2011—2020年沙溪永安段下游水质变化趋势分析

黄东娇

(三明市永安生态环境局，福建 三明 366000)

沙溪位于福建省中部，系闽江上游的南源支流，上游为九龙溪，流域面积较大，水量较大，水力资源丰富。永安至沙溪口称沙溪，沙溪流经建宁、明溪、宁化、清流、永安、三明、沙县、延平等，在沙溪口与富屯溪汇合后注入闽江。沙溪永安段是永安市境内最大的河流干流，其前段的鸭姆潭电站是永安市区最大的集中式饮用水源，约占全市供水量的52.1%。而后段汇入文川溪、后溪、胡贡溪等众多支流，又流经永安市尼葛工业园区、坂尾工业区、贡川水东工业园区，成为主要的纳污水体。因此，沙溪的水环境质量，不仅关系城镇居民的用水安全，也影响永安市区的整体规划。

开展沙溪水质评价，研究水质变化趋势，有利于分析掌握沙溪的水环境污染特征，为河流污染防治和城市生态环境管理提供有力的技术支撑。本文以三明市永安环境监测站2011—2020年的沙溪水质监测资料为依据，运用当前城市地表水评价考核的几种常规方法，对2011—2020年沙溪永安段下游水质和变化趋势进行评价分析，并提出综合防治建议。

1 研究区域与研究方法

沙溪的上游为九龙溪，经过安砂水库流入永安境内，前段九龙溪为东西走向，后段沙溪为南北走向，流经永安城区，最终流入三明市莘口镇境内。本文选择永安段下游的出境考核断面——永安贡川桥断面作为代表断面，并参照《地表水环境质量评价办法(试行)》《城市地表水环境质量排名技术规定(试行)》，选用水环境质量评价法、CWQI水质指数法和Spearman秩相关系数法作为研究方法对该断面开展水质状况分析。

1.1 水环境质量评价法

根据《地表水环境质量评价办法(试行)》，河流断面水质类别评价采用单因子评价法，评价指标为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标，根据评价时段内该断面参评指标中类别最高的一项来确定，以每年监测数据的算术平均值进行评价。

1.2 CWQI水质指数法

采用《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标，先计算出监测断面各单项指标浓度的算术平均值，计算出单项指标的水质指数，再综合计算出该断面的水质指数CWQI。低于检出限的项目，按照1/2检出限值参加计算各单项指标浓度的算术平均值。水质指数越小，说明水质状况越好。

(1)

式(1)中，C(i)为第i个水质指标的浓度值；Cs(i)为第i个水质指标地表水Ⅲ类标准限值；CWQI为i个水质指标的水质指数。

(2)

式(2)中,Cs(DO)为溶解氧的地表水Ⅲ类标准限值。

(3)

(4)

式(3)、(4)中,pHsd为GB3838-2002中pH的下限值；pHsu为GB3838-2002中pH的上限值。

1.2.2 断面水质指数

根据各单项指标的CWQI，取其加和值即为断面的CWQI，即：

(5)

1.3 Spearman秩相关系数法

选取高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷4项主要指标的年均值，采用Daniel趋势检验技术，用Spearman秩相关系数法分析环境污染变化趋势。秩相关系数按下式计算：

(6)

di=Xi-Yi

(7)

式(6)、(7)中，di为变量Xi和变量Yi的差值；N为时间周期数；Xi为周期i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。

将秩相关系数rs的绝对值同Spearman秩相关系数统计表中可信度水平为0.05的临界值Wp进行比较，当rs>Wp则表明变化趋势有显著意义，如果rs是负值，则表明在评价时段内有关统计量指标变化呈下降趋势或好转趋势；如果rs是正值，则表明在评价时段内有关统计量指标变化呈上升趋势或加重趋势。

2 沙溪永安段水质变化趋势分析

2.1 断面水质评价

以沙溪永安贡川桥断面为研究对象，依据2011—2020年的水质监测数据，以断面年均值评价，该断面10年间的水质类别均达到或优于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类标准，达标率均为100%，水质保持优良，各年水质类别详见表1[1-2]。

表1 2011—2020年沙溪永安贡川桥断面水质类别及水质状况

永安贡川桥断面的水质年均值达标率从2011年到2020年均保持在100.0%，且“十三五”期间(2016—2020年)各年水质类别均为Ⅱ类，水质状况保持优，与“十二五”期间(2011—2015年)相比有所改善。

2.2 断面水质指数变化

利用21项指标的监测数据，根据式(1)～式(5)计算2011—2020年间各年永安贡川桥断面的水质指数(详见表2)，得出2011—2013年间，该断面水质指数连续上升，2014—2017年水质指数连续下降，2018年稍有上升，2019年、2020年又连续下降。总体而言，2020年与2011年相比，水质指数由4.4188降至2.7616，下降了37.50%，水环境质量变好。分析各指标的单项指数可知，2020年单项指数与2011年相比降幅较多的指标依次为五日生化需氧量、化学需氧量、高锰酸盐指数、氨氮和氟化物。

表2 2011—2020年沙溪永安贡川桥断面水质指数CWQI

2.3 河流主要指标变化趋势分析

2.3.1 主要指标年际变化

利用2011—2020年的水质监测数据，绘制永安贡川桥断面4项主要指标—高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷的年均值年际变化图(图1)，由图1可得：高锰酸盐指数年均浓度在波动中呈下降趋势，单因子水质类别由Ⅱ类升至Ⅰ类；五日生化需氧量年均浓度在2013年有所上升，后逐渐下降，单因子水质类别保持在Ⅰ类；氨氮年均浓度自2015年起逐渐呈下降趋势，单因子水质类别从2015年起逐步稳定在Ⅱ类；总磷年均浓度总体较为平稳，2020年明显下降，单因子水质类别保持在Ⅱ类。趋势变化详见图1。

图1 2011—2020年沙溪永安贡川桥主要指标

2.3.2 主要指标变化趋势

根据式(6)、式(7)计算该4项指标的秩相关系数。由表3可见，2011—2020年间，永安贡川桥断面的高锰酸盐指数、五日生化需氧量和氨氮指标的秩相关系数rs的绝对值均大于Wp，且为负值，表示3项指标呈显著下降趋势；总磷rs为负值，但小于Wp，总体变化无显著意义。主要指标浓度变化趋势与单项指数变化趋势相符。

表3 2011—2020年沙溪永安贡川桥水质随时间变化趋势

2.3.3 “十三五”与“十二五”对比

另外，就4项指标在“十三五”期间和“十二五”期间的均值进行对比，高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷浓度均有所下降，降幅分别为29.4%、39.8%、31.8%和59.8%。

2.4 水质变化结论

综上可得，2011—2020年，沙溪永安贡川桥断面水质类别由Ⅲ类转为Ⅱ类，水质状况由良转优并保持稳定，断面水质指数也有明显下降，且4项主要指标中，高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮浓度均呈显著下降趋势，该断面总体水质有所好转。

3 水质变化原因分析

永安市人民政府自2013年起开始实施河道整治计划，印发了《永安市2013年河道水污染综合整治实施方案》，经过8年治理，各主要河流水质均有所改善。2016—2020年间，尼葛工业园、埔岭汽车工业园、贡川水东工业园分别建成了园区污水处理厂并投入使用，对工业污水集中二次处理，减少了工业污水直排入河的污染。同时，国家环境监测总站在沙溪三元溪口(永安贡川桥下游，永安与三元交界处)、文川溪永安洪田断面分别设立了水质自动监测站，河流水质监测数据实时预警，三明市永安生态环境局对超标报警数据及时反馈、联合市河长办对异常断面开展调查，采取措施保证水质良好[2]。

4 结论与建议

通过运用水质评价法、CWQI水质指数法和Spearman秩相关系数法研究沙溪永安段下游出境断面——永安贡川桥断面的水质状况，得出沙溪永安段下游水质在2011—2020年总体保持优良。永安贡川桥断面水质类别由Ⅲ类转为Ⅱ类，水质状况由良转优并保持稳定；断面水质指数CWQI在2016—2020年间明显下降，与2011年相比，2020年下降了37.50%；4项主要指标中，高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮浓度均呈显著下降趋势，水质总体有所好转。

沙溪水质改善来之不易，而根据污染物排放统计数据，随着经济社会发展和人民生活水平的提升，2021—2025年永安市的废水主要污染物排放总量将会继续增加。建议从以下方面着手，保障水质优良。

①建立健全环境管理机制。继续实行党政领导生态环境保护目标责任制，落实目标责任书、“一岗双责”规定中流域生态保护的要求。抓好“河长制”，做好河流综合整治，采取有效措施确保各断面水质符合考核要求。

②各部门分工合作，联合执法。市政部门完善城市污水管网布设，提升城市生活污水纳管率；生态环境部门加强对工业企业废水的监管，突出节能减排，发展循环经济，推广清洁生产，强化污染防治；生态环境部门和各工业园区管委会共同加强对企业的指导和监管，引导企业建立规范的环境管理制度，同时监督园区污水处理厂、生活污水处理厂和企业污水处理站正常运行，保证污水处理后达标排放；水利部门加强和沿河水电站协调沟通，在枯水期适时进行水量生态调度，提高水体自净能力，生态环境部门也需对水电站的下泄流量加强监管，保证水电站最小下泄流量，防止出现断流现象；各乡镇、街道、农业部门在春耕时节注意沿河农田的肥料堆放，避免出现雨水将化肥冲刷入河造成氮、磷指标浓度增大[2]。

③对沙溪各支流加强治理。支流小流域途经村庄，沿河汇入较多农村生活污水、养殖废水等，且流量较小，不利于水体自净。应完善农村污水管网布设，提高农村集中污水处理设施利用率，减少污水直排入河现象。

④提升全民意识。继续加强环境保护的宣传，提高民众的环保意识，使群众和企业自觉爱护环境，保护“母亲河”[2]。