榕江流域水質污染程度變化與趨勢分析

陳澤榕

（廣東省水文局汕頭水文分局，廣東 汕頭 515041）

引言

榕江流域是廣東省地面水系中的一個主要組成部分。近年來，隨著區域經濟的迅速發展，各種工業建筑物不斷拔高，工業企業不斷壯大，導致榕江流域的水環境污染問題日益突出[1]。為解決此方面問題，解決榕江流域水質污染問題，有關單位在開展了大量研究后，提出了多種可用于防止水質污染的技術與措施，盡管相關工作在實施中已經取得了初步的成果，但由于榕江流域上游與農戶排水相接，下游漲潮也會對流域水質造成影響[2]。隨著近年來流域兩岸農戶數量的增加，榕江流域水質污染風險呈現增加趨勢，為解決此方面問題，為水域污染治理等相關工作的規范化實施提供進一步的指導與幫助，本文對榕江流域開展水質污染程度變化與污染趨勢進行分析研究，旨在掌握該水域的水質情況，優化水域管理等相關工作。

1 實驗與方法

1.1 實驗研究對象

以榕江流域現有8 個監測斷面（富口、河婆、東橋園、赤坎、南河大橋、李網渡口、楓江大橋、炮臺）為實驗研究對象。8個監測斷面布置示意圖見圖1。

圖1 榕江流域監測斷面示意圖

1.2 實驗樣本數據

收集榕江流域8個監測斷面六價鉻、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、鐵、錳、銅、鋅、總磷等10 項指標2012—2022 年的數據，進行統計分析。榕江流域炮臺斷面2012—2022 年水質污染年度監測平均值統計結果見表1。

表1 榕江流域炮臺斷面10項指標2012—2022年水質污染年度監測平均值統計結果 mg/L

1.3 實驗方法

為實現對榕江流域水質污染程度的分析，引進指數法，進行該地區水質污染程度指數的計算。為了能夠更加清晰、直觀對榕江流域水質污染的變化情況予以評價，先利用單因子，進行水質污染指數的計算，計算公式為：

式中：Pi表示單因子污染物i對榕江流域水質的污染指數；Ci表示榕江流域水質中污染物i的實測濃度；Si表示榕江流域水質中污染物i的評價標準。

根據計算得到的不同污染物對榕江流域水質的污染指數，結合綜合污染指數計算法，計算水體中綜合污染物對水質的污染情況，計算公式如下：

式中：Pw表示水體中綜合污染物對水質的污染指數；Pi,max表示單因子污染物i對榕江流域水質污染指數的最大值（Pi最大值）；Pˉi,max表示單因子污染物i對榕江流域水質污染指數的平均值（Pi平均值）。

經計算，得到監測斷面的水質污染程度變化指數。根據綜合污染物對水質的污染指數計算結果，進行水質等級劃分。劃分標準與對應的水質等級如表2所示。

表2 水質等級與劃分標準

按照下述公式，進行榕江流域斷面水質污染秩相關系數rs計算。

其中：

式中：rs表示榕江流域斷面水質污染秩相關系數；n表示監測周期；Z表示前一周期監測結果與當前周期監測結果的差值；M表示在整個水質監測周期中，前一周期監測結果（上一周期監測的水質因子平均值序列號）；Y表示在整個水質監測周期中當前周期監測結果（當前周期監測的水質因子平均值序列號）。

根據計算結果rs的絕對值，設定spearman 秩相關系數的臨界值，為滿足水質污染分析需求，要求n應不小于5，考慮到本次監測周期n=11，則可以根據上述計算結果，對n在不同取值下的spearman 秩相關系數臨界值展開分析見表3。

表3 spearman秩相關系數臨界值分析

完成spearman 秩相關系數臨界值的設定后，分析臨界值與rs的關系，當rs＞臨界值時，說明流域水質污染指標的變化趨勢具有分析或研究意義。在滿足上述條件下，當rs＜0 時，說明在監測周期內根據樣本數據統計的該流域水質污染指標變化呈現一定的下降趨勢，當rs＞0 時，說明在監測周期內根據樣本數據統計的該流域水質污染指標變化呈現一定的上升趨勢。反之，當rs≤臨界值時，說明流域水質污染指標的變化趨勢不具有分析或研究意義，無法將其作為評價水質污染情況的關鍵依據。

2 水質污染趨勢分析

2.1 水質污染指標年際變化過程線分析

根據水質類別，繪制榕江流域監測斷面2012—2022 年污染物指標值濃度年際變化過程線。根據不同污染物指標的濃度變化情況，選擇總磷和溶解氧污染物指標，進行榕江流域監測斷面水質變化趨勢的分析。榕江流域監測斷面2012—2022 年總磷和溶解氧污染物指標值濃度年際變化過程線見圖2，顯著分析見圖3。

圖2 榕江流域監測斷面年際變化過程線

圖3 水質污染指標年際變化顯著分析

由圖2 和圖3 可知，榕江流域炮臺斷面獲取的水質污染物中總磷在8 個斷面中呈現下降趨勢，并且呈現顯著性變化，而溶解氧濃度均在8 個斷面中基本呈現逐漸增加的趨勢，僅富口斷面的溶解氧濃度在2022 年較2020 年之前有所降低，但是該斷面的溶解氧隨之時間的變化也存在較大波動，呈現了顯著性變化。在2022 年總磷濃度在0.12 mg/L 以下，8個斷面的總磷濃度均得到降低，而8個斷面在2022 年的溶解氧均達到了3.54 mg/L 以上，但是沿著榕江流向分析8 個斷面的溶解氧濃度可知，上游斷面的濃度較高，而下游的溶解氧濃度較低，說明該地區有關部門對水環境污染治理等工作的實施已經取得了初步的成效。同時，存在其他污染物濃度降低，溶解氧濃度增加的情況，這是因為水環境治理措施中采用了生物技術和氧化劑等，而這些技術會降低其他污染物濃度，但是會增加含氧量，從而導致溶解氧濃度升高。

2.2 基于spearman秩相關系數法的水質污染趨勢分析

在上述內容的基礎上，引進spearman 秩相關系數法，對榕江流域斷面進行水質污染趨勢的分析。根據相關統計結果，對榕江流域斷面10 項指標的水質污染秩相關系數進行計算，計算結果滿足水質污染秩相關系數rs＞臨界值的分析標準。10項指標的水質污染秩相關系數統計結果見圖4，顯著分析見圖5。

圖4 10項指標的水質污染秩相關系數統計結果

圖5 10項指標的水質污染秩相關系數顯著分析

由圖4 可知，榕江流域8 個斷面的10 項指標中除溶解氧外其余9 項指標秩相關系數均為負值，東橋園斷面的總磷最低，達到了-4.2，而秩相關系數低于-4 還有東橋園斷面的五日生化需氧量，到達了-4.2，楓江大橋斷面的氨氮達到了-4.1；8個斷面的溶解氧秩相關系數高于0，為正值，說明該流域的溶解氧濃度呈現上升趨勢，結合圖5 的數據說明榕江流域8 個斷面的其他水質污染物均呈現下降趨勢，并且下降趨勢較大，均達到了顯著變化。說明當地政府部門實施水環境治理等工作取得了良好的效果，顯著改善了當地水環境，降低了水質污染。

3 討論

綜上，發現流域水質已經從2012年的重污染等級下降到輕污染等級，仍未達到清潔等級，因此需要在后續工作中進行水質的進一步改善。大部分斷面中的總磷含量呈現逐年下降的趨勢，而溶解氧呈現上升趨勢。由水質污染秩相關系數可知，研究區域除溶解氧的水質污染秩相關系數均為負值，說明水質污染物在監測周期內變化呈現下降趨勢，溶解氧的秩相關系數為正值，呈現上升趨勢。說明該地區有關部門對水環境污染治理等工作的實施已經取得了初步的成效，但是在治理工作中采用含氧量較高的治理技術，降低其他污染物濃度的同時，在一定程度上增加了溶解氧的濃度。基于此，建議加強污染源頭控制、推廣清潔能源、建立健全環境監測體系、建立多元化的環境污染治理機制等[3-5]，通過該策略進一步治理水環境污染，提高環境質量。

4 結語

本文對榕江流域開展水質污染程度變化與污染趨勢進行分析研究，結果表明：該流域現階段采取的污染治理方案在實際應用中的效果良好，即經過階段性的工作后，水質各項污染指標均呈現下降趨勢，說明水質正在逐步被改善。為進一步深化此方面工作，可以在后續的工作中，加大對流域生態環境的保護，采用退牧還草的方式，增加流域生物多樣性，并控制流域中含有大量重金屬物質廢水的排入，通過此種方式，持續改善流域水質，保證水質中各項生態指標達標，為環境保護等相關工作的規范化實施提供進一步保障。