壅水坝建设前后桂林漓江市区段水质变化分析

摘 要：为分析壅水坝建设对漓江水质的影响，利用漓江 2015—2022年的监测数据，采用单因子指数评价法、综合污染指数评价法和综合营养状态指数法，对桂林市城北水厂、东镇水厂、东江水厂、瓦窑水厂及磨盘山断面水质变化趋势进行分析评价。结果表明，壅水坝建设前城北水厂、东镇水厂、东江水厂断面水质类别维持在Ⅰ～Ⅱ类，瓦窑水厂及磨盘山断面水质类别维持在Ⅱ～Ⅲ类，壅水坝建设后，5个监测断面水质类别均维持在Ⅰ～Ⅱ类，影响水质的主要因子为溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、总磷。壅水坝建成壅水后，瓦窑水厂、磨盘山水质改善较为显著，其他3个水厂水质变化不明显；2023年1—12月，5个监测断面水质均处于贫营养状态，未出现富营养化。

关键词：水环境质量；变化趋势；漓江；桂林市区

中图分类号：X824 文献标志码：A 文章编号：1673-9655（2024）05-00-05

0 引言

漓江是桂林山水的灵魂，近年来由于水量分配不均，蓄水调节工程不足，汛期大范围的持续暴雨，导致漓江洪水暴起暴落；而枯水期，漓江水量急剧下降、部分河床裸露，生活饮用水的供给受到影响、旅游船只无法正常通航、水质受到不同程度的污染、水生态环境日益恶化。早在1988年，桂林市政府就在漓江市区段下游建设壅水坝，提高漓江水位、改善水质的计划；2016年10月，壅水坝建设工程再次开工，2018年底建成并进行壅水。

现利用2015—2023年的漓江水质监测数据，分析壅水坝建设前、后桂林漓江市区段水质变化情况，为保护桂林饮用水源、改善漓江水环境质量提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

漓江市区段全长36.5 km，壅水坝建于桂林市七星区穿山乡吴家里村，壅水坝上游河段 17.5 km，有桃花江、小东江、南溪河三条主要支流汇入，壅水坝往上依次为瓦窑水厂水源地、东江水厂水源地、东镇水厂水源地、城北水厂水源地；壅水坝下游河段19 km，有相思江、南湾河、黄沙河等农灌渠汇入，磨盘山位于下游段的末端。

1.2 研究方法

1.2.1 监测点位概况

在研究区域内布设 5个监测断面，见图1，分别为壅水坝上游的4个饮用水水源地（以下称水厂），以及壅水坝下游的磨盘山，每个断面在左、中、右各布设 1个监测点位。

1.2.2 监测频次和监测因子

每月上旬对5个监测断面15个监测点监测一次，监测因子按照《GB 3838—2002地表水环境质量标准》[1]表 1、表 2要求共计29项。

1.3 数据来源

广西壮族自治区桂林生态环境监测中心2015—2022年的漓江例行监测数据，从 2023年1—12月，每月上旬例行监测的同时，同步进行叶绿素a和透明度监测。

1.4 评价方法

以单因子指数评价法、综合污染指数评价法和综合营养状态指数法进行评价。

1.4.1 单因子评价法

根据2015—2022年的监测数据，按照《GB 3838—2002地表水环境质量标准》规定的Ⅲ类标准限值进行污染分担率计算，以分担率较高的水质因子进行评价，对水温、总氮、粪大肠菌群不作评价。

以每一个因子的浓度值与地表水Ⅲ类标准限值相除，得到该项因子的水质指数，计算见公式（1）；DO因子的水质指数计算公式见（2）；当水质pH测定值＜7时，pH因子的水质指数由公式（3）计算得到，当水质pH测定值＞7时，pH因子的水质指数采用公式（4）计算。

（1）

式中：WQI（i）—第i个因子水质指数；C（i）—第i个因子的质量浓度，mg/L；CS（i）—第i个因子对应《GB 3838—2002地表水环境质量标准》的Ⅲ类标准限值，mg/L。

（2）

式中：WQI（DO）—溶解氧因子的水质指数；C（DO）—溶解氧因子的质量浓度，mg/L；CS（DO）—溶解氧因子的《GB 3838—2002地表水环境质量标准》Ⅲ类标准限值，mg/L。

（3）

（4）

式中：WQI（pH）—pH因子水质指数；C（pH）—水质pH因子测定值；C（pHsd）—《GB 3838—2002地表水环境质量标准》的pH因子下限值；C（pHsu）—《GB 3838—2002地表水环境质量标准》的pH因子上限值。

将各因子的水质指数相加得到水质指数，计算公式见（5）。

（5）

式中：WQI（∑）—水质指数；WQI（i）—第i个因子的水质指数； n—参与评价的因子个数。

用参与评价的第i个因子的水质指数WQI（i）除以水质指数WQI（∑），得到各因子的污染分担率，计算公式见（6）。

（6）

式中：P（i）—第i个因子污染分担率。

1.4.2 综合污染指数评价法

将pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、总磷、铜、锌、氟化物、硒、砷、汞、镉、六价铬、铅、氰化物、挥发酚、石油类、硫化物、阴离子表面活性剂、硫酸盐、氯化物、硝酸盐、铁、锰共26个因子，以公式（7）计算得到综合污染指数Q，Q值越小说明水体质量越好[6]。

（7）

式中：Q—综合污染物指数；WQI（i）—第i个因子水质指数；n—参与评价的因子个数。

1.4.3 综合营养状态指数评价法

按照地表水环境质量评价办法[2]，参照湖泊（水库）富营养化评价方法及分级技术，以叶绿素a、总氮、总磷、透明度、高锰酸盐指数5个因子，依据地表水环境质量评价办法（二）的计算公式和评价方法，计算各监测断面的综合营养状态指数，评价5个监测断面的营养状态。

2 结果与评价

2.1 壅水坝建设前后漓江水文分析

桂林地处喀斯特地区，漓江又属山区雨源性河流，降水和径流时空分布极不均匀，每年3—8月为丰水期，径流量占比全年总量的80%，其中5—6月持续降雨，占比全年总量的40%，9月—次年2月为枯水期，径流量仅占全年总量的20%[3]。

壅水坝建设前4年，评价区域水流量年均为408.9 m3，在每年的枯水期，象鼻山一带河床沙滩裸露，有的断面行人可以横穿河床，游船无法通航；壅水坝建设后的4年，水流量年均为431.6 m3，水流量和水通量变化不大，但象鼻山一带水位抬升了1～5 m，全年可顺畅通航。

2.2 单因子评价结果

2015—2022年桂林漓江市区段水质监测结果表明，近8年无超标因子。壅水坝建设前，溶解氧、生化需氧量、高锰酸盐指数是上游污染分担率排名前三位的因子，其中溶解氧的分担率最大，占比17.8%，下游污染分担率排名前三位的因子为溶解氧、生化需氧量、总磷，其中溶解氧的分担率最大，占比20.7%；壅水坝建成壅水后，上游污染分担率排名前三位的因子仍为溶解氧、生化需氧量、高锰酸盐指数，溶解氧的分担率最大，占比19.0%，下游污染分担率排名前三位的因子变化为溶解氧、高锰酸盐指数、总磷，溶解氧的分担率最大，占比22.0%。表1是影响水质类的主要因子污染分担率，由表1可见，壅水坝建设前、后，溶解氧的污染分担率占比均最大，壅水坝建设后，上游溶解氧、氨氮、总磷3个因子的污染分担率略有升高，其余因子均有所下降，下游溶解氧、高锰酸盐指数、总磷3个因子的污染分担率略有升高，其余因子均有所下降。

2015—2022 年各监测断面水质类别比例见图2，城北水厂、东镇水厂、东江水厂水质均保持在Ⅰ～Ⅱ类，而瓦窑水厂、磨盘山水质则维持在Ⅱ～Ⅲ类。评价期内磨盘山水质连续7年出现Ⅲ类水质的月份，2018年Ⅲ类水质的月份占比50%，水质最差，影响水质的主要因子是溶解氧、生化需氧量、高锰酸盐指数、总磷，2022年水质最好，全年达到Ⅱ类；其次是瓦窑水厂，评价期内有4年水质出现Ⅲ类的月份，2018年Ⅲ类水质的月份占比40%。壅水坝建成壅水后，磨盘山和瓦窑水厂出现Ⅲ类水质的月份逐渐减少，2022年评价区域内全部监测断面达到Ⅰ～Ⅱ类水质。

2.3 综合污染指数评价结果

2015—2022年城北水厂综合污染指数为0.086～0.129，东镇水厂综合污染指数为0.080～0.133，东江水厂综合污染指数为0.085～0.138，瓦窑水厂综合污染指数为0.106～0.164，磨盘山综合污染指数为0.112～0.215。图3为各监测断面综合污染指数年变化趋势图，由图可见，2015年5个监测断面的水质综合污染指数均较高，水质较差，政府通过污水管网的完善和建设、入河排污口管理、集中式饮用水源地的保护、蓄水调节等工作，综合污染指数呈下降趋势。

2017—2018年处于壅水坝建设期，受清淤、筑坝、河道疏浚、截水等工程的影响，瓦窑水厂水质综合污染指数有所上升，而磨盘山位于壅水坝下游，筑坝、截水等工程导致漓江主干流的水流量大幅减少，磨盘山河段水量主要依靠相思江、南湾河、黄沙河等农灌渠的补给，水中溶解氧、高锰酸盐指数、总磷等污染因子的浓度均出现不同程度增大，导致磨盘山水质综合污染指数大幅升高。壅水坝建成开始壅水后，瓦窑水厂和磨盘山 2018—2020年水质综合污染指数快速下降，以后趋于稳定，其他3个水厂2016—2022 年水质综合污染指数总体稳定，变化不明显。

为定量分析 5个监测断面的水质变化趋势，以置信度 95%的 Wp = 0.643 为判断标准，对5个监测断面的水质变化趋势做秩次相关检验，结果表明，5个监测断面在评价时段内的秩相关系数均为负值，水质均呈好转趋势；其中城北水厂、东镇水厂、东江水厂的秩相关系数绝对值分别为0.46、0.27、0.55，水质变化平稳，改善不显著，而东江水厂、磨盘山的秩相关系数绝对值分别为0.86、0.77，水质改善较为显著。

2.4 综合营养指数评价结果

2023年1—12月，城北水厂的年均综合营养状态指数为9，东镇水厂的年均综合营养状态指数为10，东江水厂年均综合营养状态指数为11，瓦窑水厂年均综合营养状态指数为22，磨盘山年均综合营养状态指数为25，均处于贫营养状态，未出现富营养状态，水质优劣排序依次为城北水厂、东镇水厂、东江水厂、瓦窑水厂、磨盘山。

壅水坝建成壅水后，漓江市区段特别是瓦窑水厂水源地一带，水位抬升、水流减缓、流动性差、底泥淤积发酵，可能导致河水自净能力降低，造成水质恶化、甚至富营养化问题，对瓦窑水厂综合营养状态进行月变化趋势分析。图4为2023年1—12月瓦窑水厂的综合营养指数月变化趋势图。

由图4可见，瓦窑水厂全年的综合营养状态指数在16～27，均处于贫营养状态，3—5月的综合营养状态指数在 25～27，高于其他月份，主要是由于桂林市的 3—5月处于梅雨季，降雨将空气中吸附有毒有害物质的悬浮颗粒物沉降到地面，雨水形成的地表径流又将沉降物及地面沉积物冲刷汇集进入水体，最终汇入漓江，使得漓江中的污染物浓度升高。而瓦窑水厂处于壅水坝上游、与壅水坝仅有500 m的距离，壅水坝壅水后，瓦窑水厂水源地一带水位抬升、流速减缓，有利于氮、磷等元素的积累，为藻类及其他浮游生物的生长和繁殖提供了营养元素，大量藻类和浮游生物的生长和繁殖，消耗水中的氧和产生叶绿素，同时降雨又增大水体浑浊度，致使透明度降低，影响水中植物的光合作用，造成水中溶解氧减少，最终导致综合营养指数升高，与王军敏等[4]调查的古泊善后河水质污染特征、周舒宇等[5]分析的南京市梅雨期雨水水质特性相似。

3 结论

（1）壅水坝建设前，城北水厂、东镇水厂、东江水厂水质保持在Ⅰ～Ⅱ类，瓦窑水厂、磨盘山水质维持在Ⅱ～Ⅲ类；壅水坝建成壅水后，评价区域内5个监测断面水质年均值达到Ⅰ～Ⅱ类；壅水坝上游影响水质的主要因子是溶解氧、生化需氧量、高锰酸盐指数，壅水坝下游影响水质的主要因子与上游相比，增加了总磷因子。

（2）2015 年5个监测断面的水质综合污染指数较高，水质较差；受壅水坝建设施工的影响， 2017—2018 年瓦窑水厂水质综合污染指数有所上升，磨盘山水质综合污染指数大幅上升；壅水坝建成壅水后，瓦窑水厂和磨盘山 2018—2020 年水质综合污染指数快速下降，以后趋于稳定，其他3个水厂 2016—2022 年综合污染指数总体稳定，变化不大。

（3）评价期内，除瓦窑水厂和磨盘山断面受壅水坝施工期的影响外，5个监测断面水质呈好转趋势。城北水厂、东镇水厂、东江水厂水质改善不明显，瓦窑水厂和磨盘山水质改善较为显著。

（4）2023年1—12月，5个监测断面均处于贫营养状态，未出现富营养化，水质优劣排序依次为城北水厂、东镇水厂、东江水厂 、瓦窑水厂、 磨盘山。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家环保总局.地表水环境质量标准：GB3838-2002[S].北京：中国标准出版社，2002.

[2] 国家环保部办公厅.地表水环境质量评价办法（环办监测[2011]22号）[S].

[3] 阳幼生.漓江生态及环境补水目标流量的探讨[J].广西水利水电，2012（3）：7-10.

[4] 王军敏，王晨波，董园媛，等.古泊善后河水质污染特征及污染来源调查[J].环境监控与预警，2021，13（2）：39-43.

[5] 周舒宇，骆辉，赵尘，等.南京市梅雨期雨水水质特性分析[J].森林工程，2027，33（2）：60-63.

Analysis of Water Quality Changes of the Urban Section in Lijiang River before and after a Dam Construction

LIU Bing-tao1， SONG Xiao-wei2， LIU San-zhang3， YIN Yuan-yuan 3， GAO Xue4， ZHOU Yu-ling1， FENG Hai-tao5

（1.Guangxi Haocheng Environmental Protection Technology Co. Ltd.，Guilin Guangxi 541002， China）

Abstract： The monitoring data of Lijiang River from 2015 to 2022 were used to analyze the water quality of the urban section of the river adopting the evaluation method of single factor index， comprehensive pollution index evaluation method， and comprehensive nutritional status index method before and after the dam was constructed. The water qualities of Dongzhen waterworks， Dongjiang waterworks， Wayao waterworks， Mopanshan were examined. The results indicated that the water quality of the Chengbei waterworks， Dongzhen waterworks， Dongjiang waterworks were maintained at class Ⅰ～Ⅱ before the construction of the dam. The water quality of Wayao Water Works and Mopanshan section is maintained at class Ⅱ-Ⅲ as well. After the dam was built， the water quality of the 5 monitoring sections was maintained at class Ⅰ～Ⅱ. The main factors affecting water quality is dissolved oxygen， permanganate index， five-day biochemical oxygen， and total phosphorus. After the dam was built for backwater， the water quality of Wayao water plant and Mopanshan was improved significantly. However， the water quality of the other three waterworks did not change significantly. During January of 2023 to December of 2023， the water quality of 5 monitoring sections was in the state of poor nutrition. No eutrophication was observed.

Key words： water environmental quality; changing trends; Lijiang River; urban Guilin

作者简介：刘炳涛（1993-），男，广西桂林人，工程师，学士，主要从事环境影响评价、环境质量评价、环境规划、环境咨询。

通信作者：宋晓薇（1988-），女，广西南宁人，高级工程师，硕士，从事水生态环境保护研究。