閩江水質特征分析與評價

張莉

（福建省環境科學研究院 福建福州 350013）

0 引言

閩江是福建省最大的河流，其干支流跨越了福建省內36個縣市以及浙江省2 縣，流域面積60 992 km2，約占福建省總面積一半。閩江發源于武夷山脈，其干流經過三明市、南平市、寧德市和福州市，最后在連江注入東海。閩江年平均徑流量為33.23 億m3，年平均輸沙量為245.55 萬t，河水年平均含沙量為0.027 kg/m3。閩江下游為感潮河段，枯水期潮區界可到水口水電站壩下約7.38 km 處，洪水期潮區界位于洪塘大橋下游附近和北港的文山里水文站上游附近［1］。

閩江是福建省重要的飲用水源和經濟用水源，其水質安全具有重要意義。水質受氣象、水文、地質狀況、生物活動等自然因素影響，也受其流域范圍社會經濟人類活動等的影響。水質變化反映著自然和社會系統的復雜作用，因此對閩江進行水質特征分析與評價是一項有意義的工作。

1 數據與方法

1.1 閩江水質監測

福建省閩江流域共設有7 個國控水質監測斷面，從上游到入?？诜謩e為十里庵、古田黃田、閩清雄江、閩侯竹岐、白巖潭、閩安和連江琯頭。這7 個國控斷面均建成自動水質監測站，每天24 h 不間斷對水溫、pH、溶解氧、電導率、濁度、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷和總氮等9 項參數進行監測。其中水溫、電導率、濁度3 項參數在《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中無相應標準限值，一般不參與水質評價。本文選取2020 年全年的閩江流域國控斷面水質監測數據進行污染物變化特征分析及水質污染評價。據《國家地表水環境質量監測網監測任務作業指導書》 及 《地表水總磷現場前處理技術規定（試行）》的規定，對于濁度超過500 NTU 的一般水體和濁度超過200 NTU 的感潮河段，其檢測結果受泥沙影響較大，應進行現場離心的前處理。水質自動監測站無離心前處理，因此本文對濁度超過200 NTU 的水質監測數據不納入水質污染評價統計；當電導率超過3 000 μS/cm 時，鹽度超過2‰，水質監測數據受鹽度干擾較大，本文也不納入水質污染評價統計。

1.2 水質指數法

根據 《環境影響評價技術導則 地表水環境》（HJ2.3—2018）［2］，一般水質因子（隨濃度增加而水質變差的水質因子）污染指數計算公式及溶解氧標準指數計算公式如式（1）～（4）。

式中：Pi為評價因子i 的水質指數；Ci為水質污染物實測值，mg/L；Si為水質污染物評價標準限值，mg/L；SDO，j為溶解氧的標準指數；DOj為溶解氧實測值，mg/L；DOs為溶解氧評價標準限值，mg/L；DOf為飽和溶解氧濃度，mg/L；S 為實用鹽度，量綱為1；T 為水溫，℃。

閩江流域水質污染物評價標準限值參考 《地表水環境質量標準》［3］的Ⅲ類水標準：溶解氧大于等于5，高錳酸鹽指數小于等于6，氨氮小于等于1.0，總磷小于等于0.2。

1.3 水質綜合污染指數

水質綜合污染指數評價采用內梅羅公式（N.L.Nemerow）。內梅羅公式是國際上使用較多的綜合指數計算方法，該方法突出了最大值的影響，是一項兼顧極值的計權型多因子環境質量指數。內梅羅公式表達式如式（5）：

式中：P綜為水質綜合污染指數，（Pi）ave為各單項水質因子污染指數的平均值；（Pi）max為各單項水質因子污染指數的最大值。

內梅羅水質綜合污染指數分為清潔（＜1），輕微污染（1～2），污染（2～3），重污染（3～5）和嚴重污染（＞5）5 個級別。

2 結果與分析

2.1 水質達標率

根據2020 年閩江國控斷面水質統計（表1），高錳酸鹽指數、氨氮和總磷達到或超過Ⅲ類標準的比例均超過92%，而溶解氧的Ⅲ類達標率最低只有55.6%。溶解氧是影響閩江流域水質達標Ⅲ類的主要問題，其中又以閩江干流中段的古田黃田、閩清雄江和閩侯竹岐的溶解氧問題較為嚴重。

表1 閩江流域斷面水質指標超Ⅲ類占比（2020 年）單位∶%

2.2 溶解氧變化規律

根據2020 年閩江干流各斷面日平均溶解氧與日平均水溫時間序列對比（圖1）可見，7 月～12 月古田黃田、閩清雄江和閩侯竹岐斷面溶解氧低于5 mg/L（Ⅲ類標準）的天數較多，表明這3 個斷面下半年的溶解氧污染風險較高。統計溶解氧與水溫相關性如表2，可見溶解氧與水溫呈負相關。連江琯頭斷面溶解氧與水溫的相關性最明顯，達0.91。而古田黃田斷面溶解氧與水溫相關性最差，只有0.2，這與深水庫區的水體混合特性有關。

圖1 2020 年閩江干流各斷面溶解氧與水溫時間序列

表2 閩江各斷面溶解氧與水溫的相關性

溶解氧是水體經過與大氣中的氧氣交換，或者經化學、生物反應產生的溶解在水中的氧。一方面，水體中氧的溶解能力隨水溫升高而降低；另一方面，生物呼吸作用、分解消耗溶解氧的速率也隨水溫升高而增加。因此一般水體中有水溫高時溶解氧低的規律。

古田黃田、閩清雄江和白巖潭在從夏季轉換到秋冬季節時（10 月～次年1 月）沒有出現溶解氧隨水溫降低而增高的現象，這是由于深水庫區的水體混合特性造成的。據邱曉鵬等［4］對周村水庫的研究，庫區溫躍層深度和氧躍層深度的季節變化明顯；夏季氣溫高時溫躍層上界面高，水體的垂向交換能力弱，上層高溶解氧水體較穩定；進入秋季溫躍層上界面下移，變溫層水體混合強度較大，下層的低溶解氧水體向上混合導致上層溶解氧降低。

溶解氧最高值出現在2 月～4 月，5 月、6 月及9 月出現溶解氧的較大波動，可能與暴雨帶入的地表污染增加耗氧量及暴雨影響浮游植物光合作用有關［5］。

2.3 濁度和電導率變化規律

根據國控斷面濁度監測統計發現，自古田黃田斷面起，濁度基本呈現越往下游越高的規律，到入?？跐岫饶昶骄山咏?50 NTU。在感潮河段區域內，漲落潮水裹挾著泥沙來回流動造成濁度偏高。閩江上游十里庵斷面濁度偏高，可能由于閩江上游南平段農業活動較多及水土流失造成。閩江下游白巖潭、閩安和連江琯頭斷面濁度超過200 NTU 的天數分別占全年的14%、5%和66%。

根據2020 年國控斷面電導率監測統計（圖2）發現，電導率呈現越往下游越高的規律，到白巖潭斷面年平均電導率就超過1 600 μS/cm。電導率是以數字表示溶液傳導電流的能力，可根據電導率推測水中離子成分的總濃度，也指示了水體的鹽度。閩江下游白巖潭、閩安和連江琯頭斷面電導率超過3 000 μS/cm 的天數分別占全年的25%、57%和89%。主要集中在2 月～7 月。

圖2 2020 年閩江干流各斷面濁度及電導率分布

2.4 水質變化規律

吳傳明［6］統計了閩江竹岐站的多年平均逐月徑流量，結果表明4 月～6 月徑流量占比年徑流量約50%，11 月～次年1 月徑流量約占年徑流量的10%。本文在剔除濁度高于200 NTU和電導率大于3 000 μS/cm 的數據后，統計得到2020 年閩江流域7 個國控斷面的4 項水質指標的年平均值，枯水期（11月～次年1 月）平均值和豐水期（4 月～6 月）平均值徑流如圖3。

圖3 2020 年各斷面年平均、枯水期和豐水期平均水質分布

閩江各斷面的高錳酸鹽指數呈現上中游較低、下游和入?？谳^高的規律；氨氮在十里庵和白巖潭斷面較高，其余斷面較低；總磷在古田黃田和閩清雄江斷面低于其余斷面。各斷面年平均的高錳酸鹽指數基本為Ⅱ類，其中上游斷面可達Ⅰ類；氨氮除十里庵斷面外均可達Ⅰ類標準；各斷面總磷基本可達Ⅱ類。閩江上游十里庵斷面水質污染濃度偏高主要受南平市的農業生產及生活影響，下游水質污染濃度偏高主要受福州市區工業和生活污染影響。

閩江干流上中游斷面（十里庵、古田黃田、閩清雄江和閩侯竹岐）4 項水質指標共16 組水質參數中，有6 組豐水期水質優于枯水期，而10 組水質參數在枯水期的水質都優于豐水期，這可能與豐水期的農業活動造成的入河污染有關，也與程學寧等［7］研究結論一致。閩江下游至入海斷面枯水期鹽度和濁度對水質測量影響較大，可參與水質評價數據量少。因此本文不進行白巖潭、閩安和連江琯頭斷面的枯水期水質評價。

2.5 水質污染評價與分析

根據公式（1）～（5）分別計算各斷面水質因子污染指數和綜合污染指數如表3。閩清雄江斷面出現溶解氧污染，古田黃田和閩侯竹岐斷面也接近出現溶解氧污染。古田黃田、閩清雄江和閩侯竹岐斷面高錳酸鹽指數、氨氮和總磷污染風險較低。閩江下游白巖潭、閩安和連江琯頭3 個斷面高錳酸鹽指數、氨氮和總磷污染指數均高于上中游斷面，表明閩江干流經過福州市區依然受到了一定程度的水質污染。

綜合污染指數考慮了各水質因子的共同作用，并且突出了最大污染因子的占比，可以作為閩江整體水質評價結果。閩江流域7 個斷面綜合污染指數均評價為清潔。閩侯竹岐和閩安2 個斷面，綜合污染指數接近，但閩侯竹岐斷面是溶解氧風險較高，而閩安斷面是高錳酸鹽指數、氨氮和總磷污染風險更高。因此，對水質污染評價而言，雖然綜合污染指數具有簡單明確性，但單項指標指數更能明確各項污染指標的污染風險，對指導污染排放和水質管控更有意義。

3 結論

閩江流域整體水質較好，基本滿足地表水Ⅲ類標準。閩江上游及下游水質Ⅲ類達標率接近或超過90%；中游水口水庫河段受溶解氧影響，Ⅲ類達標率只有55.6%～61.6%。閩江干流各斷面溶解氧與水溫呈負相關，相關性最高可達0.91。在古田黃田和閩清雄江2 個斷面，受深水庫區水溫垂向分層隨季節性變化的影響，溶解氧在秋季水溫下降時并未出現增加。閩江干流水體濁度和電導率呈現河口高于上游、感潮段高于非感潮段的空間變化特征。閩江干流各斷面的高錳酸鹽呈現上中游較低、下游和入海口較高的規律；氨氮在十里庵和白巖潭斷面較高，其余斷面較低；總磷在古田黃田和閩清雄江斷面低于其它斷面。閩江十里庵、古田黃田、閩清雄江和閩侯竹岐斷面枯水期的水質占優比高于豐水期。對水質污染評價而言，綜合污染指數具有簡單明確性，但單項指標指數更能明確各項污染指標的污染風險，對指導污染排放和水質管控更有意義。