壅水壩建設前后桂林漓江市區段水質變化分析

摘 要：為分析壅水壩建設對漓江水質的影響，利用漓江 2015—2022年的監測數據，采用單因子指數評價法、綜合污染指數評價法和綜合營養狀態指數法，對桂林市城北水廠、東鎮水廠、東江水廠、瓦窯水廠及磨盤山斷面水質變化趨勢進行分析評價。結果表明，壅水壩建設前城北水廠、東鎮水廠、東江水廠斷面水質類別維持在Ⅰ～Ⅱ類，瓦窯水廠及磨盤山斷面水質類別維持在Ⅱ～Ⅲ類，壅水壩建設后，5個監測斷面水質類別均維持在Ⅰ～Ⅱ類，影響水質的主要因子為溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、總磷。壅水壩建成壅水后，瓦窯水廠、磨盤山水質改善較為顯著，其他3個水廠水質變化不明顯；2023年1—12月，5個監測斷面水質均處于貧營養狀態，未出現富營養化。

關鍵詞：水環境質量；變化趨勢；漓江；桂林市區

中圖分類號：X824 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9655（2024）05-00-05

0 引言

漓江是桂林山水的靈魂，近年來由于水量分配不均，蓄水調節工程不足，汛期大范圍的持續暴雨，導致漓江洪水暴起暴落；而枯水期，漓江水量急劇下降、部分河床裸露，生活飲用水的供給受到影響、旅游船只無法正常通航、水質受到不同程度的污染、水生態環境日益惡化。早在1988年，桂林市政府就在漓江市區段下游建設壅水壩，提高漓江水位、改善水質的計劃；2016年10月，壅水壩建設工程再次開工，2018年底建成并進行壅水。

現利用2015—2023年的漓江水質監測數據，分析壅水壩建設前、后桂林漓江市區段水質變化情況，為保護桂林飲用水源、改善漓江水環境質量提供科學依據。

1 研究方法

1.1 研究區域概況

漓江市區段全長36.5 km，壅水壩建于桂林市七星區穿山鄉吳家里村，壅水壩上游河段 17.5 km，有桃花江、小東江、南溪河三條主要支流匯入，壅水壩往上依次為瓦窯水廠水源地、東江水廠水源地、東鎮水廠水源地、城北水廠水源地；壅水壩下游河段19 km，有相思江、南灣河、黃沙河等農灌渠匯入，磨盤山位于下游段的末端。

1.2 研究方法

1.2.1 監測點位概況

在研究區域內布設 5個監測斷面，見圖1，分別為壅水壩上游的4個飲用水水源地（以下稱水廠），以及壅水壩下游的磨盤山，每個斷面在左、中、右各布設 1個監測點位。

1.2.2 監測頻次和監測因子

每月上旬對5個監測斷面15個監測點監測一次，監測因子按照《GB 3838—2002地表水環境質量標準》[1]表 1、表 2要求共計29項。

1.3 數據來源

廣西壯族自治區桂林生態環境監測中心2015—2022年的漓江例行監測數據，從 2023年1—12月，每月上旬例行監測的同時，同步進行葉綠素a和透明度監測。

1.4 評價方法

以單因子指數評價法、綜合污染指數評價法和綜合營養狀態指數法進行評價。

1.4.1 單因子評價法

根據2015—2022年的監測數據，按照《GB 3838—2002地表水環境質量標準》規定的Ⅲ類標準限值進行污染分擔率計算，以分擔率較高的水質因子進行評價，對水溫、總氮、糞大腸菌群不作評價。

以每一個因子的濃度值與地表水Ⅲ類標準限值相除，得到該項因子的水質指數，計算見公式（1）；DO因子的水質指數計算公式見（2）；當水質pH測定值＜7時，pH因子的水質指數由公式（3）計算得到，當水質pH測定值＞7時，pH因子的水質指數采用公式（4）計算。

（1）

式中：WQI（i）—第i個因子水質指數；C（i）—第i個因子的質量濃度，mg/L；CS（i）—第i個因子對應《GB 3838—2002地表水環境質量標準》的Ⅲ類標準限值，mg/L。

（2）

式中：WQI（DO）—溶解氧因子的水質指數；C（DO）—溶解氧因子的質量濃度，mg/L；CS（DO）—溶解氧因子的《GB 3838—2002地表水環境質量標準》Ⅲ類標準限值，mg/L。

（3）

（4）

式中：WQI（pH）—pH因子水質指數；C（pH）—水質pH因子測定值；C（pHsd）—《GB 3838—2002地表水環境質量標準》的pH因子下限值；C（pHsu）—《GB 3838—2002地表水環境質量標準》的pH因子上限值。

將各因子的水質指數相加得到水質指數，計算公式見（5）。

（5）

式中：WQI（∑）—水質指數；WQI（i）—第i個因子的水質指數； n—參與評價的因子個數。

用參與評價的第i個因子的水質指數WQI（i）除以水質指數WQI（∑），得到各因子的污染分擔率，計算公式見（6）。

（6）

式中：P（i）—第i個因子污染分擔率。

1.4.2 綜合污染指數評價法

將pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物、揮發酚、石油類、硫化物、陰離子表面活性劑、硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽、鐵、錳共26個因子，以公式（7）計算得到綜合污染指數Q，Q值越小說明水體質量越好[6]。

（7）

式中：Q—綜合污染物指數；WQI（i）—第i個因子水質指數；n—參與評價的因子個數。

1.4.3 綜合營養狀態指數評價法

按照地表水環境質量評價辦法[2]，參照湖泊（水庫）富營養化評價方法及分級技術，以葉綠素a、總氮、總磷、透明度、高錳酸鹽指數5個因子，依據地表水環境質量評價辦法（二）的計算公式和評價方法，計算各監測斷面的綜合營養狀態指數，評價5個監測斷面的營養狀態。

2 結果與評價

2.1 壅水壩建設前后漓江水文分析

桂林地處喀斯特地區，漓江又屬山區雨源性河流，降水和徑流時空分布極不均勻，每年3—8月為豐水期，徑流量占比全年總量的80%，其中5—6月持續降雨，占比全年總量的40%，9月—次年2月為枯水期，徑流量僅占全年總量的20%[3]。

壅水壩建設前4年，評價區域水流量年均為408.9 m3，在每年的枯水期，象鼻山一帶河床沙灘裸露，有的斷面行人可以橫穿河床，游船無法通航；壅水壩建設后的4年，水流量年均為431.6 m3，水流量和水通量變化不大，但象鼻山一帶水位抬升了1～5 m，全年可順暢通航。

2.2 單因子評價結果

2015—2022年桂林漓江市區段水質監測結果表明，近8年無超標因子。壅水壩建設前，溶解氧、生化需氧量、高錳酸鹽指數是上游污染分擔率排名前三位的因子，其中溶解氧的分擔率最大，占比17.8%，下游污染分擔率排名前三位的因子為溶解氧、生化需氧量、總磷，其中溶解氧的分擔率最大，占比20.7%；壅水壩建成壅水后，上游污染分擔率排名前三位的因子仍為溶解氧、生化需氧量、高錳酸鹽指數，溶解氧的分擔率最大，占比19.0%，下游污染分擔率排名前三位的因子變化為溶解氧、高錳酸鹽指數、總磷，溶解氧的分擔率最大，占比22.0%。表1是影響水質類的主要因子污染分擔率，由表1可見，壅水壩建設前、后，溶解氧的污染分擔率占比均最大，壅水壩建設后，上游溶解氧、氨氮、總磷3個因子的污染分擔率略有升高，其余因子均有所下降，下游溶解氧、高錳酸鹽指數、總磷3個因子的污染分擔率略有升高，其余因子均有所下降。

2015—2022 年各監測斷面水質類別比例見圖2，城北水廠、東鎮水廠、東江水廠水質均保持在Ⅰ～Ⅱ類，而瓦窯水廠、磨盤山水質則維持在Ⅱ～Ⅲ類。評價期內磨盤山水質連續7年出現Ⅲ類水質的月份，2018年Ⅲ類水質的月份占比50%，水質最差，影響水質的主要因子是溶解氧、生化需氧量、高錳酸鹽指數、總磷，2022年水質最好，全年達到Ⅱ類；其次是瓦窯水廠，評價期內有4年水質出現Ⅲ類的月份，2018年Ⅲ類水質的月份占比40%。壅水壩建成壅水后，磨盤山和瓦窯水廠出現Ⅲ類水質的月份逐漸減少，2022年評價區域內全部監測斷面達到Ⅰ～Ⅱ類水質。

2.3 綜合污染指數評價結果

2015—2022年城北水廠綜合污染指數為0.086～0.129，東鎮水廠綜合污染指數為0.080～0.133，東江水廠綜合污染指數為0.085～0.138，瓦窯水廠綜合污染指數為0.106～0.164，磨盤山綜合污染指數為0.112～0.215。圖3為各監測斷面綜合污染指數年變化趨勢圖，由圖可見，2015年5個監測斷面的水質綜合污染指數均較高，水質較差，政府通過污水管網的完善和建設、入河排污口管理、集中式飲用水源地的保護、蓄水調節等工作，綜合污染指數呈下降趨勢。

2017—2018年處于壅水壩建設期，受清淤、筑壩、河道疏浚、截水等工程的影響，瓦窯水廠水質綜合污染指數有所上升，而磨盤山位于壅水壩下游，筑壩、截水等工程導致漓江主干流的水流量大幅減少，磨盤山河段水量主要依靠相思江、南灣河、黃沙河等農灌渠的補給，水中溶解氧、高錳酸鹽指數、總磷等污染因子的濃度均出現不同程度增大，導致磨盤山水質綜合污染指數大幅升高。壅水壩建成開始壅水后，瓦窯水廠和磨盤山 2018—2020年水質綜合污染指數快速下降，以后趨于穩定，其他3個水廠2016—2022 年水質綜合污染指數總體穩定，變化不明顯。

為定量分析 5個監測斷面的水質變化趨勢，以置信度 95%的 Wp = 0.643 為判斷標準，對5個監測斷面的水質變化趨勢做秩次相關檢驗，結果表明，5個監測斷面在評價時段內的秩相關系數均為負值，水質均呈好轉趨勢；其中城北水廠、東鎮水廠、東江水廠的秩相關系數絕對值分別為0.46、0.27、0.55，水質變化平穩，改善不顯著，而東江水廠、磨盤山的秩相關系數絕對值分別為0.86、0.77，水質改善較為顯著。

2.4 綜合營養指數評價結果

2023年1—12月，城北水廠的年均綜合營養狀態指數為9，東鎮水廠的年均綜合營養狀態指數為10，東江水廠年均綜合營養狀態指數為11，瓦窯水廠年均綜合營養狀態指數為22，磨盤山年均綜合營養狀態指數為25，均處于貧營養狀態，未出現富營養狀態，水質優劣排序依次為城北水廠、東鎮水廠、東江水廠、瓦窯水廠、磨盤山。

壅水壩建成壅水后，漓江市區段特別是瓦窯水廠水源地一帶，水位抬升、水流減緩、流動性差、底泥淤積發酵，可能導致河水自凈能力降低，造成水質惡化、甚至富營養化問題，對瓦窯水廠綜合營養狀態進行月變化趨勢分析。圖4為2023年1—12月瓦窯水廠的綜合營養指數月變化趨勢圖。

由圖4可見，瓦窯水廠全年的綜合營養狀態指數在16～27，均處于貧營養狀態，3—5月的綜合營養狀態指數在 25～27，高于其他月份，主要是由于桂林市的 3—5月處于梅雨季，降雨將空氣中吸附有毒有害物質的懸浮顆粒物沉降到地面，雨水形成的地表徑流又將沉降物及地面沉積物沖刷匯集進入水體，最終匯入漓江，使得漓江中的污染物濃度升高。而瓦窯水廠處于壅水壩上游、與壅水壩僅有500 m的距離，壅水壩壅水后，瓦窯水廠水源地一帶水位抬升、流速減緩，有利于氮、磷等元素的積累，為藻類及其他浮游生物的生長和繁殖提供了營養元素，大量藻類和浮游生物的生長和繁殖，消耗水中的氧和產生葉綠素，同時降雨又增大水體渾濁度，致使透明度降低，影響水中植物的光合作用，造成水中溶解氧減少，最終導致綜合營養指數升高，與王軍敏等[4]調查的古泊善后河水質污染特征、周舒宇等[5]分析的南京市梅雨期雨水水質特性相似。

3 結論

（1）壅水壩建設前，城北水廠、東鎮水廠、東江水廠水質保持在Ⅰ～Ⅱ類，瓦窯水廠、磨盤山水質維持在Ⅱ～Ⅲ類；壅水壩建成壅水后，評價區域內5個監測斷面水質年均值達到Ⅰ～Ⅱ類；壅水壩上游影響水質的主要因子是溶解氧、生化需氧量、高錳酸鹽指數，壅水壩下游影響水質的主要因子與上游相比，增加了總磷因子。

（2）2015 年5個監測斷面的水質綜合污染指數較高，水質較差；受壅水壩建設施工的影響， 2017—2018 年瓦窯水廠水質綜合污染指數有所上升，磨盤山水質綜合污染指數大幅上升；壅水壩建成壅水后，瓦窯水廠和磨盤山 2018—2020 年水質綜合污染指數快速下降，以后趨于穩定，其他3個水廠 2016—2022 年綜合污染指數總體穩定，變化不大。

（3）評價期內，除瓦窯水廠和磨盤山斷面受壅水壩施工期的影響外，5個監測斷面水質呈好轉趨勢。城北水廠、東鎮水廠、東江水廠水質改善不明顯，瓦窯水廠和磨盤山水質改善較為顯著。

（4）2023年1—12月，5個監測斷面均處于貧營養狀態，未出現富營養化，水質優劣排序依次為城北水廠、東鎮水廠、東江水廠 、瓦窯水廠、 磨盤山。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家環保總局.地表水環境質量標準：GB3838-2002[S].北京：中國標準出版社，2002.

[2] 國家環保部辦公廳.地表水環境質量評價辦法（環辦監測[2011]22號）[S].

[3] 陽幼生.漓江生態及環境補水目標流量的探討[J].廣西水利水電，2012（3）：7-10.

[4] 王軍敏，王晨波，董園媛，等.古泊善后河水質污染特征及污染來源調查[J].環境監控與預警，2021，13（2）：39-43.

[5] 周舒宇，駱輝，趙塵，等.南京市梅雨期雨水水質特性分析[J].森林工程，2027，33（2）：60-63.

Analysis of Water Quality Changes of the Urban Section in Lijiang River before and after a Dam Construction

LIU Bing-tao1， SONG Xiao-wei2， LIU San-zhang3， YIN Yuan-yuan 3， GAO Xue4， ZHOU Yu-ling1， FENG Hai-tao5

（1.Guangxi Haocheng Environmental Protection Technology Co. Ltd.，Guilin Guangxi 541002， China）

Abstract： The monitoring data of Lijiang River from 2015 to 2022 were used to analyze the water quality of the urban section of the river adopting the evaluation method of single factor index， comprehensive pollution index evaluation method， and comprehensive nutritional status index method before and after the dam was constructed. The water qualities of Dongzhen waterworks， Dongjiang waterworks， Wayao waterworks， Mopanshan were examined. The results indicated that the water quality of the Chengbei waterworks， Dongzhen waterworks， Dongjiang waterworks were maintained at class Ⅰ～Ⅱ before the construction of the dam. The water quality of Wayao Water Works and Mopanshan section is maintained at class Ⅱ-Ⅲ as well. After the dam was built， the water quality of the 5 monitoring sections was maintained at class Ⅰ～Ⅱ. The main factors affecting water quality is dissolved oxygen， permanganate index， five-day biochemical oxygen， and total phosphorus. After the dam was built for backwater， the water quality of Wayao water plant and Mopanshan was improved significantly. However， the water quality of the other three waterworks did not change significantly. During January of 2023 to December of 2023， the water quality of 5 monitoring sections was in the state of poor nutrition. No eutrophication was observed.

Key words： water environmental quality; changing trends; Lijiang River; urban Guilin

作者簡介：劉炳濤（1993-），男，廣西桂林人，工程師，學士，主要從事環境影響評價、環境質量評價、環境規劃、環境咨詢。

通信作者：宋曉薇（1988-），女，廣西南寧人，高級工程師，碩士，從事水生態環境保護研究。