嘉陵江南充段水质评价及其污染源解析.pdf

嘉陵江南充段水质评价及其污染源解析袁 姁,鲁朝旭,吴雪梅,李红英,舒 丽,雷 熊,李晓曼,刘 巧(四川省南充生态环境监测中心站,四川南充 637000)摘要 以 20172019 年南充市嘉陵江一级支流 25 个监测断面的年均值监测数据为研究对象,运用多种评价方法对水环境质量进行分析,并采用 GIS 和多元统计法分析水质变化特征及潜在污染物来源。结果表明,综合水质标识指数法最适合南充市嘉陵江一级支流河长考核制。嘉陵江南充段一级支流水质逐年改善,污染程度从高到低依次为蓬安县高坪区南充市嘉陵区阆中市顺庆区南部县仪陇县;该地区主要污染物指标为化学需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)。主要受有机污染、富营养化污染和粪便污染的影响,工业废水、农业径流、生活污水以及畜牧污染物的排放是流域主要污染源。关键词 水质评价;综合水质标识指数法;多元统计;GIS;污染源解析;嘉陵江中图分类号 X824 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2023)11-0043-07doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2023.11.011 开放科学(资源服务)标识码(OSID):Analysis of Water Quality Evaluation and Pollution Sources in Nanchong Section of Jialing RiverYUAN Xu,LU Zhao-xu,WU Xue-mei et al(Nanchong Ecological Environment Monitoring Center Station of Sichuan Province,Nanchong,Sichuan 637000)Abstract Based on the 2017-2019 monitoring data of Nanchong Jialing River first level 25 tributaries monitoring section as the research ob-ject,the water environment quality was analyzed by various evaluation methods,and the water quality change characteristics and potential pollu-tant sources were analyzed by GIS and multivariate statistical methods.The results showed that comprehensive water quality identification index method was the most suitable for the river chief examination system of the first grade tributary of Jialing River in Nanchong City.The water quality of the first level tributaries in Nanchong section of Jialing River improved year by year.The pollution degree ranked as follows Pengan County Gaoping District Nanchong City Jialing District Langzhong City Shunqing District Nanbu County Yilong County.The main pollutant indexes in this area were CODCr,BOD5,TP,NH3-N.It was mainly affected by organic pollution,eutrophication pollution and fecal pollution,and the four major pollution sources in the basin were industrial wastewater,agricultural runoff,domestic sewage and livestock pollutant discharge.Key wordsQuality evaluation;Comprehensive water quality identification index method;Multivariate statistics;GIS;Analysis of pollution sources;Jialing River基金项目 南充市科技计划项目(21YFZJ0014,21YFZJ0016)。作者简介 袁姁(1995),女,重庆人,工程师,硕士,从事环境监测研究。通信作者,高级工程师,从事环境监测研究。收稿日期 2022-04-23河流水质分析与评价是水环境规划与管理、水功能区划、污染与防治、目标考核等的基础性工作,只有采用科学合理的水质评价方法,才能准确反映当前的水体质量和污染状况1。一个地区的水质被认为是自然和人为因素的函数,地表水的水质不仅取决于自然过程,而且还取决于居民生活污水排放、工业废水、肥料施用和牲畜养殖等人为影响。了解水质特征,识别其污染源,是其管理的核心,因为它为水资源的恢复和保护提供了必不可少的信息,也将为更好的水资源管理和污染控制提供参考。嘉陵江是南充市境内最大的河流,是绝大部分南充人民的重要饮用水取水地,由北向南纵贯全境,是长江上游一条流域面积最大的支流。嘉陵江南充段处于嘉陵江中游,出境后为广安市,于重庆汇入长江三峡库区,其水域地理位置十分重要。2017 年南充市率先在全省推行河长制,建立了市、县、乡、村四级河长体系,按照“六个一”的思路,广泛开展采砂管理、河湖“清四乱”等专项行动,强力推进水污染防治整改工作。此外,南充还形成了“党政河长+”的河长制新格局,除“党政河长”外,还设立了“河道警长”“记者河长”“河长制工作义务服务员”以及由小学生担任的“小河长”等,进一步加强了对嘉陵江南充段一级支流水质监测及污染防控2。南充市在四川省甚至全国率先推行市级河长制考核,该研究也是国内少见的有关市级河长制推行嘉陵江一级支流水质改善及其水污染防治攻坚战取得的成果展示和经验总结,可为其他相关相似地区提供参考借鉴。现在的水质评价方法已经出现了很多种,如单因子指数评价法、综合污染指数法3、内梅罗污染指数法4、主成分分析法和综合水质标识指数法5-6等。这些方法的评价结果是否科学合理没有一个确切的定论,而且每种方法都有各自的优点,所以在使用过程中需要根据具体评价的河流对每种方法进行比较,最大避免它的不合理处,从而使结果尽可能科学合理。笔者通过采用单因子指数评价法、综合污染指数法、内梅罗污染指数法、主成分分析法以及综合水质标识指数法等对市级河长制实施 3 年以来的监测数据进行综合分析,选取最适合用来考核南充市各县(区、市)的水质评价方法,综合分析水质现状及污染成因;采用 GIS 和多元统计的方法分析了水质空间分布特征及其主要污染物来源,提出相关防治对策,为打赢长江经济带嘉陵江水污染防治攻坚战提供决策依据和技术支撑。1 资料与方法1.1 研究区域概况 南充市位于四川省东北部、嘉陵江中游,管辖 3 区 5 县,代管 1 个县级市,市人民政府驻顺庆区;2019 年末 2020 年初,南充市总人口 723.71 万,户籍人口和常住人口全省排名第二,仅次于成都市;土地面积 1.25万 km2,是成渝经济区北部中心城市、川东北区域中心城市和国家重要的交通次枢纽。嘉陵江是长江第二大支流,是南安徽农业科学,J.Anhui Agric.Sci.2023,51(11):43-49,55 充市境内重要的河道水系。南充市水资源丰富,“十三五”期间南充市平均降水量 1 232.2 mm。全市河流 3 166 km,境内河流大多属长江流域嘉陵江水系,嘉陵江一级支流有 25 条,市辖三区境内最主要支流有西河、芦溪河、潆溪河(荆溪河)、蜿蜒河、螺溪河、西充河等,这些河流交汇形成树枝状水系(图 1)。图 1 南充市水系分布Fig.1 Water distribution of Nanchong City1.2 数据来源 南充市境内嘉陵江一级支流 25 条河流各设置 1 个监测断面,其中高坪区的清溪河用清溪河(GP)表示,蓬安县的清溪河用清溪河(PA)表示,具体位置见图 2。数据采用 20172019 年年均值,监测频率为每月 1 次,每月中下旬采样。水样采集与分析参考水和废水监测分析方法7、地表水和污水监测技术规范(HJ/T 912002)8,实际监测水质指标共计 23 项:水温(T)、pH、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)、铜(Cu)、锌(Zn)、氟化物(F-)、砷(As)、汞(Hg)、硒(Se)、镉(Cd)、铅(Pb)、氰化物(CN-)、挥发酚(VP)、六价铬(Cr6+)、石油类(Oils)、硫化物(S2-)、阴离子表面活性剂(LAS)、粪大肠菌群(FC)。根据地表水环境质量标准(GB 38382002)9,水质目标考核类别均为类。粪大肠菌群(FC)作为单独评价指标,不纳入目标考核范围。该研究主要采用 Excel、GIS 和 SPSS 23.0 对所有数据进行计算和处理。1.3多元统计方法目前,相关性分析和主成分分析(PCA)都是比较完善的多元统计分析方法,常用于环境监测的污染源分析10。相关性分析是通过对污染指标之间进行分析,衡量 2 个指标的相关密切程度,从而确定其同源关系11;PCA 是通过数学变量降维思想,将多个分析指标纳入同一系统中进行定量化研究,筛选出主要因子来解释污染情况,并且属于同一个主因子的指标则可能为同一污染来源12-13。它的主要目的是通过全面分析各项指标所携带的信息,筛选出比原始指标少、能解释大部分资料的综合性指标。1.4 水质评价方法 单因子指数评价法是把全部参与评价的指标分别与国家地表水环境质量标准进行对比,选取对应水质级别最差的那个作为该水体的水质级别;该法的缺点是评价结果较为单一,反映河流的水质情况不够全面,优点是计算方便,直接得出超标指标的个数和倍数。综合污染指数法是在单项污染指数评价的基础上计算得到的,优点是可了解多项水质参数与相应标准间的关系从而直观判断水质状况,缺点是忽略高浓度和急性毒理性指标的影响,没有考虑水环境大量的不确定性因素。内梅罗污染指数法是考虑最44 安徽农业科学 2023 年大污染因子,同时又兼顾了各项污染因子平均值的一种综合污染指数。主成分分析方法是一种将多维因子纳入同一系统中进行定量化研究的多元统计分析方法,缺点是计算过程相对最复杂。综合水质标识指数法(WQI)是在单因子水质标识指数法基础上综合水质类别、与水环境功能区类别的比较结果等有关内容,主要包括单因子水质标识指数的计算、综合水质标识指数计算及水质等级确定 3 个步骤;它的优点是既参照国家标准规定的水质类别进行比较,又考虑了对水质污染程度的比较,可以对河道综合水质进行定性和定量的综合评价4-5。这 5 种评价手段的具体计算方法详见参考文献3-5。图 2 嘉陵江南充段一级支流监测点位Fig.2 Monitoring point of first-level tributaries of Nanchong Section of Jialing River2 结果与分析2.1 水质评价 该研究采用单因子指数评价法、综合污染指数法、内梅罗污染指数法、主成分分析法、综合水质标识指数法 5 种统计评价方法,对河长制河流考核 3 年监测数据平均值进行分析,结果表明(表 1