昭通市地表水水質(zhì)評價與變化趨勢分析

丁剛益 毛小云 陳柯瑾 保琳琳 華晶晶

摘要：地表水水質(zhì)評價對掌握區(qū)域水環(huán)境優(yōu)劣具有重要意義。利用云南省昭通市境內(nèi)22個水質(zhì)監(jiān)測站點2011～2016年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，在對各站點歷年水質(zhì)進行評價的基礎(chǔ)上，采用Mann-Kendall趨勢檢驗法對水質(zhì)變化趨勢進行分析。結(jié)果表明：①昭通市總體水質(zhì)較好，符合地表水Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的河長占總河長的90.8%。②從時間分布看，非汛期水質(zhì)略好于汛期。③水質(zhì)變化趨勢上看，91.07%的站點無顯著趨勢，3.57%的站點部分監(jiān)測指標(biāo)有顯著上升趨勢，5.36%的站點部分監(jiān)測指標(biāo)有顯著下降趨勢;存在顯著變化趨勢的水質(zhì)分析項目主要為氨氮與總磷，各站的高錳酸鹽指數(shù)與五日生化需氧量變化趨勢均不顯著。④雖然昭通市各站點地表水水質(zhì)在2011～2016年間變化趨勢不顯著，但有些項目指標(biāo)仍呈現(xiàn)出一定的上升趨勢，這說明全市地表水水質(zhì)有變差的趨勢，須采取水資源保護措施，改善地表水水質(zhì)。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)評價;地表水; 水質(zhì)監(jiān)測;Mann-Kendall;昭通市

中圖法分類號：X824文獻標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.04.013

文章編號：1006 - 0081（2021）04 - 0075 - 04

1 研究背景

地表水資源是經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展不可缺少的重要資源。地表水水質(zhì)評價是水資源管理和水污染防治的重要基礎(chǔ)和可靠保障，關(guān)乎人民生產(chǎn)生活和社會可持續(xù)發(fā)展[1-2]。昭通市位于云南省東北部，境內(nèi)山巒迭聳，河流深切，溝壑縱橫，水系發(fā)育[3]。河流呈南西—北東向的樹枝狀和羽狀水系注入金沙江（長江）東流，屬雨水補給的高原河流類型。主要河流有金沙江下段水系的金沙江（昭通境內(nèi)）、橫江、牛欄江以及長江上游干流水系的赤水河，其河流水質(zhì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到全市居民生活健康與質(zhì)量，關(guān)系到社會經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。代堂剛[4]根據(jù)昭通市2011年24個水質(zhì)監(jiān)測站資料，采用單因子指數(shù)法對全市水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測成果進行分析與達(dá)標(biāo)評價。肖軍等[5]采用2011～2015年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了昭通市境內(nèi)漁洞水庫及其徑流區(qū)的水質(zhì)狀況，找出了污染因子，并提出了水質(zhì)保護措施。

由于地表水水體中涉及多種污染因素和變量，具有高度的隨機性、復(fù)雜性和綜合性。對地表水水質(zhì)的評價既要識別水質(zhì)類別、主要污染物及超標(biāo)倍數(shù)，也應(yīng)反映水質(zhì)在時間與空間上的變化情況。因此，在對地表水水質(zhì)進行評價的同時，還應(yīng)開展水質(zhì)變化趨勢分析[6-7]。

鑒于此，本文針對昭通市境內(nèi)22個水質(zhì)監(jiān)測站點2011～2016年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，在對各站點歷年水質(zhì)進行評價的基礎(chǔ)上，采用Mann-Kendall趨勢檢驗法對水質(zhì)變化趨勢進行分析，客觀評價昭通市地表水水質(zhì)狀況，以期為昭通市水資源管理和保護提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概況

昭通市位于云南省東北部，地處云、貴、川三省接合部：西部及北部與四川省接壤，東部與貴州省相連，南鄰曲靖市會澤縣。南北長234 km，東西寬241 km，周邊長1 482 km，國土面積23 021 km2。昭通市西部與大涼山、魯南山隔江相望，東部和南部位處烏蒙山西側(cè)，與黔西北山地毗鄰，東北部俯視四川盆地。金沙江、牛欄江、橫江婉蜒穿插于深山峽谷中，形成山川東西排列，昭魯壩區(qū)綴于中央的滇東北過渡型侵蝕山原的地理景觀。

2.2數(shù)據(jù)來源

本次地表水水質(zhì)分析采用的數(shù)據(jù)為昭通市境內(nèi)22個水質(zhì)監(jiān)測站點2011～2016年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，各測站位置分布如圖1所示。

本次評價以水質(zhì)監(jiān)測站點為基本單元，從各站點水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)中選取GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》所涉及的項目：pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷、銅、鋅、氟化物、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物、揮發(fā)酚。評價項目為pH值、硫酸根、氯離子、溶解性鐵、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氟化物、揮發(fā)酚、氰化物、砷、汞、銅、鉛、鋅、鉻、六價鉻、總磷、石油類、水溫、總硬度，共24項。

3研究方法

3.1 水質(zhì)評價方法

本次評價按照SL395-2007《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》中“地表水水質(zhì)評價”相關(guān)條款的規(guī)定，采用單指標(biāo)評價法[8]。超標(biāo)項目的超標(biāo)倍數(shù)按式（1）計算。

[Bi=CiSi-1]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：Bi為某水質(zhì)項目超標(biāo)倍數(shù);Ci為某水質(zhì)項目濃度，mg/L;Si為某水質(zhì)項目與水質(zhì)管理目標(biāo)對應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為評價標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L。

3.2 Mann-Kendall趨勢檢驗法

Mann-Kendall檢驗方法（簡稱MK檢驗）是非參數(shù)檢驗方法的一種，因其樣本不需要遵從某種分布規(guī)律且計算簡便，在水文領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用很廣[9-10]，具體計算過程如下。

對原始時間序列（x1，x2， …，xn），檢驗統(tǒng)計量S按式（2）計算。

[S=k=1n-1j=k+1nSgn（xj-xk）]? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：Sgn為符號函數(shù)，根據(jù)式（3）計算。

[Sgn（xj-xk）=1，（xj-xk）>00，（xj-xk）=0-1，（xj-xk）<0]? ? ? ? ? ?（3）

統(tǒng)計檢驗量S服從正態(tài)分布，根據(jù)[Var（S）=n（n-1）（2n+5）/18]計算統(tǒng)計檢驗量S的方差。

若n>10，則標(biāo)準(zhǔn)的正態(tài)系統(tǒng)變量通過式（4）計算。

[Z=S-1Var（S） ，S>00 ，? ?S=0S+1Var（S） ，S<0]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

最后，根據(jù)Z的大小判斷原始序列的趨勢特性。Z>0，表明原始序列存在上升趨勢;反之，則存在下降趨勢。對于給定置信水平α，若[Z≥Z1-α/2]，則說明在α置信水平上，原始序列存在明顯的上升或下降趨勢。

4結(jié)果分析

4.1 地表水水質(zhì)評價

根據(jù)各站點水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，分非汛期、汛期、全年對各站點歷年水質(zhì)進行評價。評價結(jié)果如表1所示，全年各類河長占比如圖2所示。從表1、圖2中可以看出，Ⅱ～Ⅲ類河長占比最高，達(dá)85%以上。Ⅰ類、Ⅴ類及劣Ⅴ類河長占比有所增加。

對2016年昭通市水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果進行詳細(xì)分析。2016年全市地表水水質(zhì)監(jiān)測站點（斷面）22個，監(jiān)測評價河長1 554.4 km。2016年評價河段水質(zhì)類別河長如圖3所示。從圖3可以看出：昭通市2016年全年水質(zhì)主要集中在Ⅱ類，所占比例超過75%;Ⅰ類河長為73.3 km，占評價總河長的4.72%;Ⅱ類河長1 266.5 km，占評價總河長的81.48%;Ⅲ類河長154.9 km，占評價總河長的9.97%;Ⅳ類河長19.9 km，占評價總河長的1.28%;Ⅴ類河長39.8 km，占評價總河長的2.56%;劣Ⅴ類河長為0。從時間分布看，非汛期水質(zhì)略好于汛期。非汛期水質(zhì)符合地表水Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的河長1 392.8 km，占評價總河長的89.60%，比汛期多0.58%;Ⅳ類水質(zhì)河長121.8 km，占評價總河長的7.84%，比汛期少0.58%;Ⅴ類水質(zhì)河長39.8 km，占評價總河長的2.56%，與汛期相同。

圖3 2016年評價河段各時期水質(zhì)類別河長

4.2 水質(zhì)變化趨勢分析

采用2011～2016年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)中的氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量及總磷進行水質(zhì)趨勢分析。經(jīng)統(tǒng)計，具有連續(xù)6 a水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的站點共有14個。趨勢檢驗結(jié)果如表2所示。在置信度95%水平上，當(dāng)[Z>1.64]時，說明具有顯著的上升或下降趨勢。

按照水質(zhì)站點和主要分析項目統(tǒng)計，全市共監(jiān)測評價56站項。其中91.07%的站項無顯著變化趨勢，3.57%有顯著上升趨勢，5.36%有顯著下降趨勢。存在顯著變化趨勢的水質(zhì)分析項目主要為氨氮與總磷，各站的高錳酸鹽指數(shù)與五日生化需氧量變化趨勢均不顯著。

對氨氮，除漁洞水庫無趨勢外，其他站點均有不同程度的上升或下降趨勢。具有上升趨勢的站點有8個，占總數(shù)的57.14%，顯著上升的站點有2個，分別為安邊大橋與洛甸河。具有下降趨勢的站點有5個，占總數(shù)的35.71%，顯著下降的站點有兩個，分別為新泉與箐口塘。

對高錳酸鹽指數(shù)，除洛甸河無趨勢外，其余站點均有上升趨勢，但該上升趨勢均不顯著。

對五日生化需氧量，除洛甸河和大沙店無趨勢外，其他站點均存在不顯著的上升或下降趨勢。具有上升趨勢的站點有9個，占總數(shù)的64.29%。具有下降趨勢的站點有3個，占總數(shù)的21.43%。

對總磷，所有站點均呈現(xiàn)上升或下降趨勢。具有上升趨勢的站點有9個，占總數(shù)的64.29%，無顯著上升的站點。具有下降趨勢的站點有5個，占總數(shù)的35.71%，顯著下降的站點有1個，為箐口塘。

5 結(jié) 論

本文采用昭通市22個地表水水質(zhì)監(jiān)測站點2011～2016年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對昭通市地表水水質(zhì)進行評價，并分析了地表水水質(zhì)變化趨勢，結(jié)論如下：

（1）昭通市總體水質(zhì)較好，符合地表水Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的河長占總河長的90.8%，但流經(jīng)昭通城和魯?shù)槌堑恼阳敶蠛铀|(zhì)污染嚴(yán)重。從時間分布看，非汛期水質(zhì)略好于汛期。

（2）在對全市的水質(zhì)變化趨勢分析中，91.07%的站項無顯著趨勢，3.57%有顯著上升趨勢，5.36%有顯著下降趨勢。存在顯著變化趨勢的水質(zhì)分析項目主要為氨氮與總磷，各站的高錳酸鹽指數(shù)與五日生化需氧量變化趨勢均不顯著。

（3）昭通市各站點地表水水質(zhì)在2011～2016年間雖變化趨勢不顯著，但有些項目指標(biāo)仍呈現(xiàn)出一定的上升趨勢，這說明全市地表水水質(zhì)有變差的趨勢，需采取水資源保護措施，改善地表水水質(zhì)。

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（編輯：江 文）

Evaluation and trend analysis of surface water quality in Zhaotong City

DING Gangyi， MAO Xiaoyun， CHEN Kejin， BAO Linlin， HUA Jingjing

（Zhaotong investigation， Design & Research Institute of Water Conservance & Hydropower， Zhaotong 657000，China）

Abstract： The evaluation of surface water quality is of great significance to grasp the state quo of regional water environment. In this paper， on the basis of evaluating the water quality of each site over the years， water quality data from 22 water quality monitoring stations in Zhaotong City， Yunnan Province from 2011 to 2016 was used to analyze water quality trends by Mann-Kendall trend test. The results showed that： ①the general water quality of Zhaotong was good， 90.8% of total river length met the water quality standards of class I to III. ②In terms of temporal distribution， water quality in non-flood season was slightly better than that in flood season. ③In terms of trend variation， 91.07% of the stations showed no significant trend， some indexes obtained from 3.57% stations had a significant upward trend， some indexes obtained from 5.36% stations showed a significant decline trend. The main water quality analysis items that had significant trend were ammonia nitrogen and total phosphorus. The trend of permanganate index and 5-day biochemical oxygen demand at all stations was not significant. ④Although the surface water quality of the stations in Zhaotong City did not change significantly between 2011 and 2016， the indexes still showed a certain upward trend. This means that the surface water quality had a trend of deterioration. Water conservation measures are needed to improve the surface water quality.

Key words： water quality evaluation;surface water;? water quality monitoring; Mann-Kendall; Zhaotong City