2014-2020年渭河寶雞段水質(zhì)評(píng)價(jià)及趨勢分析

劉 歡

(陜西省水文水資源勘測中心，陜西 西安 710068)

渭河是黃河右岸的一級(jí)支流，發(fā)源于甘肅省渭源縣鳥鼠山，于寶雞市鳳閣嶺進(jìn)入陜西省境內(nèi)，至西向東橫貫寶雞、楊凌、咸陽、西安及渭南，于渭南市潼關(guān)匯入黃河?？偭饔蛎娣e13.5萬 km2,總主干河道長818 km。渭河寶雞段隸屬于渭河上中游段，流域面積1.33×104km2，占全流域面積的9.85%，河床平均比降2.0%左右，降水量年際間變化大，Cv約為0.21～0.29,月最大降水量多發(fā)生于7、8月，最小降水量多發(fā)于12、1月，7-10月份的降水量占全年總降水量的60%左右，地形特點(diǎn)呈西高東低，自西向東，地勢逐漸變緩。本文研究區(qū)域?yàn)槭〗缰翜尤胛继?圖1)，該河段河長約214.3 km，占渭河總干流26.2%，從上個(gè)世紀(jì)末以來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城鎮(zhèn)人口的急劇增加，加之極端氣候的變化，使渭河水質(zhì)遭受到嚴(yán)重的污染。作為寶雞市地表水系的主動(dòng)脈，渭河寶雞段的污染曾達(dá)到了頂峰。為此，寶雞市政府多次加強(qiáng)渭河整治力度，為渭河水質(zhì)的改善不斷努力。目前，大多數(shù)學(xué)者研究渭河水質(zhì)的變化，均是建立在2010年以前的監(jiān)測資料[1]，而對于近幾年各斷面的水質(zhì)污染現(xiàn)狀及變化趨勢鮮有報(bào)道。為了解渭河寶雞段經(jīng)過“十三五”規(guī)劃一系列的治理舉措之后，各斷面水質(zhì)污染現(xiàn)狀及變化趨勢，特對渭河寶雞段2014-2020年間各斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并對其時(shí)空上的變化趨勢進(jìn)行探討，以期為渭河流域水資源保護(hù)和水污染防治工作提供理論依據(jù)。

圖1 渭河寶雞段監(jiān)測斷面示意圖

1 材料與方法

1.1 水質(zhì)監(jiān)測資料

依據(jù)陜西省水功能區(qū)劃要求，渭河寶雞段共設(shè)置了7個(gè)水質(zhì)監(jiān)測斷面，分別為拓石、仙龍、林家村、臥龍寺、虢鎮(zhèn)橋、蔡家坡和永安村(表1)。2014-2020年間的水質(zhì)監(jiān)測資料來源于陜西省水環(huán)境監(jiān)測中心寶雞分中心，嚴(yán)格按照《水和廢水監(jiān)測分析方法》對水樣進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測頻率為每年12次。依據(jù)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況和可獲得性，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)包含高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、氟化物、鉛、硒、汞、砷、六價(jià)鉻和石油類等共計(jì)13項(xiàng)。

表1 水質(zhì)監(jiān)測斷面情況一覽表

1.2 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

水質(zhì)評(píng)價(jià)的方法及其結(jié)果的合理性一直以來都是環(huán)境管理領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者們探討的熱點(diǎn)，目前，較為常用的方法包含單因子評(píng)價(jià)法、主成分分析法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)法等。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中單因子評(píng)價(jià)法依據(jù)水質(zhì)最差單項(xiàng)指標(biāo)所屬類別確定整個(gè)研究區(qū)域的綜合水質(zhì)類別，操作簡便，但不能反應(yīng)環(huán)境綜合質(zhì)量，以偏概全。主成分分析利用降維的思想，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)主成分，反映原始變量的大部分信息，需要建立相關(guān)系數(shù)矩陣，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，對研究者的專業(yè)水平要求較高，不具有普遍適用性。而內(nèi)梅羅污染指數(shù)法既能突出最大貢獻(xiàn)率污染因子對總體水質(zhì)的作用，又能綜合反映總體水質(zhì)污染程度，是目前國內(nèi)外常用的綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法。因此，本文選用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對渭河寶雞段水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，客觀反映本研究區(qū)域內(nèi)水質(zhì)狀況及近些年來渭河的水質(zhì)變化趨勢，為渭河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供決策依據(jù)。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)法公式如下：

(1)

(2)

(3)

1.3 水質(zhì)變化趨勢分析方法

在環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中常采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法來描述污染物的變化趨勢，目前國內(nèi)外學(xué)者對該方法的應(yīng)用已基本成熟[2]，在大部分的水環(huán)境質(zhì)量研究報(bào)告中均采用了該種方法[3]。該方法是對已知時(shí)段各項(xiàng)污染因子的監(jiān)測值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，評(píng)價(jià)污染因子從過去到現(xiàn)在的變化趨勢，同時(shí)采用Daniel的趨勢檢驗(yàn)來衡量環(huán)境污染變化趨勢在統(tǒng)計(jì)上是否具有顯著性，具體的運(yùn)算過程如下：

Spearman秩相關(guān)系數(shù)法

(4)

di=Ai-Bi

(5)

式(4)(5)，rs為秩相關(guān)系數(shù)，di為變量Ai和變量Bi的差值，Ai為周期1到周期n按照內(nèi)梅羅污染指數(shù)從小到大排列的序號(hào)，Bi為按時(shí)間排列的序號(hào)。

將秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較，當(dāng)|rs|>Wp時(shí)，則表明變化趨勢有顯著意義；如果rs是負(fù)值，則表明在評(píng)價(jià)周期內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)變化呈下降趨勢或描述為好轉(zhuǎn)趨勢；若rs為正值，則表明在評(píng)價(jià)周期內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)變化呈上升趨勢或者惡化趨勢；當(dāng)|rs|≤Wp時(shí)，則表明變化趨勢沒有顯著性意義，說明在評(píng)價(jià)周期內(nèi)水質(zhì)變化穩(wěn)定或平穩(wěn)。

2 水質(zhì)評(píng)價(jià)及其變化趨勢分析

2.1 渭河寶雞段各斷面沿程水質(zhì)變化

圖2顯示2014-2020年間，渭河寶雞段7個(gè)斷面從上游到下游的水質(zhì)狀況。其中拓石、仙龍、林家村位于渭河寶雞段的上游，臥龍寺和虢鎮(zhèn)位于渭河寶雞段的中游，蔡家坡和永安村均屬于渭河寶雞段的下游。7個(gè)水質(zhì)監(jiān)測斷面內(nèi)梅羅污染指數(shù)值排序?yàn)殡芥?zhèn)>蔡家坡>臥龍寺>永安村>拓石>仙龍>林家村。

圖2 渭河寶雞段各斷面2014-2020年內(nèi)梅羅污染指數(shù)

2014-2020年間，拓石、仙龍和林家村斷面的內(nèi)梅羅污染指數(shù)均小于0.60，且年際間未有明顯變化。這是因?yàn)槲己訉氹u段上游水質(zhì)較好，上游地區(qū)地勢多為溝谷交錯(cuò)，人煙稀少，工業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施欠發(fā)達(dá)，水環(huán)境受人類干擾很少。臥龍寺和虢鎮(zhèn)斷面均是經(jīng)流寶雞市市區(qū)的斷面，與上游林家村斷面相比，內(nèi)梅羅污染指數(shù)略有升高，分別升高33%和69%。其中，虢鎮(zhèn)斷面的水質(zhì)劣于臥龍寺，特別是2015年，其內(nèi)梅羅污染指數(shù)達(dá)到同期最高值，為1.94，污染因子貢獻(xiàn)率最大的是氨氮，其次是總磷和化學(xué)需氧量，2016年之后內(nèi)梅羅污染指數(shù)有所下降，均小于0.50，水質(zhì)向好發(fā)展。蔡家坡鎮(zhèn)是關(guān)中西部地區(qū)重要的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)基地和陜西西部著名的工商業(yè)重鎮(zhèn)，蔡家坡作為渭河流出寶雞市區(qū)后的設(shè)置的第一個(gè)監(jiān)測斷面，與虢鎮(zhèn)斷面相比，內(nèi)梅羅污染指數(shù)稍微有所下降，降低了9%，但在整個(gè)研究周期內(nèi)，蔡家坡斷面內(nèi)梅羅污染指數(shù)年際間變化較大，2015年達(dá)到污染峰值，為1.87，2020年內(nèi)梅羅污染指數(shù)最低，為0.37，降低了80%，為同期所有斷面最低值，水質(zhì)治理效果較為明顯。永安村是設(shè)置在湯峪河入渭口的一個(gè)斷面，其內(nèi)梅羅污染指數(shù)年均值為0.58，與上游仙龍斷面的污染指數(shù)值較相近，水質(zhì)相對較好，這可能與水體自上而下的自凈化作用有關(guān)，即渭河在流動(dòng)過程中，不僅受到周邊生活污水、工業(yè)廢水排入的干擾逐漸減少，而且水質(zhì)中的污染物也會(huì)經(jīng)過稀釋、沉淀等物理作用和發(fā)生氧化或還原等化學(xué)反應(yīng)，從而使水質(zhì)變好。

總體來看，2014年以來，渭南寶雞段的水質(zhì)都有了明顯的改善，從上游至下游的折線圖不難看出，所有監(jiān)測斷面的綜合污染指數(shù)均在2015年后有所下降；特別是虢鎮(zhèn)橋、蔡家坡和臥龍寺斷面污染指數(shù)下降趨勢明顯。

2.2 渭河寶雞段水質(zhì)變化趨勢分析

應(yīng)用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對渭河寶雞段的水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行分析。依據(jù)渭河寶雞段7個(gè)斷面各年度水質(zhì)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)來計(jì)算出他們的秩相關(guān)系數(shù)(圖3)。結(jié)果表明，監(jiān)測區(qū)域內(nèi)7個(gè)斷面的水質(zhì)內(nèi)梅羅污染指數(shù)的rs均為負(fù)值，污染指數(shù)值在逐年下降，且當(dāng)n=7時(shí)，|rs|>0.714(Wp0.05=0.714)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)，渭河寶雞段7個(gè)斷面的水質(zhì)在2014-2020年間呈現(xiàn)顯著性好轉(zhuǎn)趨勢。這與地方政府多方面治理措施息息相關(guān)，例如，“十三五”規(guī)劃中關(guān)于推進(jìn)渭河生態(tài)區(qū)建設(shè)，實(shí)施灘面整治、河道疏浚、水污染治理、濕地建設(shè)、水量保障以及綜合開發(fā)利用等工程的建設(shè)。秉承將渭河打造成“安瀾河、生態(tài)河、景觀河、文化河、致富河”的理念，形成生態(tài)環(huán)境優(yōu)美的特色生態(tài)區(qū)等。目前來看，政府措施在局部地區(qū)已經(jīng)取得了顯著的成效，但是水生態(tài)環(huán)境還未根本地改善。對于重點(diǎn)工業(yè)區(qū)，例如研究區(qū)域內(nèi)，蔡家坡和虢鎮(zhèn)的污染指數(shù)在2019年不降反升，表明了為降低運(yùn)營成本，某些工企業(yè)依然在偷排偷放。

圖3 秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)情況

3 結(jié)語

(1)2014-2020年渭河寶雞段上游水質(zhì)較好，拓石、仙龍和林家村的內(nèi)梅羅污染指數(shù)均小于0.6，進(jìn)入寶雞市區(qū)后，渭河水質(zhì)明顯變差，臥龍寺、虢鎮(zhèn)斷面的污染指數(shù)均高于上游，達(dá)0.8左右，途徑工業(yè)重鎮(zhèn)蔡家坡時(shí)，內(nèi)梅羅污染指數(shù)又稍微下降，但僅降低9%。位于渭河寶雞段下游的永安村由于支流的匯入和水體本身自凈作用，其污染指數(shù)顯著下降，較虢鎮(zhèn)斷面降低了33%?？傮w來看，渭河寶雞段上游水質(zhì)較好，中游水質(zhì)較差，下游水質(zhì)略有好轉(zhuǎn)，其中污染物貢獻(xiàn)率最大的為氨氮，其次是總磷、化學(xué)需氧量。

(2)應(yīng)用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對渭河寶雞段的水質(zhì)進(jìn)行變化趨勢分析，7個(gè)斷面的水質(zhì)均呈現(xiàn)出顯著性好轉(zhuǎn)。但是，虢鎮(zhèn)與蔡家坡的污染指數(shù)在2019年有所上升，需引起足夠的重視和警惕。

(3)“十三五”是生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展矛盾的凸顯期和交錯(cuò)期，也是新的環(huán)境問題與現(xiàn)有環(huán)境問題交織的瓶頸期。寶雞市政府在全面建設(shè)小康社會(huì)的過程中，頂住壓力，將保護(hù)生態(tài)環(huán)境的戰(zhàn)略機(jī)遇牢牢抓住，加強(qiáng)污染防治與生態(tài)保護(hù)聯(lián)動(dòng)協(xié)同，實(shí)施最嚴(yán)格的生態(tài)保護(hù)制度，不斷提高環(huán)境管理的信息化水平，保障了“十三五”收官之年，全市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體得到改善。這也與本文研究的成果較為一致，“十三五”規(guī)劃中的生態(tài)文明建設(shè)任務(wù)初見成效。

(4)2021年作為“十四五”的開局之年，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化迅速推進(jìn)的勢頭不會(huì)減緩，關(guān)于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善的難度也會(huì)加大，給當(dāng)?shù)卣疀Q策者帶來了機(jī)遇與挑戰(zhàn)。針對渭河治理，各地市應(yīng)從全流域規(guī)劃出發(fā)，互相配合，互相監(jiān)督，保障各區(qū)段具體任務(wù)的落實(shí)，建議健全環(huán)境管理機(jī)制，提倡清潔能源，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高全民環(huán)保意識(shí)，確保渭河流域的可持續(xù)發(fā)展。今后五年，未來可期，愿我們早日完成“水美三秦、水潤三秦、水富三秦”的美好畫卷。