惠女水庫豐枯水期水質狀況及變化趨勢分析

李佳藝

(福建省泉州環境監測中心站，福建 泉州 362000)

惠女水庫位于泉州市洛江區馬甲鎮彭殊村，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，供應洛江區和惠安縣多個鄉鎮的生活、工業以及農業生產用水[1-2]。水庫所在區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狀況，把握水質的時間變化規律，對評價水庫流域環境整治成效，保障水質安全具有重要意義。

當前，國內外學者對水質變化趨勢進行了大量研究。張鵬等運用季節性肯達爾檢驗法分析閩江下游水質變化趨勢[4]。張寶鋒等根據年均增長率公式與基于水質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變化趨勢[5]。楊盼等采用基于主成分分析的Spearman秩相關系數法分析長江干流水質變化趨勢[6]。徐萌等通過綜合營養狀態指數評價水質類別和營養狀態，對貴州省草海近年的水質變化趨勢進行了研究[7]。候林麗等采用單因子評價法、綜合污染指數法、季節性kendall檢驗法分析萬安水庫水質的時空特征及趨勢[8]。王文靜等采用單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法分析丹江口水庫典型入庫支流的水質評價與趨勢[9]。上述相關成果的研究方法和思路為研究水質變化趨勢提供了參考，本文采用基于水質綜合污染指數的Spearman秩相關系數法，研究分析惠女水庫豐枯水期的水質狀況及變化趨勢。

1 研究數據與方法

1.1 研究數據

以惠女水庫進口、庫心、出口3個點位作為研究區域，點位分布見圖1。根據惠女水庫十幾年來的水污染特征及水質常規監測因子，確定pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、生化需氧量、氨氮、總磷和總氮7項為主要影響指標，選取水庫2011～2020年豐水期（7月）、枯水期（11月）的水質監測數據作為研究數據。本文研究數據來自福建省泉州環境監測中心站。

圖1 惠女水庫監測點位圖

1.2 研究方法

1.2.1 水質綜合污染指數

水質綜合污染指數是對單項污染指數的統計，能夠對監測點位的水質進行定量分析，判斷水質綜合污染程度[10]。污染指數的計算與監測點位的水質目標有關[11]，本研究區域的水質目標為Ⅲ類。單項污染指數和水質綜合污染指數計算公式為：

（1）一般水質因子（隨著濃度增加而水質變差的水質因子）的污染指數

式中：Si,j——評價因子i的污染指數，大于1表明該因子超標；

Ci,j——評價因子i在j點的實測統計代表值，mg/L；

Csi——評價因子i的水質評價標準限值，mg/L。

（2）溶解氧（DO）的污染指數

式中：SDO,j——溶解氧的污染指數，大于1表明該因子超標；

DOj— —溶解氧在j點的實測統計代表值，mg/L；

DOs——溶解氧的水質評價標準限值，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）水質綜合污染指數

式中：p——水質綜合污染指數；

n——參與評價的污染物數；

水質綜合污染指數判定斷面水質類別的標準見表1。

表1 水質類別判定標準

1.2.2 Spearman秩相關系數法

Spearman秩相關系數法又稱等級差數法[12-13]，是一種非參數檢驗方法，具有不需要嚴格數據條件[14]、不受離散群值影響的優勢[15]，已廣泛運用于衡量環境污染的時間變化趨勢[16]。Spearman秩相關系數計算公式為：

式中：rs為秩相關系數；

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為統計周期。

表2 秩相關系數的臨界值（Wp）

表2 秩相關系數的臨界值（Wp）

2 研究結果與分析

2.1 研究結果

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

圖2 水質綜合污染指數變化趨勢

表3 豐枯水期水庫水質綜合污染指數

運用公式（2—1）、（2—2）分別計算豐枯水期水庫進口、庫心和出口水質綜合污染指數隨時間變化的秩相關系數并進行顯著性檢驗，計算結果見表4。

表4 豐枯水期秩相關系數及顯著性檢驗

2.2 研究分析

2.2.1 水質污染狀況

對表3與圖2數據進行分析可得，無論是豐水期還是枯水期，水庫進口、庫心和出口水質在時間上均表現為2011～2015年存在污染，尤其是進口，而2016～2020年則全部達標且變化平穩；在空間上均表現為2011～2015年污染程度基本為進口＞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狀況可得，水庫水質較好時（P＜0.5），豐水期水質好于枯水期，而水質較差時，豐水期水質劣于枯水期。

2.2.2 水質變化趨勢

對表4與圖2數據進行分析可知，豐水期水庫進口、庫心和出口水質呈好轉趨勢，枯水期水庫進口、庫心水質呈好轉趨勢，而出口水質變化平穩；無論是豐水期還是枯水期，水庫水質好轉主要在2011～2015年，而2016～2020年則相對平穩。比較豐水期和枯水期的秩相關系數可得，水庫豐水期水質好轉趨勢較枯水期顯著。

3 討論

2009年泉州市開展重點流域水環境綜合整治[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區進行整治保護；2013年泉州市開展小流域“賽水質”活動，進一步改善了小流域水環境質量[18]；2014年泉州市推行“河長制”[19]，全面提升河道的保護管理工作。惠女水庫水質好轉與泉州市流域整治工作密切相關，尤其是整治初期。降水徑流沖刷使地表污染物進入水體，造成水體污染[20]?；菖畮焖|基本為豐水期劣于枯水期，水庫流域降水越大水質越差。由此表明惠女水庫周邊地表已受到污染。

4 結論

（1）2011年以來惠女水庫水質呈好轉趨勢，水庫水質于2016年全面達標并趨于平穩。（2）2016年起，惠女水庫進口、庫心和出口的污染程度相當，水庫水質基本處于同一水平，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，會對水庫水質造成污染，尤其是豐水期，因此應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”、“河長制”等項目實施對提升惠女水庫水質成效顯著，但提升作用逐年下降，因此，現有治理措施已難以滿足水庫水質的進一步提升，建議根據水庫現狀進行針對性整治，如水庫底泥清淤。