王亚静 周继红 刘 畅 王世岩

（1 河北工程大学能源与环境工程学院 河北邯郸 056038 2 中国水利水电科学研究院 北京 100038）

引言

随着社会、经济发展，人类生产和工农业活动加剧，流域内营养负荷显著增加[1]。乌东德筑坝以来，库区由天然河道转变成为河道型水库，水动力学发生改变，导致水环境因子也呈现出与之前不同的时空变化特征，乌东德水电站蓄水引起库区水环境的问题逐渐受到各界学者的关注[2～4]。近年来，关于乌东德水电站的运行引起的水环境问题研究大多集中在坝区[5～7]，对引起重点环境问题的攀枝花河段的水质缺乏多样点时空变化特征研究，并且库尾水环境错综复杂，水电站的发电蓄水对其影响存在不确定性，故研究该流域水质时空分布特征，具有重要意义。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域概况

研究区域位于四川省攀枝花市，攀枝花市的地理位置处于东经101°08′～102°15′，北纬26°05′～27°21′，地势由西北向东南倾斜。据统计，2019 年底攀枝花全市总人口108.37 万人，全市GDP 为1040.82 亿。攀枝花市是四川省的资源型城市，主要盛产钒、钛、钢铁等，有“钒钛之都”、“钢城”之称。攀枝花市人口密集、工业发达，人类活动产生的大量污、废水对乌东德库尾的水环境具有潜在影响；水库蓄水后淹没交错分布的排污口和取水口，水体自净能力降低，存在环境风险隐患。

1.2 采样点及采样方法

根据 《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002）中有关要求，进行监测点的布设（图1），分别是倮果大桥（LG）、雅砻江河口（YL）、三堆子（SD）、金江取水口（JJ）、马店河排污沟下游500m（MDW）、1km（MDY）、3km（MDS）、钒钛工业园（FT）、拉鲊（LZ）。各样点每月采样一次，共采样12 次。

图1 研究区域采样点布设

1.3 指标测定

根据研究区域实际情况，选取高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、总氮（TN）作为时空变化特征分析指标，并结合水温（WT）、pH 值、溶解氧（DO）、五日生化需氧量（BOD5）、类大肠菌群（FC）作为评价因子进行水质指标相关性分析，水质指标按照《水和废水监测分析方法（第四版）》进行测定。

1.4 基于多元统计方法的水质数据处理与分析

运用主成分分析法对引起该流域水环境变化的主导因子进行提取并加以分析。基于主成分分析综合得分分析结果，分析该流域监测指标的时间变化特征；以各断面监测指标的年内均值分析空间变化特征。主成分分析前，首先对原始水质数据进行KMO 检验和Bartlett 球形检验，一般认为检验结果为KMO＞0.6 且P<0.01 时适合做主成分分析。为了消除各监测指标间不同量级的影响，需将原始数据进行标准化处理（溶解氧的浓度与水质的污染程度呈反比，所以应先对其进行线性变换[8]）。

2 结果与分析

2.1 水环境因子特征与评价

2019 年攀枝花河段的水质因子均值和实测范围见表1，该流域水体pH 值在7.78～8.28 之间，属于弱碱性水；DO 含量为7.89～10.55mg/L，COD 含量为2.53～12.49mg/L，BOD5含量为0.25～2.5 mg/L，符合I 类水标准；CODMn含量为0.77～4mg/L，NH3-N 为0.025～0.21mg/L，符合II 类标准；TP 含量为0.005～0.2 mg/L，符合III 类标准；TN 为0.51～1.7mg/L，符合IV 类标准；FC 含量为444.44～54333.33ind./L，超V 类水标准。从各指标的实测范围来看，TN 在雅砻江口和马店河排污沟下游500m 处超III 类水标准，且该流域各样点的FC 均超Ⅲ类水标准（图2）。

表1 研究区域水质因子特征

图2 总氮（TN）和类大肠菌群（FC）的实测范围

2.2 水质指标主成分分析

基于全年12 次采样结果，对9 个监测样点进行主成分分析。经检验得出，KMO 值为0.735（>0.6），Bartlett 球形检验显著性概率P<0.01，表明各监测指标相关性较好，适宜进行主成分分析。按照λ>1 的原则，提取4 个主成分因子，主成分分析结果见表2。

表2 研究区域监测指标主成分分析结果

由表2 可知，第1 主成分F1 的方差贡献率最大，为35.585%，与之相关的主要监测指标为TP、CODMn、BOD5，说明F1 主要反映水体营养状态与水体有机污染程度，其中，TP 与第一主成分F1 为最强正相关，变化特征明显。第2 主成分F2 的方差贡献率为18.130%，与之相关联的主要监测指标为WT、FC，反映了气候条件（WT）对该流域水环境的影响，并引起了河流中FC 含量的变化，其中，WT 与之关联最强，表明其随季节等自然因素变化明显。第3、4 主成分的方差贡献率分别为11.467%、10.621%，与之相关联的主要指标有COD、DO，其中，COD 与第3 主成分呈显著负相关，主要反映研究区域有机污染的特征；DO 与第4 主成分呈显著正相关，DO 分布受水体中水生植物光合作用影响，反映研究区域水生植物的分布状况。

2.3 水质时空分布

2.3.1 水质时间分布

主成分分析中，样本综合得分越高，说明样品中污染物的含量越高，水质越差。研究区域全年综合得分如图3 所示，总体来看，2019 年各样点的综合得分呈现先升高再降低的趋势，其中，1～5 月的主成分分析综合得分普遍较低，水质状况较好；6～9 月的主成分分析综合得分呈现升高再降低的趋势，但其综合得分均高于其他月份，说明水质状况劣于其他月份，水质状况最差出现在8 月；在10～12 月中，11 月的综合得分高于10 月、12 月，说明水质劣于10 月和12 月。

图3 研究区域2019年主成分综合得分

2.3.2 水质空间分布

研究区域各采样点监测指标空间分布情况如图4所示，总体来看，CODMn、TP 和TN 年内浓度在上游波动较大，NH3-N 在中下游波动较大。其中，各采样点CODMn的年内浓度均值为1.42～1.70mg/L，CODMn年内浓度均值的峰值出现在YL 点，上游断面（YL、SD、JJ）有机污染状况略高于中下游。各样点NH3-N 年内浓度均值为0.05～0.08 mg/L，各样点含量空间分布不均匀，样点MDW 含量最高，为0.08mg/L。各样点TP 含量均值为0.02～0.04mg/L，年内浓度均值在上游河段波动较大，峰值出现在YL、SD 点。各样点TN 含量均值为0.66～0.74mg/L，在上、中游波动较大，YL 断面含量最高，为0.74mg/L。

图4 研究区域各采样点监测指标空间分布

3 结论

结合主成分分析结果和时间变化特征来看，12月、1～5 月水质较好，气温相对较低，降水少，引起地表径流少，带入河流的污染物较少；6～10 月气温高，降水量大，降水冲刷地表，污染物进入水体，水质状况较差。从空间上来看，中下游水质相对较差，根据实地考察，研究流域内中游存在马店河排污沟，其主要排放钒钛工业园区内的工业废水导致TN 超标。中游MDW 点NH3-N 浓度相对较高也因如此；下游LZ 点NH3-N 的浓度较高是因下游河段两岸是居民居住地，农村生活污水和畜禽排泄物排放导致NH3-N 浓度升高。因此，流域内主要污染形式为工业点源和农业面源。

结语

针对2019 年攀枝花河段的水质状况及各水环境因子的时空变化特征进行了评价与分析。对于农村面源建议植树造林以减少水土流失，加强农村生活污水的收集、处理工作，转变畜禽养殖方式；对于工业污染源应加大对废水排放的监管与检查力度，避免或减少污染物通过地表径流等渗漏作用进入库区，破坏库区生态环境。