郪江流域遂宁段水环境质量调查和评价

张海柱，杨 平，王 璞，唐红军，庞丽娜

(1.四川省遂宁生态环境监测中心站，四川 遂宁 629000；2.四川大学建筑与环境学院，成都 610065)

前 言

郪江是涪江右岸一级支流，四川省32条重点小流域之一[1]。由于遂宁市工业的快速发展，郪江沿河场镇的迅速壮大，沿岸化肥农药的大量使用，郪江水质起伏较大，不能稳定达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)[2]Ⅲ类标准要求，水质逐年下降。2015年，生态环境部在遂宁市入境断面象山和郪江汇入涪江前郪口设立了国家考核断面，对遂宁市环境质量进行目标考核。对郪江全流域水环境问题进行系统调查和研究，使郪江流域水质逐年改善，完成对郪江和遂宁市目标考核要求势在必行。四川省遂宁生态环境监测中心站每月初只对国家考核断面郪口和象山进行例行监测，张凯等[3]利用例行监测数据对郪江流域遂宁段考核断面水质进行了分析，不能全面掌握郪江流域遂宁段全流域水质情况和饮用水源地水质安全。本文利用单因子污染指数[4]和内梅罗综合污染指数[5]对监测断面水质现状进行了分析，断面类别比例法[6]和地表水环境质量指数[7]对郪江流域遂宁段全流域水质进行了定性评价，综合营养状态指数[8]对饮用水源地富营养化进行了研判。为郪江流域遂宁段水生态环境保护、水资源利用提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

郪江发源于中江县白象乡胡家瓦窑，于大英县回马镇郪江村魏家角注入涪江[9]，是大英县最大水系，在大英县境内河长65km。遂宁境内共有古柏溪、黄腊溪、瑰溪等9条支流。大英县境内位于郪江流域内的集中式饮用水水源地共有4个，分别为寸塘口水库、星花水库、四五水库和祥凤寨水库。郪江流域(大英段)集雨面积占大英县约95%，郪江流量在7、8月达到极高值，3、4月到达极低值，流量与降水量变化相似，7月流量最大，流量的增加主要自于支流汇入。

1.2 监测断面

依据郪江流域遂宁段水系和水资源利用情况，在干流上共设置了8个监测断面，遂宁市入境断面象山(1#)、大英城区上游(2#)、大英城区下游(3#)、石门镇上游(4#)、隆盛镇上游(5#)、隆盛镇下游(6#)、回马镇上游(7#)和郪江入涪江前郪口(8#)。在各支流汇入郪江前共设置了8个采样点位，陈古溪、龙溪河汇合后入郪江前(9#)、马力河入郪江前(10#)、寸塘口河入郪江前(11#)、古柏溪入郪江前(12#)、黄辣溪入郪江前(13#)、通仙溪入郪江前(14#)、小蒜溪入郪江前(15#)和瑰溪入郪江前(16#)。集中式饮用水水源地设置4个监测断面，寸塘口水库(17#)、星花水库(18#)、四五水库(19#)和祥凤寨水库(20#)，郪江流域遂宁段水系和监测断面见图1。

图1 郪江遂宁段水系及监测断面示意图 Fig.1 The Suining Section of Qijiang River system and location of monitoring section

1.3 监测指标

水温、pH、溶解氧(Do)、总磷(TP)、总氮(TN)、高锰酸盐指数(CODMn)、化学需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)和叶绿素a,分析方法参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的水质分析方法[2]。

2 结果与分析

2.1 水环境质量现状

2022年4月，对郪江流域遂宁段各断面和全域水质进行了现场调查，对饮用水源地水质和富营养化情况进行了研究。

2.1.1 断面水质现状

采用单因子染指数Di和内梅罗综合污染指数Pi对16个监测断面水质进行分析。

(1)

(2)

公式中：n为水质个数，Ci为水质实际监测，Si为地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类标准限值。

8个干流断面中象山和大英城区上游为Ⅲ类水质，达标率为25%，其余3个Ⅳ类水质和3个Ⅴ类水质。从空间分布看，上游较好，中游水质变差，下游到郪口断面水质有所恢复。8个支流断面中5个Ⅳ类水质和3个Ⅴ类水质，支流超标率100%，水质整体较差，加重了郪江干流水体负荷。郪江流域遂宁段主要超标项目为CODMn和CODCr，超标最严重石门镇上游断面，CODCr单因子污染指数为1.75。

内梅罗综合污染指数对水质情况进行综合分析，郪江流域遂宁段内梅罗综合污染指数范围是0.88～2.27，主要水质类别是轻污染。8个干流断面大英城区上游和郪口水质为清洁，除大英城区下游为污染外，其余5个断面均为轻污染，从空间分布看，上游来水较好，中游水质变差，下游水质有所回升。8个支流断面中，马力河和寸塘口河为污染外，其余6个断面均为轻污染，监测结果见表1。流域内上游河段部分断面溶解氧呈现过饱和状态，溶解氧单因子污染指数成为最大值且对内梅罗综合污染指数贡献较大，两种评价结果略有不同。

表1 内梅罗综合污染指数和断面水质评价Tab.1 The Nemero comprehensive pollution index and evaluation f water quality

流域上游河段除了象山镇外，两岸基本为农田，无较大污染源汇入，水质未受较大污染，中游进入大英城区，受人类活动影响，从河道取水、工业和生活废水进入河道，水质明显恶化，下游除了隆盛镇外，两岸基本为农田，凭借水体自净能力，到达郪口断面附近，水质才有所回升。

2.1.2 流域水质情况

采用断面类别比例法和地表水环境质量指数两种方法进行定性分析郪江流域遂宁段的水质状况。16个监测断面中2个Ⅲ类水质断面，占比为12.5%，无劣Ⅴ类水体，按照水质类别比例划分等级，郪江流域遂宁段全流域水质为轻度污染。对干流和支流分别进行研究，干流中Ⅲ水质断面比例为25%，支流中无Ⅲ类水质断面，干流和支流均无劣Ⅴ类水体，干流和支流均为轻度污染。

采用地表水环境质量指数对流域水质进行评价，各断面水环境质量指数范围是5.22～8.24，水质为良好断面占31.2%，轻度污染占50%，中度污染占18.8%，全流域水环质量的评价结果为轻度污染，监测结果见表2。与断面类别比例法评价结果相比，流域水质类别相同。

表2 郪江水环境质量指数和流域水质评价Tab.2 The Water environmental quality index and water quality evaluation of Qijiang River

为研究水期水质变化情况，2022年初对郪江流域遂宁段枯水期水质进行了调查和分析，并于2022年7月利用无人船对丰水期水质进行现场调查采样和实验室分析。枯、平和丰水期水质调查和分析结果见表3。16个监测断面中，内梅罗综合污染指数范围为0.64～2.52，流域SWQI指数范围6.53～7.04，根据水质类别比例划分和地表水环境质量指数对流域全年进行综合评价为轻度污染。枯水期有4个Ⅲ类水质断面，占比为25%，其余断面为Ⅳ类水质，流域全年无劣Ⅴ类水体。郪江流域遂宁段水质枯水期优于平水期，丰水期水质最差，全年水质综合评价为轻度污染。

表3 不同水期水质评价Tab.3 Water quality evaluation in different water periods

2.1.3 饮用水源地水质

寸塘口水库、四五水库和星花水库均位于支流寸塘口河上，祥凤寨水库位于郪江干流大英城区段。寸塘口水库和祥凤寨水库为大英县饮用水源地，四五水库和星花水库具有乡镇供水功能的水源地。采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数对水质现状进行分析，利用综合营养状态指数TLI对富营养化程度进行了研究，《湖泊(水库)营养状态分级标准》对富营养化程度进行评价。

(3)

(4)

公式中：TLI为综合营养状态指数，Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重TLI(j)代表第j种参数的营养状态指数，rij为第j种参数与基准参数chl-a的相关系数，m为评价参数的个数。

四个饮用水源地只有星花水库满足Ⅲ类，其余均为Ⅳ类水质。超标因子CODCr，是饮用水源首要污染物。内梅罗综合污染指数祥凤寨水库最高，水质等级为污染，寸塘口水库为轻污染，溶解氧过饱和。四五水库和星花水库水质清洁，内梅罗综合污染指数接近1，管控形势严峻。祥凤寨水库和四五水库综合营养状态指数处于50～60，呈现轻度富营养化，寸塘口水库和星花水库为中营养。星花水库满足水环境功能要求，水质清洁且为中营养，水质最优。祥凤寨水库水质污染且为轻度富营养化，水质最差，监测结果见表4。

2.2 水质变化趋势研究

象山和郪口作为国家考核断面，对郪江流域遂宁段水环境质量综合考核，2017年两个断面年度考核为Ⅳ类水质，没有达到水环境功能要求。超标因子为CODCr、BOD5和总磷，单因子污染指数最大值为总磷，分别为1.47和1.55，是流域首要污染物，两个断面内梅罗综合污染指数分别为1.15和1.24，水质为轻污染。2018年以来水质逐年转好，年度考核两个断面均为Ⅲ类，达到了目标水质要求。内梅罗综合污染指数逐年降低，稳定在0.6～0.8之间，水质清洁且逐年变好。

对超标因子CODCr、BOD5和总磷，象山断面和郪口断面2017年以来的单因子污染指数变化趋势进行了分析，结果见图2。CODCr象山断面和郪口断面单因子污染指数逐年下降后分别在0.6和0.9左右，BOD5象山断面年度变化起伏较大，2018年达到最低点后略微上升，郪口断面BOD5稳定下降。总磷两个断面呈现快速下降趋势。

图2 单因子污染指数变化趋势Fig.2 Trend of single-factor pollution index

对2021年度象山断面和郪口断面按照枯、平和丰水期进行综合分析，结果见表5。象山断面三个水期水质能够达到Ⅲ类标准，郪口断面丰水期为Ⅳ类水质，主要污染因子CODCr，单因子污染指数1.07。两个断面水质清洁郪口断面枯水期水质优于平水期和丰水期，象山断面枯水期溶解氧过饱和，对内梅罗综合污染指数贡献大，三个水期内梅罗综合污染指数较为平稳。

表5 不同时段水质评价Tab.5 Water quality evaluation in different periods

为研究象山断面和郪口断面污染因子年度内变化趋势，对2021年月度考核出现超标的CODMn、BOD5和CODCr的单因子污染指数变化趋势进行了分析，结果见图3和图4。两个断面均是5月～7月出现超标，单因子污指数变化趋势和大英县降雨量变化趋势相一致。遂宁市降水集中于夏季，郪江流域遂宁段位于丘陵地区，各类污染物通过地表径流进入郪江及其支流，使得流域水质不能稳定达标。

图3 象山单因子污染指数变化趋势Fig.3 Trend of single-factor pollution index of Xiangshan

图4 郪口单因子污染指数变化趋势Fig.4 Trend of single-factor pollution index of Qikou

为研究饮用水源地富营养化年度变化情况，选取水质最差的祥凤寨水库富营养化进行了研究(图5)。近十年综合营养状态指数最高值63出现在2016年，最低值56出现在2021年。2016年以前，富营养化程逐年加重，2016年以后，富营养化程度逐年减轻，2014年～2018年为中度富营养，2019年至今为轻度富营养，2022年富营养化形势出现反弹。

图5 综合营养状态指数变化趋势Fig.5 Trend of comprehensive nutritional status index

水体富营养化最早由Naumann引入到湖泊、水库等淡水体系[10]，水温、pH和溶解氧以及总磷和总氮等营养盐的输入是导致富营养化的主要因子[11-12]。浮游植物生长和生理平衡所需的TN/TP为16，即Redfield定律[13]。TN/TP研究成为判定水体中限制性元素和评价水体富营养化的重要工具[14-15]。监测结果表明：祥凤寨水库2016年和2017年TN/TP分别为10.3和11.0，表现为氮限制，促发生物固氮作用，富营养化程度加重。2019年、2020年和2021年TN/TP为23.2、22.2和32.2，表现为磷限制，抑制了氮素的合成，富营养化程度减轻，2022年TN/TP为11.4，表现为氮限制，促发生物固氮作用，加重了富营养化。

从年度内变化看，郪江流域发生富营养化主要集中在春季和夏季，早春季节，水流变缓，气温逐渐回暖，为浮游生物尤其是藻类的快速生长提供了良好的条件，郪江沿岸种植面积广，地表污染物尤其是总磷和总氮通过径流进入郪江流域，是富营养化产生的主要原因。2016年以来，郪江及其支流对含磷污染物输入的严格管控，水体中总磷含量持续下降，是富营养化减轻的原因之一，严格管控地表径流携带的总磷入河是控制郪江流域遂宁段富营养化爆发的效方法。

3 结 论

以郪江流域遂宁段为研究对象，采用两种方法对干流和各支流断面水质情况进行了分析，两种分析方法对全流域水质进行了评价，综合营养状态指数对饮用水源地富营养化进行研究。

(1)郪江流域遂宁段水质现状为Ⅳ类，轻度污染。上游水质优于下游，中游水质最差，主要超标因子为CODCr和CODMn。四个饮用水源地只星花水库达到Ⅲ类，其余均为Ⅳ类，超标因子为CODCr。星花水库水质最优，祥凤寨水库水质最差。四五水库和祥凤寨水库轻度富营养化，其余为中营养。祥凤寨水库富营养化程度逐年减轻，2022年有所反弹。

(2)国家考核断面象山和郪口2017年以来水质逐年变好，枯水期水质最优。2017年以前，总磷为郪江流域主要污染因子，2017年以后，总磷呈现快速下降趋势且稳定达标，主要污染因子转换为CODCr、CODMn和BOD5，CODCr成为流域首要污染物。

(3)针对存在的问题，建议加快建设规划蓄引提水源工程和涪江过境水利用。推广雨水集蓄利用技术，充分结合现有规划，遵循自然恢复为主的原则制定分区保护方案。完善对流域沿岸护坡、河堤的景观建设，构建绿色休闲带，提供生物多样性群落生存空间同时加强沿岸垃圾清理、防止水土流失、防止化肥农药污染、进行必要的植被恢复等。