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

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(cè)站，山東 泰安 271000；2.岱岳區(qū)勝利水庫(kù)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(zhǎng)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(yáng)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(cè)斷面的水質(zhì)數(shù)據(jù)，進(jìn)行水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)，通過(guò)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(lái) 5 年水質(zhì)指標(biāo)預(yù)測(cè)。

3 數(shù)據(jù)來(lái)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(cè)斷面數(shù)據(jù)，由泰安市水文局提供，監(jiān)測(cè)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(lái)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(cè)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(guò)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(kāi)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(kāi)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?、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、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(cè)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(jiàn)圖1。第一主成分（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）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(guò)數(shù)據(jù)的無(wú)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)丝凇⒌谝划a(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(lái)5 年水質(zhì)灰色預(yù)測(cè)模型

運(yùn)用GM（1，1）模型進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)，進(jìn)行主要水質(zhì)指標(biāo)未來(lái)5 年灰色模型預(yù)測(cè)，并進(jìn)行殘差修正及檢驗(yàn)，預(yù)測(cè)模型見(jiàn)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(lái)五年主要污染物指標(biāo)均呈逐年下降趨勢(shì)，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(lái)，泰安市通過(guò)小流域治理工程和大汶河綜合開(kāi)發(fā)工程的開(kāi)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(wèn)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(lái)5 年水質(zhì)指標(biāo)的灰色預(yù)測(cè)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(cè)體系，建立考評(píng)機(jī)制。建立專業(yè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)隊(duì)伍，發(fā)展生物監(jiān)測(cè)、獲取精確數(shù)據(jù)、提高監(jiān)測(cè)水平、加大監(jiān)督執(zhí)法力度，將綠色GDP 納入到績(jī)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)。