摘要：于2017年3月、8月和11月，每月月初對綿竹市兩條典型河流(綿遠(yuǎn)河與馬尾河)5個(gè)監(jiān)測斷面表層水樣進(jìn)行采集，選取8個(gè)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行因子特征分析，并采用單因子評價(jià)法、綜合污染指數(shù)法和主成分分析法對河流水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。兩條河流水體呈弱堿性。單因子評價(jià)法表明，總磷(TP)為兩條河流水質(zhì)的主要限制因子。綜合污染指數(shù)法表明，除馬尾河中間斷面外，其他水質(zhì)狀況均為輕度污染，且枯水期水質(zhì)最差。主要污染因子為氨氮(NH3-N)、TP和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)。主成分分析表明，斷面水質(zhì)主要受砷(As)、溶解氧(DO)、CODMn、氟離子(F-)、TP和NH3-N等多個(gè)因子影響，出境斷面水質(zhì)優(yōu)于中間斷面。3種方法結(jié)合定性和定量評價(jià)，評價(jià)結(jié)論不一致，所以應(yīng)用多種方法來評價(jià)水質(zhì)具有重要意義。

　　關(guān)鍵詞：綿竹市;典型河流;水質(zhì)評價(jià);單因子評價(jià)法;綜合污染指數(shù)法;主成分分析法

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　　水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)是環(huán)境管理與決策的重要依據(jù)。隨著工業(yè)化和人口的快速增長，發(fā)展中國家的地表水質(zhì)整體呈下降趨勢[1]。綿竹作為旅游發(fā)展城市，其廢水產(chǎn)生量相對較低，據(jù)統(tǒng)計(jì)，綿竹市2016年共計(jì)排放廢水2711萬t，其中工業(yè)源1058萬t，生活源1653萬t，其中，馬尾河與綿遠(yuǎn)河是綿竹市兩條主河流[2]。由于地表水環(huán)境易受人類活動(dòng)影響，它們的水質(zhì)評價(jià)對綿竹發(fā)展全域旅游，提高環(huán)境質(zhì)量有著重要作用。目前，關(guān)于水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的方法有多種，主要有單因子評價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、主成分分析法等[3]，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，至今仍無統(tǒng)一和公認(rèn)的評價(jià)方式。因此，采用多種評價(jià)方法，多角度結(jié)合定量和定性，對綿竹兩條河流進(jìn)行水質(zhì)的全面評價(jià)及變化趨勢研究具有一定的理論和研究意義。

　　1 材料與方法

　　1.1 樣品采集

　　樣品采集分別于2017年3月(枯水期)、8月(豐水期)和11月(平水期)月初完成，共設(shè)有5個(gè)監(jiān)測斷面(見圖1)，包括綿遠(yuǎn)河的漢旺絕緣橋(S1)、紅巖寺(S2)、馬尾河的馬尾河北橋(S3)、馬尾河南橋(S4)、馬尾河觀魚大橋(S5)。每個(gè)監(jiān)測斷面設(shè)1條垂線，分別采集表層(0.5 m)水樣。各監(jiān)測斷面性質(zhì)如表1所示。

　　1.2 測定方法

　　每次采樣共監(jiān)測8個(gè)指標(biāo)：pH、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、氟化物、總磷、溶解氧、砷、石油類。根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)》[4]測定，其中，pH用HANNA HI98129型pH計(jì)測量，溶解氧(DO)采用HACH HQ30D溶氧儀測定;高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)采用酸性法測定;氨氮(NH3-N)采用納氏試劑分光光度法測定;總磷(TP)采用鉬酸銨分光光度法測定;氟化物(F-1)采用氟試劑分光光度法測定;砷(As)采用原子熒光法測定;石油類(TPH)采用重量法。

　　1.3 數(shù)據(jù)處理與評價(jià)方法

　　利用SPSS19.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析[5]。為體現(xiàn)評價(jià)方法一致性，本研究中的單因子評價(jià)法、主成分分析法和綜合污染指數(shù)法選取8個(gè)相同指標(biāo)分析[3]。

　　1.3.1 單因子評價(jià)法

　　單因子評價(jià)法[6]依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ類，按分類限值對各單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，由指標(biāo)所在的限值范圍確定地表水類別，由單指標(biāo)評價(jià)最差結(jié)果的類別判定。本次評價(jià)對不同斷面采用Ⅱ，Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的限值作為單因子法的控制標(biāo)準(zhǔn)。

　　1.3.2 綜合污染指數(shù)法

　　等權(quán)重綜合污染指數(shù)可以評價(jià)兩個(gè)河流5個(gè)斷面的相對污染程度[7]。即用6個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測值與其評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之比，作為單項(xiàng)污染指數(shù)(Pi)(除pH和DO外)，然后通過等權(quán)重平均得到一個(gè)綜合污染指數(shù)(Pj)，計(jì)算公式為：

　　式中： Pj為j斷面(水體)的綜合污染指數(shù);n為參加評價(jià)的污染物項(xiàng)數(shù);Pi為第i項(xiàng)污染物的污染分指數(shù); Ci為第i項(xiàng)污染物的年均值;Si為第i項(xiàng)污染物的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，具體見《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)表1中的Ⅱ，Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值。

　　其中，DO綜合污染指數(shù)Pi計(jì)算方法[8]為：

　　式中：CDO.f為對應(yīng)溫度下的飽和溶解氧濃度;CDO為DO的實(shí)測濃度值;Si.DO為與水體功能類別對應(yīng)的溶解氧濃度限值。

　　其中，pH綜合污染指數(shù)Pi計(jì)算方法[8]為：

　　式中：pHi為pH的實(shí)測濃度值;pHsd為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中pH的下限值;pHsu為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中pH的上限值。

　　綜合污染指數(shù)對應(yīng)的水質(zhì)分級如下：P≤0.20，清潔; 0.20　　1.3.3 主成分分析法

　　主成分分析是通過全面分析8項(xiàng)指標(biāo)，篩選出比原始指標(biāo)少，但卻可以解釋主要原因的綜合性指標(biāo)[9]。

　　2 結(jié)果與討論

　　2.1 水質(zhì)因子特征

　　對兩條河流5個(gè)斷面豐水期、平水期和枯水期水質(zhì)的8項(xiàng)指標(biāo)平均值并作標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。

　　2.1.1 理化和營養(yǎng)鹽指標(biāo)

　　由圖2可知，各采樣斷面pH值范圍為7.57～7.77，呈弱堿性，總體表現(xiàn)為豐水期>平水期>枯水期。ρ(NH3-N)全年在0.176～0.527 mg·L-1范圍之間，S1和S3均低于0.5mg·L-1(Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)，S2、S4和S5均低于1.0 mg·L-1(Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)，整體趨勢為平水期>豐水期>枯水期。ρ(F-1)全年平均值均低于1.0 mg·L-1 (Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)，變化范圍為0.235～0.613 mg·L-1，綿遠(yuǎn)河斷面總體表現(xiàn)為平水期>豐水期>枯水期，馬尾河則為豐水期>枯水期>平水期。ρ(TP)全年變化范圍為0.09-0.297 mg·L-1，馬尾河各斷面均高于0.2 mg·L-1 (Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)，綿遠(yuǎn)河各斷面均低于0.1 mg·L-1 (Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)，總體表現(xiàn)為枯水期>豐水期>平水期。ρ(As)各斷面全年平均值范圍為0.014-0.018 mg·L-1，均低于0.05 mg·L-1(Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)，總體表現(xiàn)為平水期>枯水期>豐水期。

　　就TP和NH3-N而言，馬尾河各斷面不同水期之間差異較綿遠(yuǎn)河顯著，就F-1而言，綿遠(yuǎn)河各斷面不同水期之間差異較馬尾河顯著。

　　2.1.2 有機(jī)污染指標(biāo)

　　各采樣斷面ρ(DO)平均值范圍為6.41～6.89 mg·L-1，均高于6.0 mg·L-1(Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)，總體表現(xiàn)為豐水期>枯水期>平水期。ρ(CODMn)平均值均低于6.0 mg·L-1 (Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)。ρ(TPH)平均值變化范圍在0.02～0.023 mg·L-1，均低于0.05 mg·L-1(Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值)。

　　2.2 單因子評價(jià)結(jié)果

　　總體來說，綿遠(yuǎn)河和馬尾河水體呈弱堿性，各采樣斷面在枯水期TP濃度均超標(biāo)，TP濃度整體上呈枯水期>豐水期>平水期。馬尾河TP超標(biāo)嚴(yán)重，這可能與馬尾河流經(jīng)主城區(qū)有關(guān)[10]。

　　從3個(gè)不同水期的水質(zhì)評價(jià)結(jié)果來看，ρ(CODMn)和ρ(TP)在各采樣斷面均存在超標(biāo)現(xiàn)象。S3和S4斷面枯水期CODMn濃度分別為7.4 mg·L-1和7.32 mg·L-1，遠(yuǎn)大于對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的4 mg·L-1和6 mg·L-1，總體上呈枯水期>平水期>豐水期。枯水期水質(zhì)相對最差，這與Yeoman等[11]的研究結(jié)果基本相符。

　　2.3 綜合污染指數(shù)評價(jià)結(jié)果

　　采用綜合污染指數(shù)法對5個(gè)采樣斷面全年及不同水期進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。由表2可知，從全年的綜合污染指數(shù)判斷，綿遠(yuǎn)河斷面水質(zhì)級別均為輕度污染(0.454～0.539)，馬尾河S3斷面在枯水期為重度污染(1.057)，豐水期為中度污染(0.841)，其余斷面水質(zhì)級別為輕度污染(0.471～0.600)。綿遠(yuǎn)河入境斷面的污染程度相對較高，出境斷面污染程度較低，馬尾河出境斷面污染程度也較低，但是市中心區(qū)域斷面S3和S4的污染程度相對較高。