黔東南州2015—2020年水質變化趨勢分析

鄧文俊 李 敏 劉 霄 趙逸羽

(貴州省環境科學研究設計院，貴陽 550081)

黔東南苗族侗族自治州位于貴州省東南部，地處云貴高原向湘桂丘陵盆地過渡地帶，總體地勢西、南、北面高而東部低。東鄰湖南，南接廣西，與本省黔南、銅仁、遵義毗鄰。境內東西寬220 km，南北長240 km，總面積30 337 km2。全州多年平均地表水資源量為165億m3。境內有清水江、舞陽河、都柳江三大干流，分別發源于黔南州的貴定、甕安、獨山縣境，集支流2 900多條，呈樹枝狀分布。清水江是貴州省境內的第二大河流，也是長江上游的重要支流，州內流域面積14 469 km2，主河道長372 km，主要支流有六洞河、重安江、巴拉河、亮江等。都柳江州內流域面積9 095 km2，主河道長141 km。舞陽河州內流域面積5 262 km2，主河道長166 km,較大的支流有龍江河、車壩河兩條。

近年來，黔東南州開展了長江生態環境保護修復駐點跟蹤研究工作。本文收集近6年來水質監測斷面數據，開展水質變化趨勢的回顧性分析，以流域內各級河流水質提升和TP等主要污染物控制為目標，對水質改善達標、污染防治和生態修復有著重要而深遠的意義。

1 研究數據

1.1 數據來源

資料來源于黔東南州環境監測中心站2015-2020年度《環境質量報告書》，選取共計6年的地表水水質監測數據。

1.2 監測斷面

黔東南州境內3大主要河流清水江、舞陽河和都柳江分屬沅江水系和柳江水系，共布設29個監測斷面，其中9個國控、12個省控、8個州控。按水體統計，清水江18個斷面，都柳江4個斷面，舞陽河7個斷面，地表水環境質量功能為Ⅱ-Ⅲ類。具體斷面分布情況見圖1。

圖1 黔東南州水質監測斷面分布圖

1.3 評價項目

參照《地表水環境質量評價方法》(試行)，根據黔東南州水質的實際情況，此次評價從各斷面的水質監測數據中選取的項目為《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)表1中除水溫、pH值、溶解氧、總氮和糞大腸菌群外的19項。水溫、總氮、糞大腸菌群僅作為參考評價項目，pH值未超標，溶解氧基本穩定在Ⅰ類標準，評價項目可反映水質的污染程度。

2 評價方法

流域水質評價的方法較多[1]，目前常用的水質評價方法有單因子評價法、水質指數法[2]、主成分分析法[3-4]、模糊數學評價法[5]、層次分析法[6-7]等。單因子評價法是我國《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)中規定的評價方法，即以水質最差單項指標所屬的類別來確定水體綜合水質類別[8]。水質指數法使用簡單，評價結果直觀精確，能較為完整地反映地表水的污染程度，在國內外應用廣泛[9]。

單因子評價法以最差水質判定水體類別，存在過保護問題，并且單因子評價法只能對水體類別定性判斷，不能對相同水質進行優劣比較，而內梅羅綜合污染指數法能夠解決以上2個問題[10]。

對流域水質中污染物變化趨勢分析采用Spearman秩相關系數法。秩相關系數常用于檢驗水質指數與其相應時間序列間的相關性，從而判斷水質序列在時間序列上是否存在變化趨勢[11]。

2.1 內梅羅污染指數法

內梅羅指數是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權型多因子環境質量指數。既能突出水質污染指數最大的因子對總體水質的作用，又能反映水體污染的總體程度，是目前國內外常用的綜合污染指數計算方法[12-13]。

計算公式如下：

式中：Ci—第i項評價因子的實測值；

Cio—第i項評價因子的標準值；

Ii—第i項評價因子的污染指數；

Iave—所有評價因子污染指數的平均值；

Imax—所有評價因子污染指數的最大值；

P—內梅羅污染指數。

其中評價因子的標準值采用《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)中的Ⅲ類標準值。計算后，根據P值大小可以確定其污染程度，當P<1時，水質級別為清潔，當P≥1時，水質受到一定程度的污染。

2.2 Spearman秩相關系數法

衡量環境污染變化趨勢通常采用Daniel的趨勢檢驗，它使用了Spearman秩相關系數法[14]。給出時間周期Y1…YN，和它們的相應值X(即年均值X1…XN)，從小到大排列好，統計檢驗用的秩相關系數按下式計算：

式中：rs—秩相關系數；

N—時間周期(2015-2020年)；

di—變量Xi和變量Yi的差值；

Xi—周期i到周期N濃度值由小至大排列的序號；

Yi—按時間排列的序號。

將秩相關系數的絕對值同Spearman秩相關系數統計表中的臨界值Wp進行比較，如果|rs|>Wp，則表明變化趨勢有顯著意義；如果|rs|≤Wp，則表明變化趨勢沒有顯著意義，說明在評價時段內水質變化穩定。如果rs是負值，則表示統計指標變化呈下降趨勢；如果rs是正值，則表示統計指標變化呈上升或加重趨勢。

3 結果與分析

3.1 評價結果

2015—2020年，黔東南州29個斷面均采用內梅羅污染指數法進行水質評價，得到P值如表1所示。

表1 黔東南州監測斷面內梅羅綜合評價結果

黔東南州3大主要河流中都柳江水質狀況最好，4個斷面6年來內梅羅污染指數均穩定在0.32以下，舞陽河干流和各支流6年來內梅羅污染指數均穩定在0.41以下，水質清潔。采用單因子評價法對都柳江和舞陽河流域的11個斷面進行評價，得到水質類別為Ⅱ類或Ⅰ類，水質狀況穩定為優。

灣水和重安江大橋斷面位于清水江上游左岸一級支流重安江，2015年，灣水的內梅羅污染指數達到10.99，重安江大橋內梅羅污染指數達到14.7，水質嚴重污染，最大污染因子是TP。在各級政府及相關部門的有效治理下，2016—2017年水質逐年轉好，灣水的內梅羅污染指數分別降到0.84、0.53，水質清潔，重安江大橋的內梅羅污染指數分別降到1.86、1.21，水質輕度污染。2018—2020年，灣水的內梅羅污染指數穩定在0.31，重安江大橋的內梅羅污染指數在0.32～0.61范圍內，水質清潔。

2015年，位于重安江下游清水江干流上游的旁海斷面內梅羅污染指數為5.25，水質嚴重污染，清水江中游的施洞、貓鼻嶺下寨、革東斷面，內梅羅污染指數分別為1.95、1.73、3.38，水質分別為輕度污染和重度污染，其中最大污染因子是TP。2016—2020年，4個斷面的內梅羅污染指數均在0.49以下，水質清潔。清水江其余斷面2015—2020年的內梅羅污染指數均小于0.7，清水江上游和中下游流經麻江縣、凱里市、錦屏縣和天柱縣的干流及巴拉河、六洞河、亮江等支流6年來水質相對較好。

3.2 水質變化趨勢

采用Spearman秩相關系數法對黔東南州2015—2020年各年度水質的內梅羅污染指數進行趨勢分析，結果見圖2所示。

圖2 Spearman秩相關系數檢驗值統計

取顯著水平為0.05，當N=6時，臨界值Wp=0.829；當N=5時，臨界值Wp=0.9。因天堂斷面2015年未做監測，所以天堂的N值取5。

由圖2可以看出，清水江的平敏大橋、興仁橋、重安江大橋、旁海、施洞、茅坪、白市、灣水和都柳江的新華斷面rs<0且|rs|>Wp，說明內梅羅污染指數呈顯著下降趨勢，其余20個斷面的水質變化沒有顯著意義。29個斷面大部分沒有明顯變化，占比69%，有明顯變化的斷面都呈下降趨勢，占比31%。分水體來看，清水江斷面有顯著變化趨勢占比44.4%，無顯著變化趨勢占比55.6%；都柳江斷面有顯著變化趨勢占比25%，無顯著變化趨勢占比75%；舞陽河斷面全部沒有顯著變化?？傮w呈下降趨勢的斷面居多，極少部分出現上升，說明黔東南州水質處于整體穩定狀態，同時具備改善趨勢。

3.3 主要污染物變化趨勢及成因分析

通過分析計算，黔東南州水體主要污染物是TP、COD、NH3-N和氟化物。采用Spearman秩相關系數法計算出2015—2020年各斷面主要污染物年均濃度的變化趨勢檢驗值，如表2所示。

表2 黔東南州主要污染物濃度變化趨勢檢驗成果

從TP濃度來看，29個監測斷面中有9個呈顯著下降趨勢，占31%；1個呈顯著上升趨勢，占3.4%；19個斷面無顯著變化趨勢，占65.5%。有顯著變化趨勢的斷面數占34.5%，全部在清水江，其中除巴米呈顯著上升趨勢，其余都呈顯著下降趨勢，集中在重安江河段和清水江干流中下游。巴米斷面位于清水江下游左岸一級支流六洞河，從6年來各月水質監測數據來看，巴米的TP濃度在0.01～0.12 mg/L范圍內，水質類別達到Ⅲ類以上，從時間分布看，豐水期的濃度略高。

從COD濃度來看，29個監測斷面中有13個呈顯著下降趨勢，占44.8%；16個斷面無顯著變化趨勢，占55.2%。

從NH3-N濃度來看，29個監測斷面中有17個呈顯著下降趨勢，占58.6%，集中在清水江和舞陽河；12個斷面無顯著變化趨勢，占41.4%。

從氟化物濃度來看，29個監測斷面中有10個呈顯著下降趨勢，占34.5%，全部集中在清水江；19個斷面無顯著變化趨勢，占65.5%。

分水體來看，清水江主要污染物濃度有顯著變化趨勢斷面多于無顯著變化趨勢斷面；有顯著變化趨勢的斷面除巴米外，其余都呈下降趨勢；巴米的

TP濃度雖然呈上升趨勢，但TP濃度年均值均符合《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅱ類標準。都柳江主要污染物濃度多數變化趨勢不明顯，僅新華和榕江斷面COD濃度呈顯著下降趨勢，水質狀況較穩定。舞陽河無顯著變化趨勢斷面多于有顯著變化趨勢斷面，污染狀況逐漸減輕。

清水江主要污染指標逐年向好趨勢明顯，主要得益于清水江流域上游磷污染治理。清水江一級支流重安江因常年受上游福泉市境內磷化工企業TP、氟化物污染，其中又以TP污染為主，導致清水江流域水體存在一定污染。近年來，省環保廳、縣(市)政府和企業已投入至少2.4億元用于生產廢水處理、磷石膏渣場防滲、磷石膏廢水回用管線建設及廠區防滲等治理工作。同時，黔南州和黔東南州攜手實施清水江流域規劃保護管理，加大了水環境綜合整治力度，重安江TP超標由以前的數十倍降為現在的穩定達標，治理成效顯著。

3.4 受污染斷面及污染成因分析

黔東南州的受污染斷面都集中在清水江流域，按河流流向排序，包括重安江大橋、灣水、旁海、施洞、貓鼻嶺下寨和革東斷面，其中施洞、貓鼻嶺下寨和革東斷面位于清水江中游，受污染程度大大低于前3個斷面。對重安江大橋、灣水和旁海3個嚴重污染斷面2015-2020年各月的主要污染物平均濃度對比分析，結果如圖3所示。

圖3 嚴重污染斷面主要污染物濃度月際變化

TP：3個斷面濃度1-6月隨雨季緩慢波動、升高，6月到達峰值，到7月迅速降低，7-9月是平穩期，10月小幅度升高，11月回落進入平穩期。

COD：重安江大橋在6月大幅度上升，7月迅速回落，8月反彈回升至年內最高點，之后回落進入平穩期；灣水進入5月迅速上升，6月到達最高點，之后大幅度下降，9月回落至前期水平保持平穩；旁海表現較平穩，其中有小幅度上下交替波動，6月處于濃度最高點。

NH3-N：重安江大橋在2月升到年內最高點，3月迅速降到最低點，4-5月反彈回升，7月再次回落到最低點后進入平穩期，12月至翌年1月開始小幅度上下波動；灣水和旁海1-3月從年內最高點開始明顯下降，4月上升，灣水5-6月下行再上升；7月2個斷面大幅下降，旁海9月有小幅度回彈，10月降到最低點之后連續上升，灣水則9月到達最低點，之后緩慢上升。

氟化物：3個斷面6月達到年內峰值，7月劇烈下降后進入平穩期；重安江大橋從4月開始上升，灣水從3月開始上升，旁海直到5月都保持平穩。

總體來看，3個斷面的TP、氟化物濃度變化特征基本相似，上半年高于下半年，其中重安江大橋的濃度水平最高，其次是灣水，旁海的濃度水平最低，反映出污染源位于重安江大橋上游的福泉市境內。各污染物濃度都呈現雨季升高的特征，反映出污染物會隨雨水徑流進入河流，位于上游的重安江大橋最為明顯。2015年主要污染物中TP污染最為嚴重，污染來源于重安江上游福泉市境內磷化工企業，主要為貴州川恒化工有限責任公司和甕福(集團)有限責任公司兩個大型磷石膏堆場，大量酸性工業廢水流入重安江，沿河而下匯入清水江，造成清水江的水質污染。2020年，所有河段的主要污染物都達到規定標準。

4 結論

(1)黔東南州總體水質較好，2015—2020年內梅羅指數小于1，水質級別為清潔的斷面占總斷面數的79.3%?！笆濉蹦┢?，水質清潔的斷面為22個，占總斷面數的78.6%；“十三五”期間，水質清潔的斷面為28個，占總斷面數的96.6%，同比“十二五”末期上升18個點。

(2)對黔東南州各斷面內梅羅污染指數進行趨勢分析，31%的斷面呈顯著下降趨勢，69%的斷面無顯著變化趨勢，3大主要河流水環境質量呈現明顯好轉狀態。

(3)黔東南州水體中主要污染物是TP、COD、NH3-N和氟化物，對各斷面主要污染物濃度進行趨勢分析，全州以無顯著變化趨勢為主，有顯著變化趨勢的指標大部分呈下降趨勢，黔東南州主要污染物指標均有好轉的趨勢。

(4)2015年重安江和清水江中上游水質污染嚴重，最大污染因子是TP，最大值斷面在重安江大橋，污染主要來源于上游黔南州福泉市境內磷化工企業的大型磷石膏堆場，在政府和各級主管部門的嚴格監管和治理下，入該河段主要污染物TP及COD、NH3-N、氟化物濃度逐年遞減，水質向好趨勢明顯，近3年來水質級別全部穩定為清潔，可見治理工程在改善重安江和清水江水質狀況方面是卓有成效的。

(5)由于環境監測能力不足，黔東南州水質監測在一些區域和領域還存在不到位和空白，境內地表水監測只覆蓋到大的河流、水系，為了更全面地掌握水質污染情況，進一步保護黔東南州水資源，建議對州內一些主要小支流增加監測點和監測項目。