闽江水质特征分析与评价

张莉

（福建省环境科学研究院 福建福州 350013）

0 引言

闽江是福建省最大的河流，其干支流跨越了福建省内36个县市以及浙江省2 县，流域面积60 992 km2，约占福建省总面积一半。闽江发源于武夷山脉，其干流经过三明市、南平市、宁德市和福州市，最后在连江注入东海。闽江年平均径流量为33.23 亿m3，年平均输沙量为245.55 万t，河水年平均含沙量为0.027 kg/m3。闽江下游为感潮河段，枯水期潮区界可到水口水电站坝下约7.38 km 处，洪水期潮区界位于洪塘大桥下游附近和北港的文山里水文站上游附近［1］。

闽江是福建省重要的饮用水源和经济用水源，其水质安全具有重要意义。水质受气象、水文、地质状况、生物活动等自然因素影响，也受其流域范围社会经济人类活动等的影响。水质变化反映着自然和社会系统的复杂作用，因此对闽江进行水质特征分析与评价是一项有意义的工作。

1 数据与方法

1.1 闽江水质监测

福建省闽江流域共设有7 个国控水质监测断面，从上游到入海口分别为十里庵、古田黄田、闽清雄江、闽侯竹岐、白岩潭、闽安和连江琯头。这7 个国控断面均建成自动水质监测站，每天24 h 不间断对水温、pH、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮等9 项参数进行监测。其中水温、电导率、浊度3 项参数在《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中无相应标准限值，一般不参与水质评价。本文选取2020 年全年的闽江流域国控断面水质监测数据进行污染物变化特征分析及水质污染评价。据《国家地表水环境质量监测网监测任务作业指导书》 及 《地表水总磷现场前处理技术规定（试行）》的规定，对于浊度超过500 NTU 的一般水体和浊度超过200 NTU 的感潮河段，其检测结果受泥沙影响较大，应进行现场离心的前处理。水质自动监测站无离心前处理，因此本文对浊度超过200 NTU 的水质监测数据不纳入水质污染评价统计；当电导率超过3 000 μS/cm 时，盐度超过2‰，水质监测数据受盐度干扰较大，本文也不纳入水质污染评价统计。

1.2 水质指数法

根据 《环境影响评价技术导则 地表水环境》（HJ2.3—2018）［2］，一般水质因子（随浓度增加而水质变差的水质因子）污染指数计算公式及溶解氧标准指数计算公式如式（1）～（4）。

式中：Pi为评价因子i 的水质指数；Ci为水质污染物实测值，mg/L；Si为水质污染物评价标准限值，mg/L；SDO，j为溶解氧的标准指数；DOj为溶解氧实测值，mg/L；DOs为溶解氧评价标准限值，mg/L；DOf为饱和溶解氧浓度，mg/L；S 为实用盐度，量纲为1；T 为水温，℃。

闽江流域水质污染物评价标准限值参考 《地表水环境质量标准》［3］的Ⅲ类水标准：溶解氧大于等于5，高锰酸盐指数小于等于6，氨氮小于等于1.0，总磷小于等于0.2。

1.3 水质综合污染指数

水质综合污染指数评价采用内梅罗公式（N.L.Nemerow）。内梅罗公式是国际上使用较多的综合指数计算方法，该方法突出了最大值的影响，是一项兼顾极值的计权型多因子环境质量指数。内梅罗公式表达式如式（5）：

式中：P综为水质综合污染指数，（Pi）ave为各单项水质因子污染指数的平均值；（Pi）max为各单项水质因子污染指数的最大值。

内梅罗水质综合污染指数分为清洁（＜1），轻微污染（1～2），污染（2～3），重污染（3～5）和严重污染（＞5）5 个级别。

2 结果与分析

2.1 水质达标率

根据2020 年闽江国控断面水质统计（表1），高锰酸盐指数、氨氮和总磷达到或超过Ⅲ类标准的比例均超过92%，而溶解氧的Ⅲ类达标率最低只有55.6%。溶解氧是影响闽江流域水质达标Ⅲ类的主要问题，其中又以闽江干流中段的古田黄田、闽清雄江和闽侯竹岐的溶解氧问题较为严重。

表1 闽江流域断面水质指标超Ⅲ类占比（2020 年）单位∶%

2.2 溶解氧变化规律

根据2020 年闽江干流各断面日平均溶解氧与日平均水温时间序列对比（图1）可见，7 月～12 月古田黄田、闽清雄江和闽侯竹岐断面溶解氧低于5 mg/L（Ⅲ类标准）的天数较多，表明这3 个断面下半年的溶解氧污染风险较高。统计溶解氧与水温相关性如表2，可见溶解氧与水温呈负相关。连江琯头断面溶解氧与水温的相关性最明显，达0.91。而古田黄田断面溶解氧与水温相关性最差，只有0.2，这与深水库区的水体混合特性有关。

图1 2020 年闽江干流各断面溶解氧与水温时间序列

表2 闽江各断面溶解氧与水温的相关性

溶解氧是水体经过与大气中的氧气交换，或者经化学、生物反应产生的溶解在水中的氧。一方面，水体中氧的溶解能力随水温升高而降低；另一方面，生物呼吸作用、分解消耗溶解氧的速率也随水温升高而增加。因此一般水体中有水温高时溶解氧低的规律。

古田黄田、闽清雄江和白岩潭在从夏季转换到秋冬季节时（10 月～次年1 月）没有出现溶解氧随水温降低而增高的现象，这是由于深水库区的水体混合特性造成的。据邱晓鹏等［4］对周村水库的研究，库区温跃层深度和氧跃层深度的季节变化明显；夏季气温高时温跃层上界面高，水体的垂向交换能力弱，上层高溶解氧水体较稳定；进入秋季温跃层上界面下移，变温层水体混合强度较大，下层的低溶解氧水体向上混合导致上层溶解氧降低。

溶解氧最高值出现在2 月～4 月，5 月、6 月及9 月出现溶解氧的较大波动，可能与暴雨带入的地表污染增加耗氧量及暴雨影响浮游植物光合作用有关［5］。

2.3 浊度和电导率变化规律

根据国控断面浊度监测统计发现，自古田黄田断面起，浊度基本呈现越往下游越高的规律，到入海口浊度年平均可接近250 NTU。在感潮河段区域内，涨落潮水裹挟着泥沙来回流动造成浊度偏高。闽江上游十里庵断面浊度偏高，可能由于闽江上游南平段农业活动较多及水土流失造成。闽江下游白岩潭、闽安和连江琯头断面浊度超过200 NTU 的天数分别占全年的14%、5%和66%。

根据2020 年国控断面电导率监测统计（图2）发现，电导率呈现越往下游越高的规律，到白岩潭断面年平均电导率就超过1 600 μS/cm。电导率是以数字表示溶液传导电流的能力，可根据电导率推测水中离子成分的总浓度，也指示了水体的盐度。闽江下游白岩潭、闽安和连江琯头断面电导率超过3 000 μS/cm 的天数分别占全年的25%、57%和89%。主要集中在2 月～7 月。

图2 2020 年闽江干流各断面浊度及电导率分布

2.4 水质变化规律

吴传明［6］统计了闽江竹岐站的多年平均逐月径流量，结果表明4 月～6 月径流量占比年径流量约50%，11 月～次年1 月径流量约占年径流量的10%。本文在剔除浊度高于200 NTU和电导率大于3 000 μS/cm 的数据后，统计得到2020 年闽江流域7 个国控断面的4 项水质指标的年平均值，枯水期（11月～次年1 月）平均值和丰水期（4 月～6 月）平均值径流如图3。

图3 2020 年各断面年平均、枯水期和丰水期平均水质分布

闽江各断面的高锰酸盐指数呈现上中游较低、下游和入海口较高的规律；氨氮在十里庵和白岩潭断面较高，其余断面较低；总磷在古田黄田和闽清雄江断面低于其余断面。各断面年平均的高锰酸盐指数基本为Ⅱ类，其中上游断面可达Ⅰ类；氨氮除十里庵断面外均可达Ⅰ类标准；各断面总磷基本可达Ⅱ类。闽江上游十里庵断面水质污染浓度偏高主要受南平市的农业生产及生活影响，下游水质污染浓度偏高主要受福州市区工业和生活污染影响。

闽江干流上中游断面（十里庵、古田黄田、闽清雄江和闽侯竹岐）4 项水质指标共16 组水质参数中，有6 组丰水期水质优于枯水期，而10 组水质参数在枯水期的水质都优于丰水期，这可能与丰水期的农业活动造成的入河污染有关，也与程学宁等［7］研究结论一致。闽江下游至入海断面枯水期盐度和浊度对水质测量影响较大，可参与水质评价数据量少。因此本文不进行白岩潭、闽安和连江琯头断面的枯水期水质评价。

2.5 水质污染评价与分析

根据公式（1）～（5）分别计算各断面水质因子污染指数和综合污染指数如表3。闽清雄江断面出现溶解氧污染，古田黄田和闽侯竹岐断面也接近出现溶解氧污染。古田黄田、闽清雄江和闽侯竹岐断面高锰酸盐指数、氨氮和总磷污染风险较低。闽江下游白岩潭、闽安和连江琯头3 个断面高锰酸盐指数、氨氮和总磷污染指数均高于上中游断面，表明闽江干流经过福州市区依然受到了一定程度的水质污染。

综合污染指数考虑了各水质因子的共同作用，并且突出了最大污染因子的占比，可以作为闽江整体水质评价结果。闽江流域7 个断面综合污染指数均评价为清洁。闽侯竹岐和闽安2 个断面，综合污染指数接近，但闽侯竹岐断面是溶解氧风险较高，而闽安断面是高锰酸盐指数、氨氮和总磷污染风险更高。因此，对水质污染评价而言，虽然综合污染指数具有简单明确性，但单项指标指数更能明确各项污染指标的污染风险，对指导污染排放和水质管控更有意义。

3 结论

闽江流域整体水质较好，基本满足地表水Ⅲ类标准。闽江上游及下游水质Ⅲ类达标率接近或超过90%；中游水口水库河段受溶解氧影响，Ⅲ类达标率只有55.6%～61.6%。闽江干流各断面溶解氧与水温呈负相关，相关性最高可达0.91。在古田黄田和闽清雄江2 个断面，受深水库区水温垂向分层随季节性变化的影响，溶解氧在秋季水温下降时并未出现增加。闽江干流水体浊度和电导率呈现河口高于上游、感潮段高于非感潮段的空间变化特征。闽江干流各断面的高锰酸盐呈现上中游较低、下游和入海口较高的规律；氨氮在十里庵和白岩潭断面较高，其余断面较低；总磷在古田黄田和闽清雄江断面低于其它断面。闽江十里庵、古田黄田、闽清雄江和闽侯竹岐断面枯水期的水质占优比高于丰水期。对水质污染评价而言，综合污染指数具有简单明确性，但单项指标指数更能明确各项污染指标的污染风险，对指导污染排放和水质管控更有意义。