西溪河流域水質現狀及變化特征分析

陳 平，楊 娟

(廣安市環境監測站,四川 廣安 638000)

西溪河屬于渠江一級支流，發源于廣安市岳池縣，流經小平故居和廣安城區后匯入渠江,作為唯一流經廣安主城區的河流，西溪河水質的優劣對沿岸群眾有著非同一般的重要意義。但由于西溪河沿岸農業、養殖業用水增加使流量減小，鄉鎮生活污水排放量加大，以及下游城區規模迅速擴大,人口急劇增加，導致西溪河水質開始惡化，有逐漸向黑臭水體發展的趨勢，水環境問題越來越受人們重視。近幾年經過市區協同治理，西溪河中下游水質逐漸穩定并開始得到改善。從監測數據中挖掘有用的信息，對其水質變化特征和過程進行研究，識別潛在污染源能提高人們對區域狀況的認識[1]，可對整個流域的環境管理和治理提供參考之處。

本文研究的西溪河流域設置有水質例行監測斷面，通過長期的監測，基本了解了該河流的水質狀況。對其做出合理評價，制定有針對性的水環境治理規劃和方案，水質評價的合理性將直接影響水環境整治決策的準確性[2-3]、目前，河流水質評價主要有單因子評價法[4]、模糊數學評價法[5-6]、灰色類聚法[7-8]、BP神經網絡法[9]、內梅羅污染指數法[10]、主成分分析法[11]等，在實際運用當中，這些方法各具優點，但有些方法計算過程繁瑣、復雜，不方便實際應用[12]。根據幾種評價方法的特點，本文使用單因子評價法和平均綜合污染指數法[13]相結合的方式，對西溪河流域進行水質狀況評價，并使用Spearman秩相關系數法進行水質變化趨勢分析。結合近年治理措施及結果，分析該河流水質變化特征及水污染源特征，旨在為西溪河流域水資源質量保護及合理利用提供參考。

1 研究區域及研究方法

1.1 區域概況及評價指標

西溪河全長100多公里，發源于岳池縣，沿途流經5鄉鎮以及廣安主城區。主要支流顧縣河，途徑3鄉鎮于流域中游茍角鎮境內匯入西溪河中。流域內主要為農村區域，工礦企業少，無工業園區，有為數不多的規模化畜禽養殖企業。

本文現用2014～2018年西溪河常規例行監測數據進行研究，根據西溪河行政區域改變以及污染狀況等共在干流上設置了7個監測斷面，頻次為每月1次。現以《地表水環境質量評價方法(試行)》[14]中除pH、溶解氧外的19個因子進行評價，pH基本穩定無變化且未超標，溶解氧很大程度與其他因子有關，評價因子可基本反映水質大概情況[10]。標準按照《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)[15]執行，見表1。各監測斷面名稱和位置詳見圖1。

圖1 西溪河監測斷面位置示意圖Fig.1 The diagram of monitoring cross-section of Xixi river

表1 評價因子及地表水環境質量標準(GB 3838—2002)Ⅲ類標準限值Tab.1 Evaluation factors and standard limitation values of environmental surface water quality standard(GB 3838—2002)in category Ⅲ (mg/L)

1.2 評價方法

平均綜合污染指數法：對斷面或河流水體污染物產生的水質影響進行綜合評價，定量描述總體污染狀況。其計算公式為

Pi=Ci/Si

(1)

(2)

式中：Ci為監測值；Si為標準值，取《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002) 的Ⅲ類標準限值；n為評價指標的個數；Pi為第i項指標的污染分指數；P為平均綜合指數。文中未檢出監測項目以檢出限值參與計算。

Spearman秩相關系數法計算公式如下：

(3)

式中：di為變量Xi和變量Yi的差值，Xi為周期1到周期N按濃度值從小到大排列的序號，Yi為按時間排列的序號。

2 結果與討論

2.1 西溪河水質空間分布變化特征

2014～2018年西溪河水質監測中8項主要指標數據統計如表2所示，其余11項指標基本無檢出未予列出，干流及主要支流綜合污染狀況見圖2。

表2 2014～2018年西溪河水質監測主要指標數據統計Tab.2 Statistical data of leading indicators of Xixi river monitoring results during 2014～2018 (mg/L)

圖2 2014年～2018年斷面綜合污染狀況Fig.2 Overall contamination profile of river cross- section region from 2014 to 2018

其中顧縣河斷面位于西溪河上游主要支流，賀家蓋、紅色村、大壩位于中游，全民水庫庫區，葫蘆島、城區閘壩、凌云橋位于下游。由圖3可見，2014～2018年，西溪河及支流各斷面平均綜合污染指數有較強的空間差異性，分布特征呈明顯的凹線型。

顧縣斷面位于西溪河上游支流顧縣河，為縣內水質目標斷面。由于流量較小，加之沿岸多個鄉鎮生活污水和農業面源污染的進入，致使水質較差，平均綜合污染指數0.42，為全流域最高，也是導致整個流域水質較差的主要原因。

圖3 2014年～2018年平均綜合污染沿程變化Fig.3 Average overall pollution variations from 2014 to 2018

上游賀家蓋斷面平均綜合污染指數呈小幅度波動，數據變化不大。因來水水量較小，受幾個上游人口較多的鄉鎮生活污水和沿途農業面源畜禽養殖以及工業廢水的影響，平均綜合污染指數較高。主要超標因子為高錳酸鹽指數和化學需氧量。紅色村為岳池和廣安區的交接斷面，水體經過自凈和其他小流域進水的稀釋，與賀家蓋斷面相比，平均綜合污染指數略有下降。到大壩斷面時，進一步降低。葫蘆島為廣安城區上游背景斷面，得益于近年地方政府的大力整治河流沿岸的鄉鎮生活污水和種養殖業，嚴格控制農業面源污染進入，使該斷面未接納過多新污染物，2017、2018年平均綜合污染指數均為全流域最低，主要污染物為生化需氧量和化學需氧量。

城區閘壩和凌云橋斷面分別為城區內河段控制斷面，受城區居民未收集完全的生活污水，以及園林景觀用水等影響，水質逐漸變差。且由于城區攔河筑壩、原小水電站引水渠分流部分水量等原因導致流動性變差，水體有所惡化，平均綜合污染指數升高，到入江斷面凌云橋時達到一個較高值，超標因子主要為生化需氧量和化學需氧量。且在2014～2018年間平均綜合污染指數呈逐年增高的趨勢，需引起足夠重視。

總體來說，西溪河水體質量較差，處于輕度污染狀態。其中上游支流水質較差，中游經過稀釋流動自凈作用有所好轉，進入廣安區境內后，由于水體自凈作用，導致污染物濃度降低，水質逐漸變好。進入城區后平均綜合污染指數再次升高，水質明顯變差，超標因子主要集中在生化需氧量，其次是化學需氧量、總磷和高錳酸鹽指數，大多數監測因子達標。

根據表3單因子評價法結果，顯示2018年西溪河流域7個監測點位中支流顧縣河為劣Ⅴ類水，主要污染物是氨氮，其次是總磷，大壩為Ⅳ類水，主要污染物是總磷；其他斷面為Ⅲ類水質，少數月份部分斷面Ⅳ類水質，主要污染物為生化需氧量、化學需氧量、總磷和高錳酸鹽指數，說明流域主要污染物為有機污染因子和部分營養物質。與2017年相比，總體水質狀況有所改善。

表3 2017年、2018年單因子評價法評價斷面水質類別變化Tab.3 Utilize single-factor evaluation method to evaluate cross-sectional water quality differences in 2017 and 2018

2.2 水質變化趨勢

采用Spearman秩相關系數法對西溪河流域水質變化進行趨勢分析。根據西溪河7個斷面各年度水質的評價綜合污染指數計算秩相關系數。如表4所示，當N=5，置信水平為0.05時，臨界值Wp為0.09，城區閘壩監測斷面的|rs|>Wp，且rs<0，說明該監測斷面平均綜合污染指數呈顯著下降趨勢，水質明顯變好。其余斷面rs值均未超過臨界值Wp，平均綜合污染指數變化無顯著意義。但其中葫蘆島斷面平均綜合污染指數呈現下降趨勢，紅色村斷面平均綜合污染指數呈上升趨勢，需要引起足夠的重視。顧縣河、賀家蓋、大壩和入江口凌云橋斷面平均綜合污染指數變化無相關性。見圖4。

從表4來看，西溪河流域干流秩相關系數小于零，呈現下降趨勢。這跟近年地方政府對西溪河流域整治的大力投入有關，如關閉沿岸畜禽鄉鎮養殖企業、轉變沿岸種植作物類型為經濟果木，取締攔河小水電、完善污水管網、河道清理、提高污水收集率等措施以及河(湖)長制、山水林田湖、潔凈水行動、環保督查等系列環保工作制度的形式，得到各級政府相關部分的廣泛關注。促使流域水質得到改善，取得了較好的效果。總體來說西溪河干流水質整體優于上游支流顧縣河水質。支流和西溪河流域平均綜合污染指數變化無明顯相關性。

表4 西溪河流域秩相關系數Tab.4 Coefficient of rank correlation of Xixi river basin

圖4 西溪河斷面秩相關系數Fig.4 Coefficient of rank correlation of Xixi river cross-section

2.3 水質時間變化特征

2018年西溪河流域水體綜合污染狀況逐月變化趨勢由圖5可見，西溪河干流全年水質平均綜合污染指數變化幅度不大，狀況基本操持穩定。支流顧縣河平均污染狀況隨月份變化起伏較大，1～3月上升趨勢明顯，4月由于汛期雨量充沛，降雨對污染物稀釋作用顯著，綜合污染指數經較大回落后有所波動，但總體保持穩定，基本較好。總體來說，西溪河整個流域水體平均綜合污染指數隨月份波動變化逐漸降低，其中1～3月逐步升高至3月時達到全年最高值0.634，主要污染來自于鄉鎮人口生活污水和農業種植面源污染，由于春季處于枯水期河流水量太小，加上沿途鄉鎮春節返鄉人員生活污水量增大，之后開始農業春耕灌溉等原因使流量進一步降低，導致水質較差。4月至9月處于豐水期，雨水充沛，由于降水量的增加，河流稀釋能力的增加使水體中污染物受到較好的稀釋凈化，導致水質較好，但降雨的增加同時也導致地面沖刷而帶入新的污染物，讓水體污染物平均綜合污染指數出現輕微的波動。10月至12月流量平穩，農業種植處于修整期，使農業面源污染大量減少，平均綜合污染指數變化幅度不大，水質穩定略有變好。冬季農閑是導致水質全年最好的主要原因。

圖5 2018年平均綜合污染指數月變化圖Fig.5 Monthly changingFigure of 2018 average overall pollution index

2.4 水質變化特征分析

西溪河流域，除開廣安城區外共計有8個鄉鎮。其中干流上游包括天平鎮、興平鎮、茍角鎮3個鄉鎮，根據第五次人口普查數據計算人口數量占整個流域的51.4%，根據第二次全國污染源普查現場調查結果顯示工業企業占整個流域的23.8%，農業面源畜禽養殖業占43.8%，而污水處理廠只占38.5%。說明干流上游生活污水和畜禽養殖對河流污染物貢獻占有較高比重，污水治理設置較人口比例來說相對較低。見表5。

表5 西溪河流域沿途污染源情況Tab.5 Pollution sources along the Xixi river basin

支流顧縣河包括東板鄉、長田鄉、顧縣鎮3個鄉鎮，人口數量占沿途鄉鎮的26.6%，工業企業占66.7%，農業面源畜禽養殖業占50%，而污水處理廠只占23.1%。說明顧縣河作為西溪河的重要支流，其工業和畜禽養殖對河流污染物貢獻占有較高比重，與之相反的是污水治理設置比例較低，匹配治污能力相對不足，有待進一步提升。

中下游包括濃溪鎮、龍安鄉2個鄉鎮，人口數量占沿途鄉鎮的22.0%，工業企業占9.5%，農業面源畜禽養殖業占6.2%，而污水處理廠占整個流域的38.5%。目前中下游通過多項措施使工業廢水降到最低且生活污水和農業面源污染得到了有效的抑制。但由于上游河段水質較差，尤其是主要支流顧縣河是導致整條河流平均綜合污染指數高居不下的主要原因，因此在保住中下游水污染治理成果的前提下，應重點突出上游河段的治理工作，以確保整條河流的水質改善。

3 主要污染防治對策建議

3.1 完善沿岸鄉鎮基礎設施，增加集中式污水處理。對已建污水處理廠應加強監督保證其正常運行，嚴格要求場鎮雨污分流，完善污水管網，加大污水收集力度，增加收集面積，減少入河排污口數量，杜絕生活污水直排。同時對于農村生活污水的處理吳歆悅[16]建議根據實際情況進行分散式處理更加靈活有效。其次增加農村生活垃圾收集率，嚴禁垃圾傾倒入河，對入河污染物進行嚴格把控，減少污染物總量。

3.2 合理利用水資源，改變農業用水模式，優化沿岸種植作物類型，進行河岸治理。加大農藥高效低量使用指導，嚴禁使用高毒、高殘留農藥[17]，降低農藥殘留通過地表徑流匯入河中產生污染。講求針對性科學施肥，合理化肥配額。發展節水灌溉，節約水資源，降低農田退水污染。提倡城鎮居民節約用水，提高用水效率。減少用水，則可增加河流流量，加大河水自凈能力。

3.3 在流域范圍內加強建設項目環境管理,禁止新增工礦企業及畜禽養殖企業，同時嚴肅現有企業的監督管理，杜絕污染事件的發生。加大水質目標考核力度，深化生態補償制度[18]，按區域分段落實相關地方政府的治理職責。同時構建環境管理協作機制，走協同合作型的路徑治理[19]解決各自為政單打獨斗的局面，切實促進流域綜合治理。

4 結 論

2014～2018年，西溪河流域水質綜合污染狀況總體呈現下降的趨勢，上游支流顧縣河水質相對較差，五年平均綜合污染指數為0.380，但污染狀況有所改善。進入西溪河干流中游時水質污染狀況得到明顯緩解，進入城區后水質再次出現變差的情況。整條流域超標因子主要集中在生化需氧量項目，其次是化學需氧量、總磷和高錳酸鹽指數。年內水質變化枯水期比豐水期、平水期水質要差，從全年來看，西溪河1～3月水質較差，4月后基本保持穩定，水質相對較好。

通過Spearman秩相關系數法對西溪河流域水質進行趨勢分析得出，城區閘壩污染狀況有顯著下降，其余斷面無顯著意義。紅色村斷面平均綜合污染指數有細微升高的趨勢，需要加強環境管理提高警惕。干流綜合污染指數整體呈穩定下降的趨勢，說明近年對西溪河流域的治理措施起到了較好的效果。

西溪河流域污染源主要來自沿途鄉鎮生活污水和農業面源污染，工業污染不明顯。中下游經過加大環保投入，引導農業經濟轉型、取締畜禽養殖等措施使水質得到有效改善，對整條流域的治理具有較好的參考意義。