惠女水庫豐枯水期水質(zhì)狀況及變化趨勢分析

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(yīng)洛江區(qū)和惠安縣多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的生活、工業(yè)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(zhì)狀況，把握水質(zhì)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(zhì)安全具有重要意義。

當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)者對水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行了大量研究。張鵬等運用季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法分析閩江下游水質(zhì)變化趨勢[4]。張寶鋒等根據(jù)年均增長率公式與基于水質(zhì)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(zhì)變化趨勢[5]。楊盼等采用基于主成分分析的Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析長江干流水質(zhì)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(zhì)類別和營養(yǎng)狀態(tài)，對貴州省草海近年的水質(zhì)變化趨勢進(jìn)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(zhì)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(nèi)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(zhì)評價與趨勢[9]。上述相關(guān)成果的研究方法和思路為研究水質(zhì)變化趨勢提供了參考，本文采用基于水質(zhì)綜合污染指數(shù)的Spearman秩相關(guān)系數(shù)法，研究分析惠女水庫豐枯水期的水質(zhì)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(jìn)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(zhì)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(biāo)，選取水庫2011～2020年豐水期（7月）、枯水期（11月）的水質(zhì)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(zhì)綜合污染指數(shù)

水質(zhì)綜合污染指數(shù)是對單項污染指數(shù)的統(tǒng)計，能夠?qū)ΡO(jiān)測點位的水質(zhì)進(jìn)行定量分析，判斷水質(zhì)綜合污染程度[10]。污染指數(shù)的計算與監(jiān)測點位的水質(zhì)目標(biāo)有關(guān)[11]，本研究區(qū)域的水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類。單項污染指數(shù)和水質(zhì)綜合污染指數(shù)計算公式為：

（1）一般水質(zhì)因子（隨著濃度增加而水質(zhì)變差的水質(zhì)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(biāo)；

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(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)；

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(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)綜合污染指數(shù)

式中：p——水質(zhì)綜合污染指數(shù)；

n——參與評價的污染物數(shù)；

水質(zhì)綜合污染指數(shù)判定斷面水質(zhì)類別的標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 水質(zhì)類別判定標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 Spearman秩相關(guān)系數(shù)法

Spearman秩相關(guān)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(yán)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(guān)系數(shù)計算公式為：

式中：rs為秩相關(guān)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(guān)系數(shù)的臨界值（Wp）

表2 秩相關(guān)系數(shù)的臨界值（Wp）

2 研究結(jié)果與分析

2.1 研究結(jié)果

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

圖2 水質(zhì)綜合污染指數(shù)變化趨勢

表3 豐枯水期水庫水質(zhì)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(jìn)口、庫心和出口水質(zhì)綜合污染指數(shù)隨時間變化的秩相關(guān)系數(shù)并進(jìn)行顯著性檢驗，計算結(jié)果見表4。

表4 豐枯水期秩相關(guān)系數(shù)及顯著性檢驗

2.2 研究分析

2.2.1 水質(zhì)污染狀況

對表3與圖2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得，無論是豐水期還是枯水期，水庫進(jìn)口、庫心和出口水質(zhì)在時間上均表現(xiàn)為2011～2015年存在污染，尤其是進(jìn)口，而2016～2020年則全部達(dá)標(biāo)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(jìn)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(zhì)狀況可得，水庫水質(zhì)較好時（P＜0.5），豐水期水質(zhì)好于枯水期，而水質(zhì)較差時，豐水期水質(zhì)劣于枯水期。

2.2.2 水質(zhì)變化趨勢

對表4與圖2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，豐水期水庫進(jìn)口、庫心和出口水質(zhì)呈好轉(zhuǎn)趨勢，枯水期水庫進(jìn)口、庫心水質(zhì)呈好轉(zhuǎn)趨勢，而出口水質(zhì)變化平穩(wěn)；無論是豐水期還是枯水期，水庫水質(zhì)好轉(zhuǎn)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(guān)系數(shù)可得，水庫豐水期水質(zhì)好轉(zhuǎn)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(hù)區(qū)進(jìn)行整治保護(hù)；2013年泉州市開展小流域“賽水質(zhì)”活動，進(jìn)一步改善了小流域水環(huán)境質(zhì)量[18]；2014年泉州市推行“河長制”[19]，全面提升河道的保護(hù)管理工作?；菖畮焖|(zhì)好轉(zhuǎn)與泉州市流域整治工作密切相關(guān)，尤其是整治初期。降水徑流沖刷使地表污染物進(jìn)入水體，造成水體污染[20]?；菖畮焖|(zhì)基本為豐水期劣于枯水期，水庫流域降水越大水質(zhì)越差。由此表明惠女水庫周邊地表已受到污染。

4 結(jié)論

（1）2011年以來惠女水庫水質(zhì)呈好轉(zhuǎn)趨勢，水庫水質(zhì)于2016年全面達(dá)標(biāo)并趨于平穩(wěn)。（2）2016年起，惠女水庫進(jìn)口、庫心和出口的污染程度相當(dāng)，水庫水質(zhì)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(zhì)造成污染，尤其是豐水期，因此應(yīng)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(zhì)”、“河長制”等項目實施對提升惠女水庫水質(zhì)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(zhì)的進(jìn)一步提升，建議根據(jù)水庫現(xiàn)狀進(jìn)行針對性整治，如水庫底泥清淤。