阜新細(xì)河流域水污染綜合指數(shù)定量評(píng)估研究

齊 麗，王長(zhǎng)迪

(阜蒙縣水利事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 阜蒙 123100)

0 前 言

細(xì)河屬于阜新地區(qū)較大的河流之一，主要流經(jīng)整個(gè)阜新市各行政分區(qū)，近些年來，受到阜新市區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，細(xì)河流域的水污染狀況受到不同程度的影響[1-2]。當(dāng)前，阜新市加大了對(duì)細(xì)河流域水環(huán)境狀況的綜合治理，尤其是河長(zhǎng)制工作的不斷開展，細(xì)河清四亂力度不斷加大，排入細(xì)河流域的各項(xiàng)污染物得到嚴(yán)控控制，細(xì)河流域的水環(huán)境狀況得到明顯改善[3]。為保障細(xì)河流域水環(huán)境狀況的可持續(xù)改善，阜新市開展整個(gè)流域的水污染環(huán)境變化的研究，通過水污染環(huán)境變化從而制定更為詳細(xì)的流域水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃[4]。在細(xì)河水污染環(huán)境變化研究中亟待解決的一個(gè)問題是如何構(gòu)建水污染綜合指數(shù)，不同區(qū)域?qū)λ廴揪C合指數(shù)的構(gòu)建已開展過相關(guān)研究[5-11]，但這些研究大都結(jié)合區(qū)域水環(huán)境變化的特點(diǎn)制定的水污染綜合指數(shù)，該指數(shù)不具備通用性，需要結(jié)合流域?qū)嶋H的水環(huán)境變化特點(diǎn)，制定與流域水環(huán)境相適應(yīng)的水污染綜合指數(shù)。為此文章從構(gòu)建適合于阜新地區(qū)細(xì)河流域的水污染綜合指數(shù)的角度出發(fā)，在前人研究的相關(guān)基礎(chǔ)上，對(duì)阜新地區(qū)水污染情況進(jìn)行綜合評(píng)估，評(píng)估結(jié)果對(duì)于阜新地區(qū)的水污染綜合治理具有重要的參考意義。

1 研究區(qū)域及研究方法

1.1 細(xì)流域概況

細(xì)河漢名“馬鞍河”，清代乾隆年間蒙古名稱為“錫日塔拉河”，日偽統(tǒng)治時(shí)期阜新市區(qū)段稱“細(xì)河”，遼寧省水文總站自20世紀(jì)50年代初至今在歷年印制《水文年鑒》中伊嗎圖河以下通稱“西河”，阜新市區(qū)段稱“細(xì)河”，第1次水利普查后通稱細(xì)河。系大凌河左岸一級(jí)支流，發(fā)源于遼寧省阜蒙縣阜新鎮(zhèn)平安地村駱駝山，流經(jīng)阜新縣、新邱區(qū)、太平區(qū)、細(xì)河區(qū)、海州區(qū)、義縣、清河門區(qū)，于義縣大榆樹堡鎮(zhèn)梁家塔村入大凌河。細(xì)河流域面積3096km2，河流長(zhǎng)度126km，河道平均比降1.28‰。多年平均年降水量503.9mm、徑流深62.7mm。流域平均寬度為24.6km，河道彎曲系數(shù)為1.6，形狀系數(shù)為0.20，河網(wǎng)密度0.4。流域面積10km2以上一級(jí)支流25條，二級(jí)支流46條，三級(jí)支流11條。流域面積100-1000km2河流9條，50-100km2河流9條，10-50km2河流64條。

1.2 調(diào)查方法

為對(duì)細(xì)河生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行調(diào)查，分別在2019年對(duì)細(xì)河豐水期和枯水期設(shè)置了6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，基于前人研究的水污染評(píng)估指標(biāo)體系建立適合于細(xì)河流域水污染狀況的綜合評(píng)估指標(biāo)。通過對(duì)不同指標(biāo)進(jìn)行賦分評(píng)價(jià)，累加得到細(xì)河流域的水污染綜合指數(shù)，該指數(shù)越大表明流域水環(huán)境狀況越好。對(duì)水層表面0.5-1.0m進(jìn)行水樣的采集。同時(shí)采樣水生生物和水質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定，其中在完成水質(zhì)采樣后，密封采樣瓶進(jìn)行室內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)，完成水生藻類的采樣后，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行配制后，對(duì)采樣點(diǎn)附近底泥進(jìn)行均勻采樣，在培養(yǎng)皿對(duì)采樣點(diǎn)的藻類進(jìn)行靜置。

1.3 樣品測(cè)定方式

采樣試驗(yàn)常規(guī)測(cè)定方法對(duì)水質(zhì)采樣指標(biāo)pH、DO、CODmn、CODcr、BOD5、NH3-N、電導(dǎo)率、TP、TN、NO3--N、NO2—N、Ka+、Ca+、Mg+、SO4進(jìn)行測(cè)定，水生生物功能完整度通過水生藻類進(jìn)行表征，水生生物水體污染指標(biāo)通過生物多樣指數(shù)進(jìn)行分析，分析方程為：

(1)

式中：ni為第i種藻類個(gè)數(shù)；N為藻類的總數(shù)；當(dāng)H=0為水體污染指標(biāo)較高，當(dāng)H在[1-2]之間水體中度污染；H>3為水質(zhì)狀況較好。

2 細(xì)河流域水污染綜合評(píng)估指標(biāo)的建立

2.1 主成分指標(biāo)篩選

為對(duì)細(xì)河流域水污染健康指標(biāo)進(jìn)行有效篩選，采用主成分分析方法對(duì)15個(gè)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，基于主成分分析方法的細(xì)河流域水污染綜合指標(biāo)分析結(jié)果，見表1。

表1 基于主成分分析方法的細(xì)河流域水污染綜合指標(biāo)分析結(jié)果

從阜新細(xì)河流域的各項(xiàng)水污染綜合指標(biāo)的主成分分析結(jié)果可看出，氨氮屬于細(xì)河流域水污染指數(shù)最高的指標(biāo)，而亞硝酸鹽的水污染指數(shù)最低，氨氮主要來源為工業(yè)和生活污水排放，從各項(xiàng)水污染指數(shù)的方差貢獻(xiàn)率可看出，第3主成分的方差貢獻(xiàn)率最大為23.725%，第3主成分中電導(dǎo)率指數(shù)最大，亞硝酸鹽指數(shù)最小，在累積方差貢獻(xiàn)率中，第四主成分的累積方差貢獻(xiàn)率最大，而在第4主成分中同樣電導(dǎo)率的水污染指數(shù)最高。因此可看出，對(duì)于細(xì)河流域而言，氨氮和電導(dǎo)率屬于流域水污染影響的兩個(gè)主要因素。

2.2 水污染指數(shù)方差貢獻(xiàn)率分析

按照細(xì)河流域水污染各項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行方差貢獻(xiàn)率的統(tǒng)計(jì)分析，細(xì)河流域水污染綜合指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率，見表2；并結(jié)合各指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率對(duì)其主要影響指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，細(xì)河流域水污染綜合評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果，見表3。

表2 細(xì)河流域水污染綜合指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率

表3 細(xì)河流域水污染綜合評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算結(jié)果

從細(xì)河流域水污染綜合指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率分析結(jié)果可看出，8項(xiàng)主成分篩選出的水污染指標(biāo)特征值在0.315-2.175之間變化，各項(xiàng)指標(biāo)中電導(dǎo)率的方差貢獻(xiàn)率最大，為20.955，高錳酸鹽指數(shù)污染指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率最低，為11.265%。結(jié)合各水污染指標(biāo)的主成分分析結(jié)果，對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行了分析，從權(quán)重分析結(jié)果可看出，電導(dǎo)率的權(quán)重最大，高錳酸鹽指數(shù)由于方差貢獻(xiàn)率最低，因此其對(duì)細(xì)河流域的水污染綜合影響度最低，其權(quán)重值也最小，各主成分的權(quán)重均值為0.025。

3.3 水污染單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估結(jié)果

結(jié)合劃定的水污染綜合等級(jí)，各特征評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分結(jié)果，見表4，結(jié)合細(xì)河流域各水污染指標(biāo)對(duì)選取的細(xì)河流域6個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的水污染進(jìn)行單項(xiàng)指標(biāo)合評(píng)估，細(xì)河流域各典型斷面污染度評(píng)估結(jié)果，見表5。

表4 各特征評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分結(jié)果

表5 細(xì)河流域各典型斷面污染度評(píng)估結(jié)果

從評(píng)估結(jié)果可看出，細(xì)河流域各水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面單項(xiàng)水污染指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果均有所差異，其中中度水污染主要為1#、4#以及5#斷面，通過實(shí)地調(diào)查分析，這3個(gè)斷面水質(zhì)狀況受到生活污水排放影響，水體中電導(dǎo)率指標(biāo)較高，而電導(dǎo)率是細(xì)河流域影響權(quán)重較大的水污染指標(biāo)，因此評(píng)估達(dá)到中度水污染狀況，和實(shí)際河段監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)狀況較為吻合。3#和6#監(jiān)測(cè)斷面單項(xiàng)水污染指標(biāo)評(píng)估為高度水污染，通過實(shí)地調(diào)查分析，這2個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面由于受到生活和工業(yè)廢水排放的共同作用影響，其水體電導(dǎo)率以及氨氮指標(biāo)值均較高，使得其評(píng)估為高度污染狀況。而2#斷面由于離排污口距離較遠(yuǎn)，受工業(yè)和生活污水排放影響度較小，通過實(shí)地調(diào)查分析，2#斷面水污染各項(xiàng)指標(biāo)均較低，因此單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估總體為低度污染。

3.4 水污染綜合評(píng)估

結(jié)合構(gòu)建的水污染綜合評(píng)估指標(biāo)體系以及劃分的評(píng)估等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)細(xì)河流域6個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的水污染綜合指數(shù)和污染綜合等級(jí)進(jìn)行評(píng)估，細(xì)河流域各典型水污染綜合綜合評(píng)估結(jié)果，見表6。

表6 細(xì)河流域各典型水污染綜合綜合評(píng)估結(jié)果

從前面單項(xiàng)水污染指標(biāo)評(píng)估結(jié)果可看出，1#、4#以及5#斷面受生活污水排放影響，水體中電導(dǎo)率指標(biāo)較高，單項(xiàng)水污染評(píng)估達(dá)到中度水污染，通過水污染綜合評(píng)估表明以上3個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的水污染綜合等級(jí)可達(dá)到亞健康等級(jí)，這主要是因?yàn)殡m然1#、4#以及5#斷面的電導(dǎo)率較高，但是以上3個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的其他水污染指標(biāo)較低，尤其是氨氮指標(biāo)值較小，因此其水污染綜合指數(shù)總體低于160，處于中度污染狀況。3#斷面由于電導(dǎo)率和氨氮指標(biāo)值均較高，作為細(xì)河流域水污染影響權(quán)重最高的兩線水污染指標(biāo)，使得3#斷面水污染綜合等級(jí)總體為較差的狀況，建議加大細(xì)河流域3#水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的水污染保護(hù)。

4 結(jié) 論

1)對(duì)于細(xì)河流域而言，氨氮和電導(dǎo)率屬于流域水污染影響的2個(gè)主要因素，高錳酸鹽指數(shù)由于方差貢獻(xiàn)率最低，因此其對(duì)細(xì)河流域的水污染綜合影響度最低，其權(quán)重值也最小，各主成分的權(quán)重均值為0.025。

2)電導(dǎo)率和氨氮指標(biāo)較高的細(xì)河流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面其水污染綜合指數(shù)總體>160，為較差的水環(huán)境狀況，細(xì)河流域主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面水污染綜合等級(jí)總體為中度污染。