惠女水库丰枯水期水质状况及变化趋势分析

李佳艺

(福建省泉州环境监测中心站，福建 泉州 362000)

惠女水库位于泉州市洛江区马甲镇彭殊村，集雨面积为105.8平方公里，总库容为1.23亿立方米，是泉州市第二大水库，供应洛江区和惠安县多个乡镇的生活、工业以及农业生产用水[1-2]。水库所在区域雨量充沛但分布不均，春夏多雨，秋冬少雨[3]，研究惠女水库丰枯水期的水质状况，把握水质的时间变化规律，对评价水库流域环境整治成效，保障水质安全具有重要意义。

当前，国内外学者对水质变化趋势进行了大量研究。张鹏等运用季节性肯达尔检验法分析闽江下游水质变化趋势[4]。张宝锋等根据年均增长率公式与基于水质等级的地表水可利用水资源公式分析2015～2017年中国七大水系水质变化趋势[5]。杨盼等采用基于主成分分析的Spearman秩相关系数法分析长江干流水质变化趋势[6]。徐萌等通过综合营养状态指数评价水质类别和营养状态，对贵州省草海近年的水质变化趋势进行了研究[7]。候林丽等采用单因子评价法、综合污染指数法、季节性kendall检验法分析万安水库水质的时空特征及趋势[8]。王文静等采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法分析丹江口水库典型入库支流的水质评价与趋势[9]。上述相关成果的研究方法和思路为研究水质变化趋势提供了参考，本文采用基于水质综合污染指数的Spearman秩相关系数法，研究分析惠女水库丰枯水期的水质状况及变化趋势。

1 研究数据与方法

1.1 研究数据

以惠女水库进口、库心、出口3个点位作为研究区域，点位分布见图1。根据惠女水库十几年来的水污染特征及水质常规监测因子，确定pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮、总磷和总氮7项为主要影响指标，选取水库2011～2020年丰水期（7月）、枯水期（11月）的水质监测数据作为研究数据。本文研究数据来自福建省泉州环境监测中心站。

图1 惠女水库监测点位图

1.2 研究方法

1.2.1 水质综合污染指数

水质综合污染指数是对单项污染指数的统计，能够对监测点位的水质进行定量分析，判断水质综合污染程度[10]。污染指数的计算与监测点位的水质目标有关[11]，本研究区域的水质目标为Ⅲ类。单项污染指数和水质综合污染指数计算公式为：

（1）一般水质因子（随着浓度增加而水质变差的水质因子）的污染指数

式中：Si,j——评价因子i的污染指数，大于1表明该因子超标；

Ci,j——评价因子i在j点的实测统计代表值，mg/L；

Csi——评价因子i的水质评价标准限值，mg/L。

（2）溶解氧（DO）的污染指数

式中：SDO,j——溶解氧的污染指数，大于1表明该因子超标；

DOj— —溶解氧在j点的实测统计代表值，mg/L；

DOs——溶解氧的水质评价标准限值，mg/L；

DOf——饱和溶解氧浓度，mg/ L，对于河流，DOf=468/(31.6+T)；

T——水温，℃。

（3）水质综合污染指数

式中：p——水质综合污染指数；

n——参与评价的污染物数；

水质综合污染指数判定断面水质类别的标准见表1。

表1 水质类别判定标准

1.2.2 Spearman秩相关系数法

Spearman秩相关系数法又称等级差数法[12-13]，是一种非参数检验方法，具有不需要严格数据条件[14]、不受离散群值影响的优势[15]，已广泛运用于衡量环境污染的时间变化趋势[16]。Spearman秩相关系数计算公式为：

式中：rs为秩相关系数；

di为变量Xi和Yi的差值；

Xi为变量X从周期1到周期n按浓度值从小到大排列的序号；

Yi为按时间排列的序号；

n为统计周期。

表2 秩相关系数的临界值（Wp）

表2 秩相关系数的临界值（Wp）

2 研究结果与分析

2.1 研究结果

运用公式（1—1）、（1—2）、（1—3）、（1—4）分别计算丰枯水期水库进口、库心和出口的水质综合污染指数并绘制趋势图，计算结果见表3，变化趋势见图2。

图2 水质综合污染指数变化趋势

表3 丰枯水期水库水质综合污染指数

运用公式（2—1）、（2—2）分别计算丰枯水期水库进口、库心和出口水质综合污染指数随时间变化的秩相关系数并进行显著性检验，计算结果见表4。

表4 丰枯水期秩相关系数及显著性检验

2.2 研究分析

2.2.1 水质污染状况

对表3与图2数据进行分析可得，无论是丰水期还是枯水期，水库进口、库心和出口水质在时间上均表现为2011～2015年存在污染，尤其是进口，而2016～2020年则全部达标且变化平稳；在空间上均表现为2011～2015年污染程度基本为进口＞库心＞出口，而2016～2020年则基本一致。比较丰水期和枯水期的水质状况可得，水库水质较好时（P＜0.5），丰水期水质好于枯水期，而水质较差时，丰水期水质劣于枯水期。

2.2.2 水质变化趋势

对表4与图2数据进行分析可知，丰水期水库进口、库心和出口水质呈好转趋势，枯水期水库进口、库心水质呈好转趋势，而出口水质变化平稳；无论是丰水期还是枯水期，水库水质好转主要在2011～2015年，而2016～2020年则相对平稳。比较丰水期和枯水期的秩相关系数可得，水库丰水期水质好转趋势较枯水期显著。

3 讨论

2009年泉州市开展重点流域水环境综合整治[17]，对晋江、洛阳江流域和山美水库、惠女水库等饮用水源保护区进行整治保护；2013年泉州市开展小流域“赛水质”活动，进一步改善了小流域水环境质量[18]；2014年泉州市推行“河长制”[19]，全面提升河道的保护管理工作。惠女水库水质好转与泉州市流域整治工作密切相关，尤其是整治初期。降水径流冲刷使地表污染物进入水体，造成水体污染[20]。惠女水库水质基本为丰水期劣于枯水期，水库流域降水越大水质越差。由此表明惠女水库周边地表已受到污染。

4 结论

（1）2011年以来惠女水库水质呈好转趋势，水库水质于2016年全面达标并趋于平稳。（2）2016年起，惠女水库进口、库心和出口的污染程度相当，水库水质基本处于同一水平，表明惠女水库自净作用越来越小，自净容量日渐趋于饱和。（3）惠女水库周边地表已受到污染，会对水库水质造成污染，尤其是丰水期，因此应重点加强水库周边地表的污染整治。（4）重点流域整治、小流域“赛水质”、“河长制”等项目实施对提升惠女水库水质成效显著，但提升作用逐年下降，因此，现有治理措施已难以满足水库水质的进一步提升，建议根据水库现状进行针对性整治，如水库底泥清淤。