東平湖區上游河段水質評價與影響因素研究

郭瑩瑩，劉曉瓊，馬 睿

（1.泰安市水土保持生態環境監測站，山東 泰安 271000；2.岱岳區勝利水庫管理中心，山東 泰安 271000）

本研究在對東平湖區上游水質現狀和變化特征分析的基礎上，研究水質變化程度與社會經濟之間的關系，為大汶河流域水污染治理和生態環境改善提供參考。

1 研究區概況

大汶河主流發源地位于淄博市沂源縣山南麓的沙崖子村，由東向西流經萊蕪、泰安、濟寧，在泰安市境內河段長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。東平湖區上游河段研究范圍為泰山區、岱岳區、新泰市、肥城市、寧陽縣5 個縣（市、區），多年平均天然年徑流量為9.72 億m3，相應年徑流深為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、模糊數學法相結合，依據大汶河水文站點監測斷面的水質數據，進行水質綜合評價，通過主成分分析法、灰色關聯分析法研究影響因子的貢獻率和關聯度分析，并運用GM（1，1）模型，進行東平湖區上游河段未來 5 年水質指標預測。

3 數據來源

本研究水質數據選取大汶口水文站、戴村壩水文站2008 年1 月至2017 年12 月監測斷面數據，由泰安市水文局提供，監測和試驗均符合《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002），人口和GDP 等社會經濟數據來源于山東省統計年鑒和泰安統計年鑒等。

4 結果與分析

4.1 水質分析

為保證水質數據的完整性和一致性，選取氨氮（NH3－N）、總磷（TP）、五日生化需氧量（BOD5）、化學需氧量（COD）4 項常規水質監測指標評價為基礎，采用地圖重疊法和模糊數學法進行水質綜合分析。

地圖重疊法取單項值的最大類別為總評級，按照枯水期、豐水期進行評價。模糊數學法綜合考慮水質級別界限的模糊性，考慮水質參數對污染作用的差異，運用隸屬函數對單項水質進行評價，根據水質參數權重，運用模糊矩陣進行復合計算，對水質指標進行綜合分析評價，結果如表1。

通過地圖重疊法和模糊數學法綜合分析，東平湖區上游河段水質發生較為顯著的變化。年際變化方面，2008—2014 年，水質有了較為顯著的提升，這與大汶河綜合開發項目河道疏浚、攔蓄工程、人工濕地建設等治理措施的開展有關，使面源污染得到有效控制，在涵養水源、凈化水質方面效果顯著；年內變化方面，2008 年和2014 年大汶口站、戴村壩站枯水期水質較豐水期較差，這與枯水期工業污廢水產出排放有關，豐水期由于降水增多，河水得到稀釋，水質評價較好。

表1 水質綜合分析結果

4.2 影響因素分析

1）主要影響因子主成分分析。研究選取總人口、人均GDP、第一產業產值、第二產業產值、第三產業產值、農村人口、播種面積、農藥使用量、化肥使用量、地膜使用量、大牲畜存欄量等相關影響因子與水質監測指標進行數據分析，應用SPSS 23.0，對樣本先進行標準化再進行分析計算，綜合得出相關系數矩陣、特征值、主成分貢獻率與累積貢獻率表，如圖1。

圖1 各因子對主成分貢獻率分布圖

結果表明，11 個影響因子之間存在較高的相關性，可以進行主成分分析，各因子對主成分貢獻率分布圖見圖1。第一主成分（總人口、人均GDP、第一產業產值、第二產業產值、第三產業產值）貢獻率達65.4%，是主控因子，與社會經濟發展有關，是水質變化的主要驅動力；第二主成分（農村人口、播種面積、化肥使用量、農藥使用量、地膜使用量、大牲畜存欄量）貢獻率達34.4%，與農村生活和農業面源污染有關。

2）水質與社會經濟指標的灰色關聯分析。采用灰色關聯分析，通過數據的無量綱化轉換，計算得出2008—2017 年間研究區內水質和社會經濟指標的關聯度，如表2。

表2 東平湖區上游河段水質和社會經濟指標的關聯度

根據灰色關聯度等級，化學需氧量和總人口、第一產業；五日生化需氧量和總人口為中等關聯度，其他水質指標和社會經濟指標呈低度關聯。

4.3 未來5 年水質灰色預測模型

運用GM（1，1）模型進行預測時，進行主要水質指標未來5 年灰色模型預測，并進行殘差修正及檢驗，預測模型見表3。

結果表明，氨氮、總磷建立的灰色模型的后驗差比值C 均小于0.35，小誤差頻率P 均為1，符合一級檢驗標準；化學需氧量、五日生化需氧量建立的灰色模型的后驗差比值C 均小于0.65，小誤差頻率P 小于0.7，符合三級檢驗標準。未來五年主要污染物指標均呈逐年下降趨勢，其中氨氮、總磷下降幅度較大，化學需氧量、五日生化需氧量基本平穩下降。

5 結論與建議

近年來，泰安市通過小流域治理工程和大汶河綜合開發工程的開展，東平湖區上游水質得到一定程度的改善。在水生態文明建設背景下，泰安市需多措并舉，加強水環境保護和治理力度，進一步打造“大汶河—東平湖生態區”，構建“山水林田湖草”生命共同體。

1）調整產業結構，提高農業生產水平。適當調整產業結構，采用改變微地形、增加地面覆蓋、增加土壤入滲、節水灌溉等措施，改善農業生產條件，合理配置土地利用形式，提高農業生產水平。

2）加大治污力度，改善區域水質。把握源頭和關鍵問題，嚴控工業廢水排放和居民生活污水排放，采取生物化學物理等污染處理技術，加大污染治理力度，多渠道改善水質。

表3 未來5 年水質指標的灰色預測模型

3）健全法制制度，合理保護水資源。加強水資源統一管理，建立健全法制體系建設，完善相關政策，配套政府補貼資金，合理保護和優化配置水資源。

4）完善監測體系，建立考評機制。建立專業水質監測隊伍，發展生物監測、獲取精確數據、提高監測水平、加大監督執法力度，將綠色GDP 納入到績效考核機制，為生態文明建設提供數據參考。

5）加強宣傳教育，提高環保意識。積極嘗試利用傳統媒體和新媒體平臺，加強思想教育和法制宣傳，增強居民環保意識，積極主動參與生態文明建設。