2018年泸州市沱江河口段水质分析及评价

李 佳，赵 伟，董晓庆，刘昊铮

(1.重庆工商大学 环境与资源学院，重庆 400067；2.重庆工商大学 公共管理学院，重庆 400067；3.重庆工商大学 长江上游经济研究中心，重庆 400067)

1 引言

水资源是一切生物生存和繁衍的物质基础。我国水资源总量居世界第6，但人均水资源占有量在世界排名末端，不足世界人均占有量的1/4，是全球13个人均水资源缺乏国家之一[1，2]。我国水资源现状问题突出，面临的主要问题是：水资源短缺且分布不均匀，水资源过度开发，工业企业的发展导致水资源污染严重，人们对水资源的不合理利用造成水资源大量浪费[3，4]。水质研究有利于污染水体的治理，持续、循环利用水资源，为水资源的合理开发和水体污染综合防治提供科学依据[5]。针对我国水资源污染现状，开展水质研究工作刻不容缓。

沱江水质与沿江人群生存息息相关，有研究表明全国污染严重的小流域中近2/5分布在沱江流域，沱江流域承载了四川省1/4的人口用水[6]。2004年，因某企业向沱江流域排放远超国家标准的违规废水，导致河水污染严重，鱼类大量死亡。此事件发生后，沱江流域水质成为学术界关注的焦点，以水质现状评价及污染物特征分析、污染特性分析和某一区域内沱江流域水质分析为研究重点[7～10]。该事件是近10年来全国发生的最严重、最大型的水污染事件，迄今，是否仍有影响，沱江流域的相关水质指标参数是否达标？相关问题都亟待查明。因此对沱江水系水质进行研究十分必要，而单次短时间的研究结果是不准确的，本文采用pH值、DO、CODMn和NH3-N为指标参数对2018年沱江河口江段水质周年动态变化和季节变化情况进行研究，分析各参数变化趋势，同时运用单因子指数法并结合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)对其水质状况进行初步评价，利用这些规律对预防沱江流域污染和水质管理工作提供科学依据。

2 研究区域

沱江属于长江上游的一级支流，位于我国四川省中部地区。沱江全长712 km，流域面积有3.29万km2，沱江流域跨成都、自贡、泸州、绵阳、资阳等10个市36个县(市、区)，经泸州市小市街道流入长江，占全省面积的5.3%[11,12]。本研究研究区域为沱江下游河口江段，监测点位于泸州沱江二桥，水样来自于河水入江前的河水。

3 数据来源及研究方法

3.1 数据来源

研究表明，pH值、DO、CODMn和NH3-N作为水质监测中最重要和最常用的监测指标，可指示水体污染程度，预测水污染情况，对水环境质量和水环境功能评价具有重要意义[13,14]。水体中pH值、DO、CODMn及NH3-N是我国《地表水环境质量标准》(GB838-2002)中水质质量控制的基本项目，我国自动监测站也采用这4个参数对各地水质情况进行监测[14,15]。因此本文采用pH值、DO、CODMn及NH3-N指标参数对沱江水质进行分析和评价。本文数据来源于数据中心(http://datacenter.mee.gov.cn/websjzx/queryIndex.vm)。

3.2 研究方法

水质分析和水质评价是水质研究工作中重要内容，可检测研究区域水质是否符合水质标准。根据规定的水质标准制定符合公众利益的治理方案是污染控制的首要任务，因此可通过水质分析及评价检测污染控制是否有效[16]。本文采用pH值、DO、CODMn和NH3-N指标参数测量结果对2018年沱江河口江段水质周年动态变化和季节变化情况进行研究分析，同时运用单因子指数法并结合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)对其水质状况进行初步评价。

3.2.1 水质分析

水质分析是指通过生物学、化学、物理学等方法对从水中采取的样品进行多参数的定性及定量分析[17]。

3.2.1.1 周年变化

本文将2018年沱江河口段的pH值、DO、CODMn、NH3-N的监测数据按周进行周年动态分析。对2018年沱江河口段各参数在各周所测量数据进行汇总，分析最值和均值，然后对pH值、DO、CODMn、NH3-N在2018年各周数据做全年趋势变化图，分析各参数在2018年的趋势变化。

3.2.1.2 季节动态

首先将各参数按季节分别划分为4组，对每个参数4个季节间运用单因素方差进行显著性分析，然后进行多重比较，进行两两季节间的显著性分析。季节划分情况如下：3～5月份为春季，6～8月份为夏季，9～11月份为秋季，12～2月份为冬季[14]。

3.2.2 水质评价

水质评价指根据所要评价的目标，选择对应参数、标准以及评价方法，对水质的利用价值及处理要求作相应的评定[18]。我国最常用的水质评价法是我国环保部进行水质评价推荐使用的单因子评价法和污染指数法。本研究运用单因子指数评价法结合国家标准对沱江水质进行评价。运用单因子指数评价法和国家地表水标准对水质进行评价，再结合单因子指数评价法和国家标准评价结果进行对比。

3.2.2.1 单因子指数评价法

单因子指数评级法是将评价指标的实测浓度值与各类标准值的比值的方法，将最差的类别作为此次检测的类别[19]。

其表达形式为：

(1)

式(1)中，Pi表示第i个评价指标的标准指数；Ci表示第i个评价指标的浓度监测值，mg/L；CO表示第i个评价指标的标准值，mg/L。

DO的计算公式为：

(2)

式(2)中：L4表示DO最低浓度限值；

pH值计算公式为：

(3)

式(3)中：Lmax表示pH值最高浓度标准限值；Lmin表示pH值最低浓度标准限值。

计算所需标准限值按照表1中各类水质标准限值，pH值计算公式按照公式(3)，DO计算公式按照(2)，CODMn和NH3-N按照公式(1)进行计算，当标准限值Pi<1，表示符合该类水质要求，当标准限值Pi>1，表示不符合该类水质要求，评价参数超过标准限值。

3.2.2.2 国家标准评价

根据各参数的监测值浓度与表1中《地表水环境质量标准》中对应的参数标准限值进行比对，得出水质评价结果。

表1 《地表水环境质量标准》中相关标准限值

4 结果分析

4.1 水质的周年动态

4.1.1 水质周年数据分析

本文将2018年沱江河口段pH值、DO、CODMn、NH3-N分别在各周实际监测值及全年平均值汇总得到表2。从表2中可看出：pH值在第51周为最大值，在31周是最小的，最大值为8.2，最小值为6.88，全年平均值为7.84；DO最大值出现在第8周，最小值出现在第18周，最大值为12.5 mg/L，最小值为5.85 mg/L，全年平均值为8.42；CODMn最大值出现在32周，最小值出现在第2周，最大值为5.6 mg/L，最小值为1.4 mg/L，全年平均值为2.86；NH3-N在18周取得最大值，在24周取得最小值，最大值为0.37 mg/L，最小值为0.08 mg/L，全年平均值为0.17 mg/L。

表2 2018年沱江河口段各参数测量数据最值及均值

4.1.2 水质各参数周年变化趋势

根据2018年各周pH值、DO、CODMn、NH3-N的监测数据及其变化趋势绘制折线图，如图1～4。从图1中可看出，pH值上升趋势细微，虽某些周有较明显的波动，但全年变化不大，pH值周年变化总体保持稳定。从图2可看出，虽然DO非常上升趋势微弱，但是DO总体含量较高，且各周之间波动较明显，总体年变化较大。从图3可看出，CODMn全年上升趋势明显，各周之间波动明显，周年变化较大。从图4可看出，NH3-N全年下降趋势较明显，各周之间波动明显，但其年含量较低，故全年变化较小。

图1 pH值周年变化

图2 DO周年变化

图3 CODMn周年变化

图4 NH3-N周年变化

4.2 水质的季节变化

4.2.1 pH值季节变化

采用单因素方差分析方法，将pH值、DO、CODMn、NH3-N各参数按照4个季节进行差异显著性分析用P1表示，P2是pH值、DO、CODMn、NH3-N各参数中两两季节间的差异显著性分析结果。据统计P1<0.01，故2018年沱江河口段水质pH值在四季中具有显著差异，2018年沱江河口段pH值的各季节平均值大小为：冬季>秋季>春季>夏季。春季与夏季，夏季与秋季变化较大，而秋季与冬季的变化相对较小。将4个季节的pH值两两进行对比发现，春夏、春冬、夏秋和夏冬这4组两个季节间均是P2<0.01，说明各组2个季节间有显著差异；春秋、秋冬这2组两个季节间均是P2>0.05，说明各组2个季节没有显著差异。

4.2.2 DO季节变化

2018年沱江河口段水质DO在四季中具有显著差异(P1<0.01)，2018年沱江河口段DO的各季节平均值大小为：冬季>秋季>夏季>春季。夏季到秋季到冬季的溶解氧含量平均值都是增加，增加幅度较大，春季到夏季的增加速度较慢。对四季的DO两两进行对比发现，春秋、春冬、夏冬和秋冬这4组2个季节间均是P2<0.05，说明各组2个季节有显著差异，春夏和夏秋这2组两个季节间均是P2>0.05，说明各组2个季节没有显著差异。

4.2.3 CODMn季节变化

2018年沱江河口段水质CODMn在四季中没有显著差异(P1=0.085，P1>0.05)，2018年沱江河口段CODMn的各季节平均值大小为：夏季>秋季>春季>冬季。除夏季和秋季的高锰酸钾指数平均值变化较小，其他季节相差均较大。将4个季节CODMn两两进行对比发现，夏冬和秋冬这2组2个季节间均是P2<0.05，说明各组两个季节有显著差异，春夏、春秋、春冬和夏秋这4组2个季节间均是P2>0.05，说明各组2个季节没有显著差异。

4.2.4 NH3-N季节变化

2018年沱江河口段水质NH3-N在四季中没有显著差异(P1=0.157，P1>0.05)，2018年沱江河口段NH3-N的各季节平均值大小为：春季>冬季>秋季>夏季。根据四个季节的NH3-N两两进行对比发现，春秋季之间P2<0.05，说明这2个季节有显著差异，春秋、春冬、夏秋、夏冬和秋冬这5组2个季节间均是P2>0.05，说明各组2个季节没有显著差异。

4.3 水质评价

4.3.1 单因子指数评价法

当标准限值Pi<1，表示符合该类水质要求。根据单因子指数法对各参数进行计算发现：全年pH值的标准指数均小于1(Pi<1)，表示符合水质要求；当DO和CODMn运用Ⅲ类水质标准计算时，全年标准指数Pi<1，表示符合Ⅲ类水质要求；当NH3-N运用Ⅱ类水质标准计算时，全年标准指数Pi<1，表示符合Ⅱ类水质要求。故运用单因子指数评价法评价2018年沱江河口段水质符合Ⅲ类水质标准。

在春季pH符合所有类别水质要求，DO和CODMn符合Ⅲ类水质要求，NH3-N符合Ⅱ类水质要求，故根据单因子指数评价法得出春季符合Ⅲ类水质要求。在夏季pH值符合所有类别水质要求，DO符合Ⅱ类水质要求，CODMn符合Ⅲ类水质要求，NH3-N符合Ⅰ类水质要求，故根据单因子指数评价法得出夏季符合Ⅲ类水质要求。在秋季pH值和NH3-N符合所有类别水质要求，DO符合Ⅱ类水质要求，CODMn符合Ⅲ类水质要求，故根据单因子指数评价法得出秋季符合Ⅲ类水质要求。在冬季pH值符合所有类别水质要求，DO符合Ⅰ类水质要求，CODMn和NH3-N符合Ⅱ类水质要求，故根据单因子指数评价法得出冬季符合Ⅱ类水质要求。

4.3.2 国家标准评价

根据表2中各参数实际监测值与表1中《地表水环境质量标准》中对应的参数标准限值进行比对，得出的结果如表4所示。

表4 国家标准评价结果

从表1中可看出我国《地表水环境质量标准》pH值标准限值为6～9，从表2可以看pH值均在此范围内，因此2018年沱江河口段水质pH值在各周、各季节都符合我国《地表水环境质量标准》标准，如表4所示。由表4可知全年水质DO中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水质均有周是符合标准，春季包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，夏季包含Ⅰ、Ⅱ类，秋季包含Ⅰ、Ⅱ类，冬季包含Ⅰ类；全年水质CODMn中有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类水质均有周是符合标准，春季包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，夏季包含Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类，秋季包含Ⅱ、Ⅲ类，冬季包含Ⅰ、Ⅱ类；全年水质NH3-N中有Ⅰ、Ⅱ类水质均有周是符合标准，春季包含Ⅰ、Ⅱ类，夏季包含Ⅰ类，秋季包含Ⅰ、Ⅱ类，冬季包含Ⅰ、Ⅱ类。通过对表4评价结果对比发现冬季水质情况是好于春、夏、秋季。

4.3.3 单因子评价法与国家标准对比评价水质

结合单因子评价法发现，pH值、DO、CODMn、NH3-N 4个参数的各周由Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类顺序进行选取第一个符合Pi<1的水质类别的结果，统计结果表4显示的结果相同。所以，通过单因子评价法计算结果进行评价与直接用测量数据与国家标准进行比对的评价结果相同，故2018年沱江河口段水质符合Ⅲ类水质标准，冬季符合Ⅱ类水质标准，春、夏、秋季符合Ⅲ类水质标准。

5 讨论

2018年沱江河口段水质周年变化情况较为明显。pH值较稳定，全年变化不大，虽在24～36周波动较明显，但对周年动态影响不大。DO总体含量较高，周与周之间波动较明显，总体年变化较大，但因为上下波动比较均匀，导致DO呈现出比较稳定的趋势。CODMn年平均含量低，但有些周波动明显，年变化较大，且CODMn呈上升趋势，应该加强对影响该参数的污染物进行控制。虽NH3-N周之间波动非常明显，但年平均含量很低，故全年变化较小，NH3-N含量少且呈现下降趋势，说明沱江河口段在2018年含氨氮物质排入沱江控制较好。

沱江水质季节变化非常明显。pH值和DO季节变化显著，CODMn和NH3-N季节变化不显著。通过对DO季节两两进行分析发现：春秋、春冬、夏冬和秋冬有显著差异，春夏和夏秋显著差异。水温是影响水体溶解氧的关键因子，因此季节变化导致水温产生较大变化，进而引起DO在春季和夏季溶解氧含量较低。氨氮污染一般是含氮有机物分解、工厂排放或农田肥料流失等造成。氨氮含量低，保持较稳定，说明2018年沱江沿岸氨氮污染物排放，同时表明2004年沱江污染事件的主要污染物目前已经得到较好处理。

通过单因子指数法与国家标准进行对比发现，根据pH值、DO、CODMn及NH3-N这4个指标评价水质结果相同，2018全年可达到Ⅲ类水质，春、夏、秋季可达Ⅲ类水质要求，冬季可达到Ⅱ类水质要求。由此可以看出2018年沱江河口段水环境质量较好，在沱江水污染事件发生10年后，从2018年所测得的pH值、DO、CODMn和NH3-N这几项参数看出，如今沱江治理已经有很显著的成效，虽然单从这几项指标就判别沱江的水质情况不够精确，还应该联系其他指标来对沱江进行综合评价，但这几项常规指标也是能够表明2018年沱江河口段水质情况总体良好，其他水质参数评价还有待研究。

沱江水资源监测与保护建议：加强对沱江水质监测和保护，保证沱江水质能够满足沿岸人群正常需求；水质pH值和DO保持稳定和NH3-N含量呈下降趋势，而CODMn呈上升趋势，因此在今后需要注意CODMn的变化情况；完善管理机制，在不同季节、时间段对需要控制的参数，采取预防和治理相结合的管控手段；加大对沱江流域管理的资金投入；做好水环境保护的宣传工作。

本研究使用国家监测站数据，部分测量周期间隔较大，测量参数较少，影响水质分析和评价结果精确性，仅能进行初步评价。为了进一步加强沱江水质监管，未来需要投入更多精力进行更加细致的研究，希望相关方面能够加强对沱江水质监测，同时对沱江支流进行相关研究。

6 结论

通过对泸州沱江河口段pH值、DO、CODMn和NH3-N 4个指标参数进行周年动态变化和季节变化情况进行分析，结合单因子指数法及《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)对水质进行初步评价，得出以下结论：

(1)2018年沱江河口段水质周年变化情况较明显，pH值、DO周年变化较稳定、NH3-N含量少且呈现降低趋势的，CODMn呈现上升趋势。

(2)沱江水质季节变化非常明显，pH值和DO季节变化有显著性差异，CODMn和NH3-N季节变化没有显著差异。

(3)2018年沱江河口段水环境质量较好，通过单因子指数法和我国标准进行评价以及两种方法对比得出，由pH值、DO、CODMn及NH3-N这4个指标评价沱江河口段水质，2018全年可达到Ⅲ类水质，春、夏、秋季可达Ⅲ类水质要求，冬季可达到Ⅱ类水质要求。