李 佳，趙 偉，董曉慶，劉昊錚

(1.重慶工商大學 環(huán)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(jīng)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(zhì)基礎(chǔ)。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(xiàn)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(fā)，工業(yè)企業(yè)的發(fā)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(zhì)研究有利于污染水體的治理，持續(xù)、循環(huán)利用水資源，為水資源的合理開發(fā)和水體污染綜合防治提供科學依據(jù)[5]。針對我國水資源污染現(xiàn)狀，開展水質(zhì)研究工作刻不容緩。

沱江水質(zhì)與沿江人群生存息息相關(guān)，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(yè)向沱江流域排放遠超國家標準的違規(guī)廢水，導致河水污染嚴重，魚類大量死亡。此事件發(fā)生后，沱江流域水質(zhì)成為學術(shù)界關(guān)注的焦點，以水質(zhì)現(xiàn)狀評價及污染物特征分析、污染特性分析和某一區(qū)域內(nèi)沱江流域水質(zhì)分析為研究重點[7～10]。該事件是近10年來全國發(fā)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(guān)水質(zhì)指標參數(shù)是否達標？相關(guān)問題都亟待查明。因此對沱江水系水質(zhì)進行研究十分必要，而單次短時間的研究結(jié)果是不準確的，本文采用pH值、DO、CODMn和NH3-N為指標參數(shù)對2018年沱江河口江段水質(zhì)周年動態(tài)變化和季節(jié)變化情況進行研究，分析各參數(shù)變化趨勢，同時運用單因子指數(shù)法并結(jié)合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)對其水質(zhì)狀況進行初步評價，利用這些規(guī)律對預防沱江流域污染和水質(zhì)管理工作提供科學依據(jù)。

2 研究區(qū)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(qū)。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(qū))，經(jīng)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(qū)域為沱江下游河口江段，監(jiān)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(shù)據(jù)來源及研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

研究表明，pH值、DO、CODMn和NH3-N作為水質(zhì)監(jiān)測中最重要和最常用的監(jiān)測指標，可指示水體污染程度，預測水污染情況，對水環(huán)境質(zhì)量和水環(huán)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(huán)境質(zhì)量標準》(GB838-2002)中水質(zhì)質(zhì)量控制的基本項目，我國自動監(jiān)測站也采用這4個參數(shù)對各地水質(zhì)情況進行監(jiān)測[14,15]。因此本文采用pH值、DO、CODMn及NH3-N指標參數(shù)對沱江水質(zhì)進行分析和評價。本文數(shù)據(jù)來源于數(shù)據(jù)中心(http://datacenter.mee.gov.cn/websjzx/queryIndex.vm)。

3.2 研究方法

水質(zhì)分析和水質(zhì)評價是水質(zhì)研究工作中重要內(nèi)容，可檢測研究區(qū)域水質(zhì)是否符合水質(zhì)標準。根據(jù)規(guī)定的水質(zhì)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(wù)，因此可通過水質(zhì)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(shù)測量結(jié)果對2018年沱江河口江段水質(zhì)周年動態(tài)變化和季節(jié)變化情況進行研究分析，同時運用單因子指數(shù)法并結(jié)合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)對其水質(zhì)狀況進行初步評價。

3.2.1 水質(zhì)分析

水質(zhì)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(shù)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(jiān)測數(shù)據(jù)按周進行周年動態(tài)分析。對2018年沱江河口段各參數(shù)在各周所測量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)做全年趨勢變化圖，分析各參數(shù)在2018年的趨勢變化。

3.2.1.2 季節(jié)動態(tài)

首先將各參數(shù)按季節(jié)分別劃分為4組，對每個參數(shù)4個季節(jié)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(jié)間的顯著性分析。季節(jié)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(zhì)評價

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

3.2.2.1 單因子指數(shù)評價法

單因子指數(shù)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(shù)；Ci表示第i個評價指標的濃度監(jiān)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(zhì)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(zhì)要求，當標準限值Pi>1，表示不符合該類水質(zhì)要求，評價參數(shù)超過標準限值。

3.2.2.2 國家標準評價

根據(jù)各參數(shù)的監(jiān)測值濃度與表1中《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中對應(yīng)的參數(shù)標準限值進行比對，得出水質(zhì)評價結(jié)果。

表1 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中相關(guān)標準限值

4 結(jié)果分析

4.1 水質(zhì)的周年動態(tài)

4.1.1 水質(zhì)周年數(shù)據(jù)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(jiān)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(xiàn)在第8周，最小值出現(xiàn)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(xiàn)在32周，最小值出現(xiàn)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(shù)測量數(shù)據(jù)最值及均值

4.1.2 水質(zhì)各參數(shù)周年變化趨勢

根據(jù)2018年各周pH值、DO、CODMn、NH3-N的監(jiān)測數(shù)據(jù)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(wěn)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(zhì)的季節(jié)變化

4.2.1 pH值季節(jié)變化

采用單因素方差分析方法，將pH值、DO、CODMn、NH3-N各參數(shù)按照4個季節(jié)進行差異顯著性分析用P1表示，P2是pH值、DO、CODMn、NH3-N各參數(shù)中兩兩季節(jié)間的差異顯著性分析結(jié)果。據(jù)統(tǒng)計P1<0.01，故2018年沱江河口段水質(zhì)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(jié)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(jié)的pH值兩兩進行對比發(fā)現(xiàn)，春夏、春冬、夏秋和夏冬這4組兩個季節(jié)間均是P2<0.01，說明各組2個季節(jié)間有顯著差異；春秋、秋冬這2組兩個季節(jié)間均是P2>0.05，說明各組2個季節(jié)沒有顯著差異。

4.2.2 DO季節(jié)變化

2018年沱江河口段水質(zhì)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(jié)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(fā)現(xiàn)，春秋、春冬、夏冬和秋冬這4組2個季節(jié)間均是P2<0.05，說明各組2個季節(jié)有顯著差異，春夏和夏秋這2組兩個季節(jié)間均是P2>0.05，說明各組2個季節(jié)沒有顯著差異。

4.2.3 CODMn季節(jié)變化

2018年沱江河口段水質(zhì)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(jié)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(shù)平均值變化較小，其他季節(jié)相差均較大。將4個季節(jié)CODMn兩兩進行對比發(fā)現(xiàn)，夏冬和秋冬這2組2個季節(jié)間均是P2<0.05，說明各組兩個季節(jié)有顯著差異，春夏、春秋、春冬和夏秋這4組2個季節(jié)間均是P2>0.05，說明各組2個季節(jié)沒有顯著差異。

4.2.4 NH3-N季節(jié)變化

2018年沱江河口段水質(zhì)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(jié)平均值大小為：春季>冬季>秋季>夏季。根據(jù)四個季節(jié)的NH3-N兩兩進行對比發(fā)現(xiàn)，春秋季之間P2<0.05，說明這2個季節(jié)有顯著差異，春秋、春冬、夏秋、夏冬和秋冬這5組2個季節(jié)間均是P2>0.05，說明各組2個季節(jié)沒有顯著差異。

4.3 水質(zhì)評價

4.3.1 單因子指數(shù)評價法

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

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

4.3.2 國家標準評價

根據(jù)表2中各參數(shù)實際監(jiān)測值與表1中《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中對應(yīng)的參數(shù)標準限值進行比對，得出的結(jié)果如表4所示。

表4 國家標準評價結(jié)果

從表1中可看出我國《地表水環(huán)境質(zhì)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(nèi)，因此2018年沱江河口段水質(zhì)pH值在各周、各季節(jié)都符合我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》標準，如表4所示。由表4可知全年水質(zhì)DO中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水質(zhì)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(zhì)CODMn中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類水質(zhì)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(zhì)NH3-N中有Ⅰ、Ⅱ類水質(zhì)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(jié)果對比發(fā)現(xiàn)冬季水質(zhì)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(zhì)

結(jié)合單因子評價法發(fā)現(xiàn)，pH值、DO、CODMn、NH3-N 4個參數(shù)的各周由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類順序進行選取第一個符合Pi<1的水質(zhì)類別的結(jié)果，統(tǒng)計結(jié)果表4顯示的結(jié)果相同。所以，通過單因子評價法計算結(jié)果進行評價與直接用測量數(shù)據(jù)與國家標準進行比對的評價結(jié)果相同，故2018年沱江河口段水質(zhì)符合Ⅲ類水質(zhì)標準，冬季符合Ⅱ類水質(zhì)標準，春、夏、秋季符合Ⅲ類水質(zhì)標準。

5 討論

2018年沱江河口段水質(zhì)周年變化情況較為明顯。pH值較穩(wěn)定，全年變化不大，雖在24～36周波動較明顯，但對周年動態(tài)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(xiàn)出比較穩(wěn)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(yīng)該加強對影響該參數(shù)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(xiàn)下降趨勢，說明沱江河口段在2018年含氨氮物質(zhì)排入沱江控制較好。

沱江水質(zhì)季節(jié)變化非常明顯。pH值和DO季節(jié)變化顯著，CODMn和NH3-N季節(jié)變化不顯著。通過對DO季節(jié)兩兩進行分析發(fā)現(xiàn)：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(guān)鍵因子，因此季節(jié)變化導致水溫產(chǎn)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(nóng)田肥料流失等造成。氨氮含量低，保持較穩(wěn)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(jīng)得到較好處理。

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

沱江水資源監(jiān)測與保護建議：加強對沱江水質(zhì)監(jiān)測和保護，保證沱江水質(zhì)能夠滿足沿岸人群正常需求；水質(zhì)pH值和DO保持穩(wěn)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(jié)、時間段對需要控制的參數(shù)，采取預防和治理相結(jié)合的管控手段；加大對沱江流域管理的資金投入；做好水環(huán)境保護的宣傳工作。

本研究使用國家監(jiān)測站數(shù)據(jù)，部分測量周期間隔較大，測量參數(shù)較少，影響水質(zhì)分析和評價結(jié)果精確性，僅能進行初步評價。為了進一步加強沱江水質(zhì)監(jiān)管，未來需要投入更多精力進行更加細致的研究，希望相關(guān)方面能夠加強對沱江水質(zhì)監(jiān)測，同時對沱江支流進行相關(guān)研究。

6 結(jié)論

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

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

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

(3)2018年沱江河口段水環(huán)境質(zhì)量較好，通過單因子指數(shù)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(zhì)，2018全年可達到Ⅲ類水質(zhì)，春、夏、秋季可達Ⅲ類水質(zhì)要求，冬季可達到Ⅱ類水質(zhì)要求。