嫩江干流水質綜合評價研究

TONHNY 李雨霏 魏逸衡 鄭國臣

摘 ?要：針對嫩江流域水污染及水資源管理問題，選取2016—2020年監測的嫩江干流9個斷面，以單因子評價方法為基礎，結合主成分分析對嫩江干流斷面汛期及非汛期主要水質污染因子及水質類別進行綜合評價。結果顯示，2016—2020年嫩江干流斷面水質總體較好，年際間呈現改善趨勢;2018年非汛期水質變差，并于2019年恢復。主成分分析說明在這五年期間，對水質影響最大的指標為化學需氧量和高錳酸鹽指數。不同方法評價結果略有差異，綜合來看，各斷面的水質在這5年中總體較好。

關鍵詞：嫩江 ?省界緩沖區 ?水質評價 ?單因子評價 ?主成分分析

中圖分類號：X824 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2021）04（b）-0124-04

Comprehensive Evaluation of Water Quality in Nenjiang River Mainstream

TONHNY1 ?LI Yufei1* ?WEI Yiheng2 ?ZHENG Guochen3

（1.School of Forestry， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang province， 150040 ?China;

2. College of Resources and Environment， Northeast Agricultural University， Harbin， Heilongjiang province， 150030 ?China; 3. Songliao River Basin Water Resources Protection Bureau， Changchun，

Jilin province， 130021 ?China）

Abstract： For the problems of water pollution and water resources management in the Nenjiang River basin， the main water pollution factors and water quality types from 2016 to 2020 of nine sections of Nenjiang River mainstream in flood season and non-flood season were evaluated by single factor evaluation and principal component analysis method. The results show that the water quality of the Nenjiang River mainstream is generally good from 2016 to 2020 and show an inter-annual improvement trend. The water quality of the non-flood season in 2018 deteriorated but it returned in 2019.By the principal component analysis， it were proved that indicators with the greatest impact on water quality were the Chemical oxygen demand and the permanganate in these five years. Thought the evaluation results of two methods are slightly different， Overall， the water quality of each section is better in the five years.

Key Words： Nenjiang River; Provincial boundary buffer; Water quality assessment; Single factor evaluation method; Principal component analysis

隨著社會經濟發展、水資源供需矛盾日趨嚴重，尤其是流域跨界水污染問題突出，管理部門日益關注。省界緩沖區是流域管理的重要環節，主要是為了協調省際間用水關系，分清跨省污染責任，加強流域水資源的污染防治，對促進流域經濟發展大有裨益。連續開展省界緩沖區河流斷面污染程度的評估，有助于確定上下游及臨省的水資源管理。本文選取嫩江干流斷面2016年以來的水質監測數據，采用單因子評價和主成分分析評價“十三五”期間水質情況，為完善嫩江干流水質監測及評價，實現水資源保護提供技術支撐。

1 ?嫩江基本情況

嫩江為松花江北源，流經黑龍江、吉林和內蒙古，在肇源縣三岔河附近與松花江南源第二松花江匯合后，流入松花江干流[1]。嫩江干流沿線有中國重要的林區、農牧區和水產基地[2]。“十二五”期間，對嫩江干流省界緩沖區已經做了一系列水質評估工作，如聶長旭[3]對2007—2017年間嫩江流域省界緩沖區的冰封期和非冰封期水質狀況進行了系統評價。張靜波[4]采用單因子評價法評價嫩江干流省界緩沖區2011—2015 年的水質。

1 ?評價范圍及方法

1.1取樣點位置

選取嫩江干流9個斷面分別為石灰窯、嫩江浮橋、繁榮新村、尼爾基大橋、小莫丁、拉哈、鄂溫克族鄉、莫呼渡口、江橋。

1.2 水質評價指標

理化指標包括2016—2020年以上9個斷面溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數（PMI）、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）共6項（2020年因未采集到尼爾基大橋、小莫丁和莫呼渡口的水樣，不參與評價）。

1.3 水質評價方法和標準

單因子評價[5]、主成分分析[6]、聚類分析[7-8]，評價標準參照《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）。

2 ?嫩江干流水質評價分析

2.1 單因子評價

嫩江流域主要降水期在6～9月，降水量年內分配不均勻，年際變化較大，最大年降水量為 937.4mm，最小年降水量為152.5mm[9]。根據嫩江干流斷面指標進行單因子評價，選取每個斷面全年、汛期和非汛期的水質指標均值進行評價，結果如表1。

（斷面序號：1石灰窯2嫩江浮橋3繁榮新村4尼爾基大橋5小莫丁6拉哈7鄂溫克族鄉8莫呼渡口9江橋）

從表1中可以看出，嫩江干流從2016—2020年符合或者優于Ⅲ類水體的斷面個數依次， 全年水質為8個、9個、8個、9個和6個（其中 2020年無4、5與8號斷面的水樣，故參評斷面只有6個），占參評斷面個數百分比依次為88.89%、100%、88.89%、100%和100%。 汛期水質均為6個，占參評斷面個數百分比依次為66.67%、66.67%、66.67%、66.67%和100%。非汛期依次為8個、9個、5個、9個和6個，占參評斷面個數百分比依次為88.89%、100%、55.56%、100%和100%。

除2016年和2017年有一個斷面沒有達標外，其他的時間嫩江干流全年主要斷面水質評價均達標，評價結果良好，存在部分年份內指標超出標準較多的情況。

汛期的水質穩定，1、2、3和9號斷面在2020年汛期的水質類別均優于2016年，整體呈現改善趨勢，9號斷面五年汛期水質較好，4-8號斷面汛期水質處于中等，1-3號斷面汛期水質較差。非汛期水質有所波動，總體穩定。2020年1和9號斷面非汛期水質較2016年有所改善，江橋斷面非汛期水質整體較好，2-7號斷面非汛期水質在2018年均出現下降，在2019年又恢復到原來水平。

單因子評價遵循最差原則，即以指標連續監測數據中最差的為判斷依據，對整體水質的整體評估較差，不能客觀真實地反映水質優劣，因而，有必要采用多種方法進行綜合評價。

2.2 主成分分析

2.2.1 嫩江干流斷面汛期主成分分析

使用spss23.0軟件對2016—2020年嫩江干流汛期的水質參數數據進行主成分分析，得到如下結果。

對表2嫩江干流9個斷面5年汛期數據的主成分分析后， 每個初始變量都可以被因子變量完全解釋，因此共同度都為1。從表3成分矩陣中可以看出，COD、PMI和NH3-N觀測值在第一主成分中占主要解釋部分，BOD5和TP在第二主成分中的占比較大，溶解氧主要為第三主成分起到解釋作用。

根據因子的得分計算綜合得分，按照各個因子的方差比重乘以各個因子得分求和進行計算，綜合得分越高說明斷面污染越嚴重，水質越差。因此，得出斷面水質綜合得分以及排序，選擇五年內的得分最大值，如表4所示。

表4說明2016—2020年汛期水質最好的斷面有5和9號斷面，水質中等的斷面有4、3、6和8號，水質最差的斷面有1、2和7號。綜合得分平均值說明2016—2020年汛期水質最好的斷面有5、6和9號，水質中等的斷面有4、7和8號，水質最差的斷面有1、2和3號。

綜合最大值和平均值排名來看，嫩江干流2016—2020年汛期水質較好的斷面有4-9號，水質較差的斷面有1、2和3號。

2.2.2 2016—2020非汛期的主成分分析

當采用特征值大于1提取主成分的方法時，由于只有兩個主成分時，累計貢獻率只有68.723%，并不能很好地代表大部分數據，因此調整為手動提取3個主成分因子。

表5可以看出，對第一主成分解釋最多的是PMI、BOD5和COD，第二主成分主要被DO和TP解釋，第三主成分所代表的指標主要為NH3-N。因此，得出斷面水質綜合得分以及排序，選擇五年內的得分最大值和平均值，如表6所示。

綜合得分最大值表明，2016—2020年非汛期水質最好的斷面有2、3和9號，水質中等的斷面有1、4、5和6號，水質最差的斷面有7和8號。綜合得分平均值表明，2016—2020年非汛期水質最好的斷面有1、2和9號，水質中等的斷面有3、6和8號，水質最差的斷面有4、5和7號。

3 ?結論

應用單因子評價、主成分分析方法，對嫩江干流9個斷面2016—2020年汛期和非汛期水質進行分析，得出以下結論。

（1）2016—2020年嫩江干流斷面水質總體較好，年際間呈現改善趨勢。大多斷面在2018年非汛期水質有降低，并于2019年恢復。

（2）主成分分析說明在這5年期間，對水質影響最大的指標為化學需氧量和高錳酸鹽指數。

參考文獻

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[2] 關博文.嫩江重要省界緩沖區水質評價方法研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2017.

[3] 聶長旭，劉瑩，鄭國臣，等.基于多元統計方法評價嫩江流域省界緩沖區水質[J].黑龍江大學自然科學學報，2020，37（3）：333-339.

[4] 張靜波，姜厚竹，張繼民，等.嫩江干流典型省界緩沖區水質狀況分析[J].水資源保護，2016，32（1）：97-100.

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[9] 胡朋瑞.嫩江流域水資源調度決策支持系統設計與開發[D].大連：大連理工大學，2019.