昭通市地表水水质评价与变化趋势分析

丁刚益 毛小云 陈柯瑾 保琳琳 华晶晶

摘要：地表水水质评价对掌握区域水环境优劣具有重要意义。利用云南省昭通市境内22个水质监测站点2011～2016年水质监测数据，在对各站点历年水质进行评价的基础上，采用Mann-Kendall趋势检验法对水质变化趋势进行分析。结果表明：①昭通市总体水质较好，符合地表水Ⅰ～Ⅲ类水质标准的河长占总河长的90.8%。②从时间分布看，非汛期水质略好于汛期。③水质变化趋势上看，91.07%的站点无显著趋势，3.57%的站点部分监测指标有显著上升趋势，5.36%的站点部分监测指标有显著下降趋势;存在显著变化趋势的水质分析项目主要为氨氮与总磷，各站的高锰酸盐指数与五日生化需氧量变化趋势均不显著。④虽然昭通市各站点地表水水质在2011～2016年间变化趋势不显著，但有些项目指标仍呈现出一定的上升趋势，这说明全市地表水水质有变差的趋势，须采取水资源保护措施，改善地表水水质。

关键词：水质评价;地表水; 水质监测;Mann-Kendall;昭通市

中图法分类号：X824文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.04.013

文章编号：1006 - 0081（2021）04 - 0075 - 04

1 研究背景

地表水资源是经济社会可持续发展不可缺少的重要资源。地表水水质评价是水资源管理和水污染防治的重要基础和可靠保障，关乎人民生产生活和社会可持续发展[1-2]。昭通市位于云南省东北部，境内山峦迭耸，河流深切，沟壑纵横，水系发育[3]。河流呈南西—北东向的树枝状和羽状水系注入金沙江（长江）东流，属雨水补给的高原河流类型。主要河流有金沙江下段水系的金沙江（昭通境内）、横江、牛栏江以及长江上游干流水系的赤水河，其河流水质的优劣直接关系到全市居民生活健康与质量，关系到社会经济与生态环境的协调发展。代堂刚[4]根据昭通市2011年24个水质监测站资料，采用单因子指数法对全市水功能区水质监测成果进行分析与达标评价。肖军等[5]采用2011～2015年水质监测数据，分析了昭通市境内渔洞水库及其径流区的水质状况，找出了污染因子，并提出了水质保护措施。

由于地表水水体中涉及多种污染因素和变量，具有高度的随机性、复杂性和综合性。对地表水水质的评价既要识别水质类别、主要污染物及超标倍数，也应反映水质在时间与空间上的变化情况。因此，在对地表水水质进行评价的同时，还应开展水质变化趋势分析[6-7]。

鉴于此，本文针对昭通市境内22个水质监测站点2011～2016年水质监测数据，在对各站点历年水质进行评价的基础上，采用Mann-Kendall趋势检验法对水质变化趋势进行分析，客观评价昭通市地表水水质状况，以期为昭通市水资源管理和保护提供科学依据。

2 研究区与数据来源

2.1 研究区概况

昭通市位于云南省东北部，地处云、贵、川三省接合部：西部及北部与四川省接壤，东部与贵州省相连，南邻曲靖市会泽县。南北长234 km，东西宽241 km，周边长1 482 km，国土面积23 021 km2。昭通市西部与大凉山、鲁南山隔江相望，东部和南部位处乌蒙山西侧，与黔西北山地毗邻，东北部俯视四川盆地。金沙江、牛栏江、横江婉蜒穿插于深山峡谷中，形成山川东西排列，昭鲁坝区缀于中央的滇东北过渡型侵蚀山原的地理景观。

2.2数据来源

本次地表水水质分析采用的数据为昭通市境内22个水质监测站点2011～2016年水质监测数据，各测站位置分布如图1所示。

本次评价以水质监测站点为基本单元，从各站点水质监测数据中选取GB3838-2002《地表水环境质量标准》所涉及的项目：pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷、铜、锌、氟化物、砷、汞、镉、六价铬、铅、氰化物、挥发酚。评价项目为pH值、硫酸根、氯离子、溶解性铁、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、亚硝酸盐氮、氟化物、挥发酚、氰化物、砷、汞、铜、铅、锌、铬、六价铬、总磷、石油类、水温、总硬度，共24项。

3研究方法

3.1 水质评价方法

本次评价按照SL395-2007《地表水资源质量评价技术规程》中“地表水水质评价”相关条款的规定，采用单指标评价法[8]。超标项目的超标倍数按式（1）计算。

[Bi=CiSi-1]                           （1）

式中：Bi为某水质项目超标倍数;Ci为某水质项目浓度，mg/L;Si为某水质项目与水质管理目标对应的水质标准，为评价标准限值，mg/L。

3.2 Mann-Kendall趋势检验法

Mann-Kendall检验方法（简称MK检验）是非参数检验方法的一种，因其样本不需要遵从某种分布规律且计算简便，在水文领域内应用很广[9-10]，具体计算过程如下。

对原始时间序列（x1，x2， …，xn），检验统计量S按式（2）计算。

[S=k=1n-1j=k+1nSgn（xj-xk）]                 （2）

式中：Sgn为符号函数，根据式（3）计算。

[Sgn（xj-xk）=1，（xj-xk）>00，（xj-xk）=0-1，（xj-xk）<0]           （3）

统计检验量S服从正态分布，根据[Var（S）=n（n-1）（2n+5）/18]计算统计检验量S的方差。

若n>10，则标准的正态系统变量通过式（4）计算。

[Z=S-1Var（S） ，S>00 ，   S=0S+1Var（S） ，S<0]                    （4）

最后，根据Z的大小判断原始序列的趋势特性。Z>0，表明原始序列存在上升趋势;反之，则存在下降趋势。对于给定置信水平α，若[Z≥Z1-α/2]，则说明在α置信水平上，原始序列存在明显的上升或下降趋势。

4结果分析

4.1 地表水水质评价

根据各站点水质监测结果，分非汛期、汛期、全年对各站点历年水质进行评价。评价结果如表1所示，全年各类河长占比如图2所示。从表1、图2中可以看出，Ⅱ～Ⅲ类河长占比最高，达85%以上。Ⅰ类、Ⅴ类及劣Ⅴ类河长占比有所增加。

对2016年昭通市水质监测结果进行详细分析。2016年全市地表水水质监测站点（断面）22个，监测评价河长1 554.4 km。2016年评价河段水质类别河长如图3所示。从图3可以看出：昭通市2016年全年水质主要集中在Ⅱ类，所占比例超过75%;Ⅰ类河长为73.3 km，占评价总河长的4.72%;Ⅱ类河长1 266.5 km，占评价总河长的81.48%;Ⅲ类河长154.9 km，占评价总河长的9.97%;Ⅳ类河长19.9 km，占评价总河长的1.28%;Ⅴ类河长39.8 km，占评价总河长的2.56%;劣Ⅴ类河长为0。从时间分布看，非汛期水质略好于汛期。非汛期水质符合地表水Ⅰ～Ⅲ类水质标准的河长1 392.8 km，占评价总河长的89.60%，比汛期多0.58%;Ⅳ类水质河长121.8 km，占评价总河长的7.84%，比汛期少0.58%;Ⅴ类水质河长39.8 km，占评价总河长的2.56%，与汛期相同。

图3 2016年评价河段各时期水质类别河长

4.2 水质变化趋势分析

采用2011～2016年水质监测数据中的氨氮、高锰酸盐指数、五日生化需氧量及总磷进行水质趋势分析。经统计，具有连续6 a水质监测数据的站点共有14个。趋势检验结果如表2所示。在置信度95%水平上，当[Z>1.64]时，说明具有显著的上升或下降趋势。

按照水质站点和主要分析项目统计，全市共监测评价56站项。其中91.07%的站项无显著变化趋势，3.57%有显著上升趋势，5.36%有显著下降趋势。存在显著变化趋势的水质分析项目主要为氨氮与总磷，各站的高锰酸盐指数与五日生化需氧量变化趋势均不显著。

对氨氮，除渔洞水库无趋势外，其他站点均有不同程度的上升或下降趋势。具有上升趋势的站点有8个，占总数的57.14%，显著上升的站点有2个，分别为安边大桥与洛甸河。具有下降趋势的站点有5个，占总数的35.71%，显著下降的站点有两个，分别为新泉与箐口塘。

对高锰酸盐指数，除洛甸河无趋势外，其余站点均有上升趋势，但该上升趋势均不显著。

对五日生化需氧量，除洛甸河和大沙店无趋势外，其他站点均存在不显著的上升或下降趋势。具有上升趋势的站点有9个，占总数的64.29%。具有下降趋势的站点有3个，占总数的21.43%。

对总磷，所有站点均呈现上升或下降趋势。具有上升趋势的站点有9个，占总数的64.29%，无显著上升的站点。具有下降趋势的站点有5个，占总数的35.71%，显著下降的站点有1个，为箐口塘。

5 结 论

本文采用昭通市22个地表水水质监测站点2011～2016年水质监测数据，对昭通市地表水水质进行評价，并分析了地表水水质变化趋势，结论如下：

（1）昭通市总体水质较好，符合地表水Ⅰ～Ⅲ类水质标准的河长占总河长的90.8%，但流经昭通城和鲁甸城的昭鲁大河水质污染严重。从时间分布看，非汛期水质略好于汛期。

（2）在对全市的水质变化趋势分析中，91.07%的站项无显著趋势，3.57%有显著上升趋势，5.36%有显著下降趋势。存在显著变化趋势的水质分析项目主要为氨氮与总磷，各站的高锰酸盐指数与五日生化需氧量变化趋势均不显著。

（3）昭通市各站点地表水水质在2011～2016年间虽变化趋势不显著，但有些项目指标仍呈现出一定的上升趋势，这说明全市地表水水质有变差的趋势，需采取水资源保护措施，改善地表水水质。

参考文献：

[1] 王淑丽，李志萍，赵贵章，等.  2005～2018 年涡河玄武河段水质演变趋势分析[J/OL]. 人民长江，（2020-10-09）[2020-10-20]. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/42.1202.TV.20201009. 1219.002.html

[2] 景朝霞， 夏军， 张翔，等.  汉江中下游干流水质状况时空分布特征及变化规律[J].  环境科学研究， 2019， 32（1）：104-115.

[3] 李绅东， 宋昭义. 云南洛甸河径流量的时间特征分析[J]. 人民长江， 2018， 49（1）：55-59，80.

[4] 代堂刚.  昭通市水功能区水质现状分析与评价[J].  水资源研究， 2012， 33（2）：19-22.

[5] 肖军， 代堂刚， 刘志勇.  云南省渔洞水库水质分析与评价[J].  人民长江， 2016，47（增2）：18-22.

[6] 安長生. 门头沟区地表水水质现状评价及趋势分析[J].  环境工程， 2010（4）：118-121.

[7] 张宝锋，陈峰，田晓庆，等. 2005～2017年中国七大水系水质变化趋势分析 [J]. 人民长江，2020，51（7）：33-39.

[8]SL395-2007地表水资源质量评价技术规程[S].

[9] 魏凤英. 现代气候统计诊断与预测技术[M].  北京： 气象出版社， 2007.

[10] Gerstengarbe F W， Werner P C. Estimation of the beginning and end of recurrent events within a climate regime[J].  Climate Research， 1999， 11（2）：97-107.

（编辑：江 文）

Evaluation and trend analysis of surface water quality in Zhaotong City

DING Gangyi， MAO Xiaoyun， CHEN Kejin， BAO Linlin， HUA Jingjing

（Zhaotong investigation， Design & Research Institute of Water Conservance & Hydropower， Zhaotong 657000，China）

Abstract： The evaluation of surface water quality is of great significance to grasp the state quo of regional water environment. In this paper， on the basis of evaluating the water quality of each site over the years， water quality data from 22 water quality monitoring stations in Zhaotong City， Yunnan Province from 2011 to 2016 was used to analyze water quality trends by Mann-Kendall trend test. The results showed that： ①the general water quality of Zhaotong was good， 90.8% of total river length met the water quality standards of class I to III. ②In terms of temporal distribution， water quality in non-flood season was slightly better than that in flood season. ③In terms of trend variation， 91.07% of the stations showed no significant trend， some indexes obtained from 3.57% stations had a significant upward trend， some indexes obtained from 5.36% stations showed a significant decline trend. The main water quality analysis items that had significant trend were ammonia nitrogen and total phosphorus. The trend of permanganate index and 5-day biochemical oxygen demand at all stations was not significant. ④Although the surface water quality of the stations in Zhaotong City did not change significantly between 2011 and 2016， the indexes still showed a certain upward trend. This means that the surface water quality had a trend of deterioration. Water conservation measures are needed to improve the surface water quality.

Key words： water quality evaluation;surface water;  water quality monitoring; Mann-Kendall; Zhaotong City