.2 The Water environmental quality index and water quality evaluation of Qijiang River

為研究水期水質(zhì)變化情況，2022年初對郪江流域遂寧段枯水期水質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查和分析，并于2022年7月利用無人船對豐水期水質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查采樣和實(shí)驗(yàn)室分析。枯、平和豐水期水質(zhì)調(diào)查和分析結(jié)果見表3。16個(gè)監(jiān)測斷面中，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)范圍為0.64～2.52，流域SWQI指數(shù)范圍6.53～7.04，根據(jù)水質(zhì)類別比例劃分和地表水環(huán)境質(zhì)量指數(shù)對流域全年進(jìn)行綜合評價(jià)為輕度污染?？菟谟?個(gè)Ⅲ類水質(zhì)斷面，占比為25%，其余斷面為Ⅳ類水質(zhì)，流域全年無劣Ⅴ類水體。郪江流域遂寧段水質(zhì)枯水期優(yōu)于平水期，豐水期水質(zhì)最差，全年水質(zhì)綜合評價(jià)為輕度污染。

表3 不同水期水質(zhì)評價(jià)Tab.3 Water quality evaluation in different water periods

2.1.3 飲用水源地水質(zhì)

寸塘口水庫、四五水庫和星花水庫均位于支流寸塘口河上，祥鳳寨水庫位于郪江干流大英城區(qū)段。寸塘口水庫和祥鳳寨水庫為大英縣飲用水源地，四五水庫和星花水庫具有鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水功能的水源地。采用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI對富營養(yǎng)化程度進(jìn)行了研究，《湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級標(biāo)準(zhǔn)》對富營養(yǎng)化程度進(jìn)行評價(jià)。

(3)

(4)

公式中：TLI為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重TLI(j)代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chl-a的相關(guān)系數(shù)，m為評價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

四個(gè)飲用水源地只有星花水庫滿足Ⅲ類，其余均為Ⅳ類水質(zhì)。超標(biāo)因子CODCr，是飲用水源首要污染物。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)祥鳳寨水庫最高，水質(zhì)等級為污染，寸塘口水庫為輕污染，溶解氧過飽和。四五水庫和星花水庫水質(zhì)清潔，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)接近1，管控形勢嚴(yán)峻。祥鳳寨水庫和四五水庫綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)處于50～60，呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化，寸塘口水庫和星花水庫為中營養(yǎng)。星花水庫滿足水環(huán)境功能要求，水質(zhì)清潔且為中營養(yǎng)，水質(zhì)最優(yōu)。祥鳳寨水庫水質(zhì)污染且為輕度富營養(yǎng)化，水質(zhì)最差，監(jiān)測結(jié)果見表4。

2.2 水質(zhì)變化趨勢研究

象山和郪口作為國家考核斷面，對郪江流域遂寧段水環(huán)境質(zhì)量綜合考核，2017年兩個(gè)斷面年度考核為Ⅳ類水質(zhì)，沒有達(dá)到水環(huán)境功能要求。超標(biāo)因子為CODCr、BOD5和總磷，單因子污染指數(shù)最大值為總磷，分別為1.47和1.55，是流域首要污染物，兩個(gè)斷面內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別為1.15和1.24，水質(zhì)為輕污染。2018年以來水質(zhì)逐年轉(zhuǎn)好，年度考核兩個(gè)斷面均為Ⅲ類，達(dá)到了目標(biāo)水質(zhì)要求。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)逐年降低，穩(wěn)定在0.6～0.8之間，水質(zhì)清潔且逐年變好。

對超標(biāo)因子CODCr、BOD5和總磷，象山斷面和郪口斷面2017年以來的單因子污染指數(shù)變化趨勢進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖2。CODCr象山斷面和郪口斷面單因子污染指數(shù)逐年下降后分別在0.6和0.9左右，BOD5象山斷面年度變化起伏較大，2018年達(dá)到最低點(diǎn)后略微上升，郪口斷面BOD5穩(wěn)定下降?？偭變蓚€(gè)斷面呈現(xiàn)快速下降趨勢。

圖2 單因子污染指數(shù)變化趨勢Fig.2 Trend of single-factor pollution index

對2021年度象山斷面和郪口斷面按照枯、平和豐水期進(jìn)行綜合分析，結(jié)果見表5。象山斷面三個(gè)水期水質(zhì)能夠達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，郪口斷面豐水期為Ⅳ類水質(zhì)，主要污染因子CODCr，單因子污染指數(shù)1.07。兩個(gè)斷面水質(zhì)清潔郪口斷面枯水期水質(zhì)優(yōu)于平水期和豐水期，象山斷面枯水期溶解氧過飽和，對內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)貢獻(xiàn)大，三個(gè)水期內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)較為平穩(wěn)。

表5 不同時(shí)段水質(zhì)評價(jià)Tab.5 Water quality evaluation in different periods

為研究象山斷面和郪口斷面污染因子年度內(nèi)變化趨勢，對2021年月度考核出現(xiàn)超標(biāo)的CODMn、BOD5和CODCr的單因子污染指數(shù)變化趨勢進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖3和圖4。兩個(gè)斷面均是5月～7月出現(xiàn)超標(biāo)，單因子污指數(shù)變化趨勢和大英縣降雨量變化趨勢相一致。遂寧市降水集中于夏季，郪江流域遂寧段位于丘陵地區(qū)，各類污染物通過地表徑流進(jìn)入郪江及其支流，使得流域水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖3 象山單因子污染指數(shù)變化趨勢Fig.3 Trend of single-factor pollution index of Xiangshan

圖4 郪口單因子污染指數(shù)變化趨勢Fig.4 Trend of single-factor pollution index of Qikou

為研究飲用水源地富營養(yǎng)化年度變化情況，選取水質(zhì)最差的祥鳳寨水庫富營養(yǎng)化進(jìn)行了研究(圖5)。近十年綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)最高值63出現(xiàn)在2016年，最低值56出現(xiàn)在2021年。2016年以前，富營養(yǎng)化程逐年加重，2016年以后，富營養(yǎng)化程度逐年減輕，2014年～2018年為中度富營養(yǎng)，2019年至今為輕度富營養(yǎng)，2022年富營養(yǎng)化形勢出現(xiàn)反彈。

圖5 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化趨勢Fig.5 Trend of comprehensive nutritional status index

水體富營養(yǎng)化最早由Naumann引入到湖泊、水庫等淡水體系[10]，水溫、pH和溶解氧以及總磷和總氮等營養(yǎng)鹽的輸入是導(dǎo)致富營養(yǎng)化的主要因子[11-12]。浮游植物生長和生理平衡所需的TN/TP為16，即Redfield定律[13]。TN/TP研究成為判定水體中限制性元素和評價(jià)水體富營養(yǎng)化的重要工具[14-15]。監(jiān)測結(jié)果表明：祥鳳寨水庫2016年和2017年TN/TP分別為10.3和11.0，表現(xiàn)為氮限制，促發(fā)生物固氮作用，富營養(yǎng)化程度加重。2019年、2020年和2021年TN/TP為23.2、22.2和32.2，表現(xiàn)為磷限制，抑制了氮素的合成，富營養(yǎng)化程度減輕，2022年TN/TP為11.4，表現(xiàn)為氮限制，促發(fā)生物固氮作用，加重了富營養(yǎng)化。

從年度內(nèi)變化看，郪江流域發(fā)生富營養(yǎng)化主要集中在春季和夏季，早春季節(jié)，水流變緩，氣溫逐漸回暖，為浮游生物尤其是藻類的快速生長提供了良好的條件，郪江沿岸種植面積廣，地表污染物尤其是總磷和總氮通過徑流進(jìn)入郪江流域，是富營養(yǎng)化產(chǎn)生的主要原因。2016年以來，郪江及其支流對含磷污染物輸入的嚴(yán)格管控，水體中總磷含量持續(xù)下降，是富營養(yǎng)化減輕的原因之一，嚴(yán)格管控地表徑流攜帶的總磷入河是控制郪江流域遂寧段富營養(yǎng)化爆發(fā)的效方法。

3 結(jié) 論

以郪江流域遂寧段為研究對象，采用兩種方法對干流和各支流斷面水質(zhì)情況進(jìn)行了分析，兩種分析方法對全流域水質(zhì)進(jìn)行了評價(jià)，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)對飲用水源地富營養(yǎng)化進(jìn)行研究。

(1)郪江流域遂寧段水質(zhì)現(xiàn)狀為Ⅳ類，輕度污染。上游水質(zhì)優(yōu)于下游，中游水質(zhì)最差，主要超標(biāo)因子為CODCr和CODMn。四個(gè)飲用水源地只星花水庫達(dá)到Ⅲ類，其余均為Ⅳ類，超標(biāo)因子為CODCr。星花水庫水質(zhì)最優(yōu)，祥鳳寨水庫水質(zhì)最差。四五水庫和祥鳳寨水庫輕度富營養(yǎng)化，其余為中營養(yǎng)。祥鳳寨水庫富營養(yǎng)化程度逐年減輕，2022年有所反彈。

(2)國家考核斷面象山和郪口2017年以來水質(zhì)逐年變好，枯水期水質(zhì)最優(yōu)。2017年以前，總磷為郪江流域主要污染因子，2017年以后，總磷呈現(xiàn)快速下降趨勢且穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，主要污染因子轉(zhuǎn)換為CODCr、CODMn和BOD5，CODCr成為流域首要污染物。

(3)針對存在的問題，建議加快建設(shè)規(guī)劃蓄引提水源工程和涪江過境水利用。推廣雨水集蓄利用技術(shù)，充分結(jié)合現(xiàn)有規(guī)劃，遵循自然恢復(fù)為主的原則制定分區(qū)保護(hù)方案。完善對流域沿岸護(hù)坡、河堤的景觀建設(shè)，構(gòu)建綠色休閑帶，提供生物多樣性群落生存空間同時(shí)加強(qiáng)沿岸垃圾清理、防止水土流失、防止化肥農(nóng)藥污染、進(jìn)行必要的植被恢復(fù)等。