2014-2020年渭河寶雞段水質評價及趨勢分析

劉 歡

(陜西省水文水資源勘測中心，陜西 西安 710068)

渭河是黃河右岸的一級支流，發源于甘肅省渭源縣鳥鼠山，于寶雞市鳳閣嶺進入陜西省境內，至西向東橫貫寶雞、楊凌、咸陽、西安及渭南，于渭南市潼關匯入黃河。總流域面積13.5萬 km2,總主干河道長818 km。渭河寶雞段隸屬于渭河上中游段，流域面積1.33×104km2，占全流域面積的9.85%，河床平均比降2.0%左右，降水量年際間變化大，Cv約為0.21～0.29,月最大降水量多發生于7、8月，最小降水量多發于12、1月，7-10月份的降水量占全年總降水量的60%左右，地形特點呈西高東低，自西向東，地勢逐漸變緩。本文研究區域為省界至湯峪河入渭處(圖1)，該河段河長約214.3 km，占渭河總干流26.2%，從上個世紀末以來，隨著經濟的迅速發展和城鎮人口的急劇增加，加之極端氣候的變化，使渭河水質遭受到嚴重的污染。作為寶雞市地表水系的主動脈，渭河寶雞段的污染曾達到了頂峰。為此，寶雞市政府多次加強渭河整治力度，為渭河水質的改善不斷努力。目前，大多數學者研究渭河水質的變化，均是建立在2010年以前的監測資料[1]，而對于近幾年各斷面的水質污染現狀及變化趨勢鮮有報道。為了解渭河寶雞段經過“十三五”規劃一系列的治理舉措之后，各斷面水質污染現狀及變化趨勢，特對渭河寶雞段2014-2020年間各斷面的監測數據進行綜合評價，并對其時空上的變化趨勢進行探討，以期為渭河流域水資源保護和水污染防治工作提供理論依據。

圖1 渭河寶雞段監測斷面示意圖

1 材料與方法

1.1 水質監測資料

依據陜西省水功能區劃要求，渭河寶雞段共設置了7個水質監測斷面，分別為拓石、仙龍、林家村、臥龍寺、虢鎮橋、蔡家坡和永安村(表1)。2014-2020年間的水質監測資料來源于陜西省水環境監測中心寶雞分中心，嚴格按照《水和廢水監測分析方法》對水樣進行監測，監測頻率為每年12次。依據數據的實際情況和可獲得性，選取的評價指標包含高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、氟化物、鉛、硒、汞、砷、六價鉻和石油類等共計13項。

表1 水質監測斷面情況一覽表

1.2 水質評價方法

水質評價的方法及其結果的合理性一直以來都是環境管理領域內學者們探討的熱點，目前，較為常用的方法包含單因子評價法、主成分分析法、內梅羅污染指數法、綜合水質標識指數法及神經網絡評價法等。這些方法各有優缺點，其中單因子評價法依據水質最差單項指標所屬類別確定整個研究區域的綜合水質類別，操作簡便，但不能反應環境綜合質量，以偏概全。主成分分析利用降維的思想，把多指標轉化為少數幾個主成分，反映原始變量的大部分信息，需要建立相關系數矩陣，應用統計學軟件，對研究者的專業水平要求較高，不具有普遍適用性。而內梅羅污染指數法既能突出最大貢獻率污染因子對總體水質的作用，又能綜合反映總體水質污染程度，是目前國內外常用的綜合污染指數評價法。因此，本文選用內梅羅污染指數法對渭河寶雞段水質進行綜合評價，客觀反映本研究區域內水質狀況及近些年來渭河的水質變化趨勢，為渭河流域生態環境保護和高質量發展提供決策依據。

內梅羅污染指數法公式如下：

(1)

(2)

(3)

1.3 水質變化趨勢分析方法

在環境質量評價中常采用Spearman秩相關系數法來描述污染物的變化趨勢，目前國內外學者對該方法的應用已基本成熟[2]，在大部分的水環境質量研究報告中均采用了該種方法[3]。該方法是對已知時段各項污染因子的監測值進行統計分析，評價污染因子從過去到現在的變化趨勢，同時采用Daniel的趨勢檢驗來衡量環境污染變化趨勢在統計上是否具有顯著性，具體的運算過程如下：

Spearman秩相關系數法

(4)

di=Ai-Bi

(5)

式(4)(5)，rs為秩相關系數，di為變量Ai和變量Bi的差值，Ai為周期1到周期n按照內梅羅污染指數從小到大排列的序號，Bi為按時間排列的序號。

將秩相關系數rs的絕對值同Spearman秩相關系數統計表中的臨界值Wp進行比較，當|rs|>Wp時，則表明變化趨勢有顯著意義；如果rs是負值，則表明在評價周期內有關統計量指標變化呈下降趨勢或描述為好轉趨勢；若rs為正值，則表明在評價周期內有關統計量指標變化呈上升趨勢或者惡化趨勢；當|rs|≤Wp時，則表明變化趨勢沒有顯著性意義，說明在評價周期內水質變化穩定或平穩。

2 水質評價及其變化趨勢分析

2.1 渭河寶雞段各斷面沿程水質變化

圖2顯示2014-2020年間，渭河寶雞段7個斷面從上游到下游的水質狀況。其中拓石、仙龍、林家村位于渭河寶雞段的上游，臥龍寺和虢鎮位于渭河寶雞段的中游，蔡家坡和永安村均屬于渭河寶雞段的下游。7個水質監測斷面內梅羅污染指數值排序為虢鎮>蔡家坡>臥龍寺>永安村>拓石>仙龍>林家村。

圖2 渭河寶雞段各斷面2014-2020年內梅羅污染指數

2014-2020年間，拓石、仙龍和林家村斷面的內梅羅污染指數均小于0.60，且年際間未有明顯變化。這是因為渭河寶雞段上游水質較好，上游地區地勢多為溝谷交錯，人煙稀少，工業基礎設施欠發達，水環境受人類干擾很少。臥龍寺和虢鎮斷面均是經流寶雞市市區的斷面，與上游林家村斷面相比，內梅羅污染指數略有升高，分別升高33%和69%。其中，虢鎮斷面的水質劣于臥龍寺，特別是2015年，其內梅羅污染指數達到同期最高值，為1.94，污染因子貢獻率最大的是氨氮，其次是總磷和化學需氧量，2016年之后內梅羅污染指數有所下降，均小于0.50，水質向好發展。蔡家坡鎮是關中西部地區重要的農產品供應基地和陜西西部著名的工商業重鎮，蔡家坡作為渭河流出寶雞市區后的設置的第一個監測斷面，與虢鎮斷面相比，內梅羅污染指數稍微有所下降，降低了9%，但在整個研究周期內，蔡家坡斷面內梅羅污染指數年際間變化較大，2015年達到污染峰值，為1.87，2020年內梅羅污染指數最低，為0.37，降低了80%，為同期所有斷面最低值，水質治理效果較為明顯。永安村是設置在湯峪河入渭口的一個斷面，其內梅羅污染指數年均值為0.58，與上游仙龍斷面的污染指數值較相近，水質相對較好，這可能與水體自上而下的自凈化作用有關，即渭河在流動過程中，不僅受到周邊生活污水、工業廢水排入的干擾逐漸減少，而且水質中的污染物也會經過稀釋、沉淀等物理作用和發生氧化或還原等化學反應，從而使水質變好。

總體來看，2014年以來，渭南寶雞段的水質都有了明顯的改善，從上游至下游的折線圖不難看出，所有監測斷面的綜合污染指數均在2015年后有所下降；特別是虢鎮橋、蔡家坡和臥龍寺斷面污染指數下降趨勢明顯。

2.2 渭河寶雞段水質變化趨勢分析

應用Spearman秩相關系數法對渭河寶雞段的水質變化趨勢進行分析。依據渭河寶雞段7個斷面各年度水質的內梅羅污染指數來計算出他們的秩相關系數(圖3)。結果表明，監測區域內7個斷面的水質內梅羅污染指數的rs均為負值，污染指數值在逐年下降，且當n=7時，|rs|>0.714(Wp0.05=0.714)。經統計學檢驗，渭河寶雞段7個斷面的水質在2014-2020年間呈現顯著性好轉趨勢。這與地方政府多方面治理措施息息相關，例如，“十三五”規劃中關于推進渭河生態區建設，實施灘面整治、河道疏浚、水污染治理、濕地建設、水量保障以及綜合開發利用等工程的建設。秉承將渭河打造成“安瀾河、生態河、景觀河、文化河、致富河”的理念，形成生態環境優美的特色生態區等。目前來看，政府措施在局部地區已經取得了顯著的成效，但是水生態環境還未根本地改善。對于重點工業區，例如研究區域內，蔡家坡和虢鎮的污染指數在2019年不降反升，表明了為降低運營成本，某些工企業依然在偷排偷放。

圖3 秩相關系數統計情況

3 結語

(1)2014-2020年渭河寶雞段上游水質較好，拓石、仙龍和林家村的內梅羅污染指數均小于0.6，進入寶雞市區后，渭河水質明顯變差，臥龍寺、虢鎮斷面的污染指數均高于上游，達0.8左右，途徑工業重鎮蔡家坡時，內梅羅污染指數又稍微下降，但僅降低9%。位于渭河寶雞段下游的永安村由于支流的匯入和水體本身自凈作用，其污染指數顯著下降，較虢鎮斷面降低了33%。總體來看，渭河寶雞段上游水質較好，中游水質較差，下游水質略有好轉，其中污染物貢獻率最大的為氨氮，其次是總磷、化學需氧量。

(2)應用Spearman秩相關系數法對渭河寶雞段的水質進行變化趨勢分析，7個斷面的水質均呈現出顯著性好轉。但是，虢鎮與蔡家坡的污染指數在2019年有所上升，需引起足夠的重視和警惕。

(3)“十三五”是生態環境保護與經濟社會發展矛盾的凸顯期和交錯期，也是新的環境問題與現有環境問題交織的瓶頸期。寶雞市政府在全面建設小康社會的過程中，頂住壓力，將保護生態環境的戰略機遇牢牢抓住，加強污染防治與生態保護聯動協同，實施最嚴格的生態保護制度，不斷提高環境管理的信息化水平，保障了“十三五”收官之年，全市生態環境質量總體得到改善。這也與本文研究的成果較為一致，“十三五”規劃中的生態文明建設任務初見成效。

(4)2021年作為“十四五”的開局之年，隨著經濟發展，城鎮化、工業化迅速推進的勢頭不會減緩，關于生態環境質量改善的難度也會加大，給當地政府決策者帶來了機遇與挑戰。針對渭河治理，各地市應從全流域規劃出發，互相配合，互相監督，保障各區段具體任務的落實，建議健全環境管理機制，提倡清潔能源，調整產業結構，提高全民環保意識，確保渭河流域的可持續發展。今后五年，未來可期，愿我們早日完成“水美三秦、水潤三秦、水富三秦”的美好畫卷。