2018年瀘州市沱江河口段水質分析及評價

李 佳，趙 偉，董曉慶，劉昊錚

(1.重慶工商大學 環境與資源學院，重慶 400067；2.重慶工商大學 公共管理學院，重慶 400067；3.重慶工商大學 長江上游經濟研究中心，重慶 400067)

1 引言

水資源是一切生物生存和繁衍的物質基礎。我國水資源總量居世界第6，但人均水資源占有量在世界排名末端，不足世界人均占有量的1/4，是全球13個人均水資源缺乏國家之一[1，2]。我國水資源現狀問題突出，面臨的主要問題是：水資源短缺且分布不均勻，水資源過度開發，工業企業的發展導致水資源污染嚴重，人們對水資源的不合理利用造成水資源大量浪費[3，4]。水質研究有利于污染水體的治理，持續、循環利用水資源，為水資源的合理開發和水體污染綜合防治提供科學依據[5]。針對我國水資源污染現狀，開展水質研究工作刻不容緩。

沱江水質與沿江人群生存息息相關，有研究表明全國污染嚴重的小流域中近2/5分布在沱江流域，沱江流域承載了四川省1/4的人口用水[6]。2004年，因某企業向沱江流域排放遠超國家標準的違規廢水，導致河水污染嚴重，魚類大量死亡。此事件發生后，沱江流域水質成為學術界關注的焦點，以水質現狀評價及污染物特征分析、污染特性分析和某一區域內沱江流域水質分析為研究重點[7～10]。該事件是近10年來全國發生的最嚴重、最大型的水污染事件，迄今，是否仍有影響，沱江流域的相關水質指標參數是否達標？相關問題都亟待查明。因此對沱江水系水質進行研究十分必要，而單次短時間的研究結果是不準確的，本文采用pH值、DO、CODMn和NH3-N為指標參數對2018年沱江河口江段水質周年動態變化和季節變化情況進行研究，分析各參數變化趨勢，同時運用單因子指數法并結合《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)對其水質狀況進行初步評價，利用這些規律對預防沱江流域污染和水質管理工作提供科學依據。

2 研究區域

沱江屬于長江上游的一級支流，位于我國四川省中部地區。沱江全長712 km，流域面積有3.29萬km2，沱江流域跨成都、自貢、瀘州、綿陽、資陽等10個市36個縣(市、區)，經瀘州市小市街道流入長江，占全省面積的5.3%[11,12]。本研究研究區域為沱江下游河口江段，監測點位于瀘州沱江二橋，水樣來自于河水入江前的河水。

3 數據來源及研究方法

3.1 數據來源

研究表明，pH值、DO、CODMn和NH3-N作為水質監測中最重要和最常用的監測指標，可指示水體污染程度，預測水污染情況，對水環境質量和水環境功能評價具有重要意義[13,14]。水體中pH值、DO、CODMn及NH3-N是我國《地表水環境質量標準》(GB838-2002)中水質質量控制的基本項目，我國自動監測站也采用這4個參數對各地水質情況進行監測[14,15]。因此本文采用pH值、DO、CODMn及NH3-N指標參數對沱江水質進行分析和評價。本文數據來源于數據中心(http://datacenter.mee.gov.cn/websjzx/queryIndex.vm)。

3.2 研究方法

水質分析和水質評價是水質研究工作中重要內容，可檢測研究區域水質是否符合水質標準。根據規定的水質標準制定符合公眾利益的治理方案是污染控制的首要任務，因此可通過水質分析及評價檢測污染控制是否有效[16]。本文采用pH值、DO、CODMn和NH3-N指標參數測量結果對2018年沱江河口江段水質周年動態變化和季節變化情況進行研究分析，同時運用單因子指數法并結合《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)對其水質狀況進行初步評價。

3.2.1 水質分析

水質分析是指通過生物學、化學、物理學等方法對從水中采取的樣品進行多參數的定性及定量分析[17]。

3.2.1.1 周年變化

本文將2018年沱江河口段的pH值、DO、CODMn、NH3-N的監測數據按周進行周年動態分析。對2018年沱江河口段各參數在各周所測量數據進行匯總，分析最值和均值，然后對pH值、DO、CODMn、NH3-N在2018年各周數據做全年趨勢變化圖，分析各參數在2018年的趨勢變化。

3.2.1.2 季節動態

首先將各參數按季節分別劃分為4組，對每個參數4個季節間運用單因素方差進行顯著性分析，然后進行多重比較，進行兩兩季節間的顯著性分析。季節劃分情況如下：3～5月份為春季，6～8月份為夏季，9～11月份為秋季，12～2月份為冬季[14]。

3.2.2 水質評價

水質評價指根據所要評價的目標，選擇對應參數、標準以及評價方法，對水質的利用價值及處理要求作相應的評定[18]。我國最常用的水質評價法是我國環保部進行水質評價推薦使用的單因子評價法和污染指數法。本研究運用單因子指數評價法結合國家標準對沱江水質進行評價。運用單因子指數評價法和國家地表水標準對水質進行評價，再結合單因子指數評價法和國家標準評價結果進行對比。

3.2.2.1 單因子指數評價法

單因子指數評級法是將評價指標的實測濃度值與各類標準值的比值的方法，將最差的類別作為此次檢測的類別[19]。

其表達形式為：

(1)

式(1)中，Pi表示第i個評價指標的標準指數；Ci表示第i個評價指標的濃度監測值，mg/L；CO表示第i個評價指標的標準值，mg/L。

DO的計算公式為：

(2)

式(2)中：L4表示DO最低濃度限值；

pH值計算公式為：

(3)

式(3)中：Lmax表示pH值最高濃度標準限值；Lmin表示pH值最低濃度標準限值。

計算所需標準限值按照表1中各類水質標準限值，pH值計算公式按照公式(3)，DO計算公式按照(2)，CODMn和NH3-N按照公式(1)進行計算，當標準限值Pi<1，表示符合該類水質要求，當標準限值Pi>1，表示不符合該類水質要求，評價參數超過標準限值。

3.2.2.2 國家標準評價

根據各參數的監測值濃度與表1中《地表水環境質量標準》中對應的參數標準限值進行比對，得出水質評價結果。

表1 《地表水環境質量標準》中相關標準限值

4 結果分析

4.1 水質的周年動態

4.1.1 水質周年數據分析

本文將2018年沱江河口段pH值、DO、CODMn、NH3-N分別在各周實際監測值及全年平均值匯總得到表2。從表2中可看出：pH值在第51周為最大值，在31周是最小的，最大值為8.2，最小值為6.88，全年平均值為7.84；DO最大值出現在第8周，最小值出現在第18周，最大值為12.5 mg/L，最小值為5.85 mg/L，全年平均值為8.42；CODMn最大值出現在32周，最小值出現在第2周，最大值為5.6 mg/L，最小值為1.4 mg/L，全年平均值為2.86；NH3-N在18周取得最大值，在24周取得最小值，最大值為0.37 mg/L，最小值為0.08 mg/L，全年平均值為0.17 mg/L。

表2 2018年沱江河口段各參數測量數據最值及均值

4.1.2 水質各參數周年變化趨勢

根據2018年各周pH值、DO、CODMn、NH3-N的監測數據及其變化趨勢繪制折線圖，如圖1～4。從圖1中可看出，pH值上升趨勢細微，雖某些周有較明顯的波動，但全年變化不大，pH值周年變化總體保持穩定。從圖2可看出，雖然DO非常上升趨勢微弱，但是DO總體含量較高，且各周之間波動較明顯，總體年變化較大。從圖3可看出，CODMn全年上升趨勢明顯，各周之間波動明顯，周年變化較大。從圖4可看出，NH3-N全年下降趨勢較明顯，各周之間波動明顯，但其年含量較低，故全年變化較小。

圖1 pH值周年變化

圖2 DO周年變化

圖3 CODMn周年變化

圖4 NH3-N周年變化

4.2 水質的季節變化

4.2.1 pH值季節變化

采用單因素方差分析方法，將pH值、DO、CODMn、NH3-N各參數按照4個季節進行差異顯著性分析用P1表示，P2是pH值、DO、CODMn、NH3-N各參數中兩兩季節間的差異顯著性分析結果。據統計P1<0.01，故2018年沱江河口段水質pH值在四季中具有顯著差異，2018年沱江河口段pH值的各季節平均值大小為：冬季>秋季>春季>夏季。春季與夏季，夏季與秋季變化較大，而秋季與冬季的變化相對較小。將4個季節的pH值兩兩進行對比發現，春夏、春冬、夏秋和夏冬這4組兩個季節間均是P2<0.01，說明各組2個季節間有顯著差異；春秋、秋冬這2組兩個季節間均是P2>0.05，說明各組2個季節沒有顯著差異。

4.2.2 DO季節變化

2018年沱江河口段水質DO在四季中具有顯著差異(P1<0.01)，2018年沱江河口段DO的各季節平均值大小為：冬季>秋季>夏季>春季。夏季到秋季到冬季的溶解氧含量平均值都是增加，增加幅度較大，春季到夏季的增加速度較慢。對四季的DO兩兩進行對比發現，春秋、春冬、夏冬和秋冬這4組2個季節間均是P2<0.05，說明各組2個季節有顯著差異，春夏和夏秋這2組兩個季節間均是P2>0.05，說明各組2個季節沒有顯著差異。

4.2.3 CODMn季節變化

2018年沱江河口段水質CODMn在四季中沒有顯著差異(P1=0.085，P1>0.05)，2018年沱江河口段CODMn的各季節平均值大小為：夏季>秋季>春季>冬季。除夏季和秋季的高錳酸鉀指數平均值變化較小，其他季節相差均較大。將4個季節CODMn兩兩進行對比發現，夏冬和秋冬這2組2個季節間均是P2<0.05，說明各組兩個季節有顯著差異，春夏、春秋、春冬和夏秋這4組2個季節間均是P2>0.05，說明各組2個季節沒有顯著差異。

4.2.4 NH3-N季節變化

2018年沱江河口段水質NH3-N在四季中沒有顯著差異(P1=0.157，P1>0.05)，2018年沱江河口段NH3-N的各季節平均值大小為：春季>冬季>秋季>夏季。根據四個季節的NH3-N兩兩進行對比發現，春秋季之間P2<0.05，說明這2個季節有顯著差異，春秋、春冬、夏秋、夏冬和秋冬這5組2個季節間均是P2>0.05，說明各組2個季節沒有顯著差異。

4.3 水質評價

4.3.1 單因子指數評價法

當標準限值Pi<1，表示符合該類水質要求。根據單因子指數法對各參數進行計算發現：全年pH值的標準指數均小于1(Pi<1)，表示符合水質要求；當DO和CODMn運用Ⅲ類水質標準計算時，全年標準指數Pi<1，表示符合Ⅲ類水質要求；當NH3-N運用Ⅱ類水質標準計算時，全年標準指數Pi<1，表示符合Ⅱ類水質要求。故運用單因子指數評價法評價2018年沱江河口段水質符合Ⅲ類水質標準。

在春季pH符合所有類別水質要求，DO和CODMn符合Ⅲ類水質要求，NH3-N符合Ⅱ類水質要求，故根據單因子指數評價法得出春季符合Ⅲ類水質要求。在夏季pH值符合所有類別水質要求，DO符合Ⅱ類水質要求，CODMn符合Ⅲ類水質要求，NH3-N符合Ⅰ類水質要求，故根據單因子指數評價法得出夏季符合Ⅲ類水質要求。在秋季pH值和NH3-N符合所有類別水質要求，DO符合Ⅱ類水質要求，CODMn符合Ⅲ類水質要求，故根據單因子指數評價法得出秋季符合Ⅲ類水質要求。在冬季pH值符合所有類別水質要求，DO符合Ⅰ類水質要求，CODMn和NH3-N符合Ⅱ類水質要求，故根據單因子指數評價法得出冬季符合Ⅱ類水質要求。

4.3.2 國家標準評價

根據表2中各參數實際監測值與表1中《地表水環境質量標準》中對應的參數標準限值進行比對，得出的結果如表4所示。

表4 國家標準評價結果

從表1中可看出我國《地表水環境質量標準》pH值標準限值為6～9，從表2可以看pH值均在此范圍內，因此2018年沱江河口段水質pH值在各周、各季節都符合我國《地表水環境質量標準》標準，如表4所示。由表4可知全年水質DO中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水質均有周是符合標準，春季包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，夏季包含Ⅰ、Ⅱ類，秋季包含Ⅰ、Ⅱ類，冬季包含Ⅰ類；全年水質CODMn中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水質均有周是符合標準，春季包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，夏季包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類，秋季包含Ⅱ、Ⅲ類，冬季包含Ⅰ、Ⅱ類；全年水質NH3-N中有Ⅰ、Ⅱ類水質均有周是符合標準，春季包含Ⅰ、Ⅱ類，夏季包含Ⅰ類，秋季包含Ⅰ、Ⅱ類，冬季包含Ⅰ、Ⅱ類。通過對表4評價結果對比發現冬季水質情況是好于春、夏、秋季。

4.3.3 單因子評價法與國家標準對比評價水質

結合單因子評價法發現，pH值、DO、CODMn、NH3-N 4個參數的各周由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類順序進行選取第一個符合Pi<1的水質類別的結果，統計結果表4顯示的結果相同。所以，通過單因子評價法計算結果進行評價與直接用測量數據與國家標準進行比對的評價結果相同，故2018年沱江河口段水質符合Ⅲ類水質標準，冬季符合Ⅱ類水質標準，春、夏、秋季符合Ⅲ類水質標準。

5 討論

2018年沱江河口段水質周年變化情況較為明顯。pH值較穩定，全年變化不大，雖在24～36周波動較明顯，但對周年動態影響不大。DO總體含量較高，周與周之間波動較明顯，總體年變化較大，但因為上下波動比較均勻，導致DO呈現出比較穩定的趨勢。CODMn年平均含量低，但有些周波動明顯，年變化較大，且CODMn呈上升趨勢，應該加強對影響該參數的污染物進行控制。雖NH3-N周之間波動非常明顯，但年平均含量很低，故全年變化較小，NH3-N含量少且呈現下降趨勢，說明沱江河口段在2018年含氨氮物質排入沱江控制較好。

沱江水質季節變化非常明顯。pH值和DO季節變化顯著，CODMn和NH3-N季節變化不顯著。通過對DO季節兩兩進行分析發現：春秋、春冬、夏冬和秋冬有顯著差異，春夏和夏秋顯著差異。水溫是影響水體溶解氧的關鍵因子，因此季節變化導致水溫產生較大變化，進而引起DO在春季和夏季溶解氧含量較低。氨氮污染一般是含氮有機物分解、工廠排放或農田肥料流失等造成。氨氮含量低，保持較穩定，說明2018年沱江沿岸氨氮污染物排放，同時表明2004年沱江污染事件的主要污染物目前已經得到較好處理。

通過單因子指數法與國家標準進行對比發現，根據pH值、DO、CODMn及NH3-N這4個指標評價水質結果相同，2018全年可達到Ⅲ類水質，春、夏、秋季可達Ⅲ類水質要求，冬季可達到Ⅱ類水質要求。由此可以看出2018年沱江河口段水環境質量較好，在沱江水污染事件發生10年后，從2018年所測得的pH值、DO、CODMn和NH3-N這幾項參數看出，如今沱江治理已經有很顯著的成效，雖然單從這幾項指標就判別沱江的水質情況不夠精確，還應該聯系其他指標來對沱江進行綜合評價，但這幾項常規指標也是能夠表明2018年沱江河口段水質情況總體良好，其他水質參數評價還有待研究。

沱江水資源監測與保護建議：加強對沱江水質監測和保護，保證沱江水質能夠滿足沿岸人群正常需求；水質pH值和DO保持穩定和NH3-N含量呈下降趨勢，而CODMn呈上升趨勢，因此在今后需要注意CODMn的變化情況；完善管理機制，在不同季節、時間段對需要控制的參數，采取預防和治理相結合的管控手段；加大對沱江流域管理的資金投入；做好水環境保護的宣傳工作。

本研究使用國家監測站數據，部分測量周期間隔較大，測量參數較少，影響水質分析和評價結果精確性，僅能進行初步評價。為了進一步加強沱江水質監管，未來需要投入更多精力進行更加細致的研究，希望相關方面能夠加強對沱江水質監測，同時對沱江支流進行相關研究。

6 結論

通過對瀘州沱江河口段pH值、DO、CODMn和NH3-N 4個指標參數進行周年動態變化和季節變化情況進行分析，結合單因子指數法及《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)對水質進行初步評價，得出以下結論：

(1)2018年沱江河口段水質周年變化情況較明顯，pH值、DO周年變化較穩定、NH3-N含量少且呈現降低趨勢的，CODMn呈現上升趨勢。

(2)沱江水質季節變化非常明顯，pH值和DO季節變化有顯著性差異，CODMn和NH3-N季節變化沒有顯著差異。

(3)2018年沱江河口段水環境質量較好，通過單因子指數法和我國標準進行評價以及兩種方法對比得出，由pH值、DO、CODMn及NH3-N這4個指標評價沱江河口段水質，2018全年可達到Ⅲ類水質，春、夏、秋季可達Ⅲ類水質要求，冬季可達到Ⅱ類水質要求。