珊溪水源地水质时空变化特征及其影响因子分析

摘要：珊溪水源地是浙江省温州市重要的水源地，运用水质标识指数法分析了珊溪水源地水质时空变化，识别了水质影响因子。结果表明：(1) 2001-2010年间，珊溪水源地综合水质良好，均满足Ⅱ类水功能区要求。2003年水质最差，此后水质总体呈变好趋势。 (2)入库支流水质污染主要以TN、TP污染为主，黄坦坑断面污染最严重，其次为泗溪、珊溪和李井溪断面。(3)居民生活、畜禽养殖、种植业及单一的土地利用方式对水源地水质影响较为显著，其中畜禽养殖和居民生活是流域水质的最大影响因素。

关键词：珊溪水源地；水质时空分布；标识指数；影响因子

中图分类号： X82 文献标识码：A 文章编号：1007-0370（2011）11-0155-03

随着工业化的发展和人类物质生活水平的提高，湖库型水源地水体富营养化速度不断地加快[1]。分析湖库水源地水质时空变化特征，识别水体污染源，是实现水源地水环境管理决策的基础与前提。

目前，水质分析方法主要有单因子评价法、污染指数法、模糊数学法、灰色评价法及多元统计法[2]等。水质标识指数法是近年来提出的一种新的水质评价方法，能够完整的表达单因子的水质类别，综合地评价水质，在河流、湖泊等水质评价得到应用[3-4]。

本文针对温州市珊溪水源地的水环境问题和变化趋势，采用水质标识指数法，从时间和空间尺度全面讨论水源地水质污染问题，识别水质污染关键影响因子，旨在为治理与改善珊溪水源地水环境提供科学依据。

1 研究方法

1.1 研究区概况

珊溪水源地位于温州市飞云江干流中段（N27°36′~ 27°50′、E119°47′~120°15′），由多年调节水库珊溪水库和下游日调节水库赵山渡水库组成，总集水面积2061.8km2，共有13条主要支流。流域上游森林覆盖率高，生态环境良好；下游为低山丘陵及河谷平原，人类经济活动频繁，对水质影响较大。珊溪水库近年来水质总体保持良好，但随着人类活动加剧，对水安全造成潜在威胁；赵山渡水库受上游干流沿途人类干扰及各支流来水影响，营养盐一直超标，水质污染不容忽视。

1.2 点位设置与水质数据

水质监测断面布设见图1，位于13条主要支流上，W9和R1是玉泉溪文成上林断面和玉泉溪入赵山渡水库断面。

水质时间变化数据为珊溪、赵山渡两库大坝断面2001-2010年监测数据，水质空间分布数据为2009-2010年各断面水质监测数据。水质数据取各断面算术平均值，根据不同年代的主要污染物并依据评价指标同一性原则，选取CODMn、NH4+-N、TN和TP作为评价指标。

1.3 分析方法

水质评价方法采用水质标识指数法，包括综合水质标识指数法和单因子水质标识指数。水质标识指数法从定性和定量的角度，对河流水质进行合理的综合评价，可以完整表达河流的综合水质信息[5-6]。综合水质标识指数Iwq由整数位和三位或四位小数组成，其结构如下：

（1）

（2）

（1）式X1为河流综合水质类别，X2为综合水质在X1类水质变化区间所处位置；X3为参与水质评价的单项水质指标中，劣于水环境功能目标的指标个数；X4为综合水质类别与水体功能区类别的比较结果。

（2）式m为参加水质评价的单项水质指标数目，P1,P2…Pm为单因子水质标识指数中的整数位和小数点后第1位。综合水质标识指数级别判定如表1。

2 结果与讨论

2.1 珊溪水源地水质时空变化分析

2.1.1 时间变化特征 珊溪水源地2001-2010年综合水质变化如图2所示，水质总体保持良好，综合水质标识指数介于1.700~2.920，均满足国家地表水Ⅱ类水质要求。2002年水源地水质最好，2003年水质明显变差，2003年以后库区加强污染整治力度，水质总体呈变好趋势。

2.1.2 空间分布特征 依据浙江省水功能水环境功能区划分方案，监测断面中除泗溪W6断面水质目标为Ⅲ类，其余为Ⅱ类。CODMn和NH4+-N在W2断面3个时期超标，其他断面3个时期满足要求。因此，主要超标因子为TN和TP。监测断面3个水期TN、TP单因子水质标识指数如图3。T1-T4断面所有指标均满足水质要求，水质较好。TN标识指数变幅为2.00~10.15，超标率最高，W1-R1断面均有超标现象，W2断面所有水期及W6断面在枯水期TN为劣Ⅴ类。TP标识指数变幅为1.60~9.04，W2 三个时期TP为劣Ⅴ类，W4三个时期和Ⅲ~Ⅳ类，不满足水功能目标，其他点位TP基本满足水质要求。

3个时期的空间分布基本一致。综合水质标识指数介于1.400~7.845，W2断面综合水质标识指数最高，污染最严重，其次为W3、W4和W6断面。W2综合水质级别为Ⅴ~劣Ⅴ类，W3、W4个别水期为Ⅲ类。W6综合水质为Ⅲ类，但满足水功能区要求。水质级别为Ⅱ类的大部分断面，综合水质虽满足要求，但X3＞0，说明参与评价的水质指标有超标现象，结合图3可知，超标因子主要为TN、TP。

2.2 珊溪水源地水质影响因子分析

水质不仅受降水、大气沉降等自然因素影响，还受工业、城市废水等人为因素影响[7]。Niemi等指出人为因素是决定水质的主要因素，通过大气污染、污水排放、农药化肥使用、土壤侵蚀和土地利用等方式产生作用[8]。珊溪水源地流域地形地貌特殊，多种因素共同作用影响着水源地水质。选取人口等7个指标与污染指标进行Pearson相关性分析，考虑到W2断面水质严重超标，除畜禽养殖外W2水质数据不参与相关性分析，分析结果如表2所示。

2.2.1 污染源识别

（1）居民生活对水质的影响。Sliva等研究表明，流域水质污染与居民区之间存在一定的相关性[9]。水源地流域人口达到54.8万人，生活污染的排放直接影响着水质状况。各流域人口数量与污染物浓度的相关性分析得出，人口规模对水质污染产生影响，与NH4+-N和TP（p<0.05）成相关（表2）。根据实地调查，流域内生活污水和生活垃圾处理率较低，生活污水和生活垃圾乱排乱丢，成为流域水体污染的主要来源。文成县城位于泗溪流域，人口较多，县城污水处理率不到60%，使泗溪成为污染严重的河流之一。

（2）畜禽养殖对水质的影响。畜禽养殖规模与CODMn（p<0.01）、NH4+-N（p<0.01）和TP（p<0.01）正相关，相关系数达到0.949以上（表2）。流域畜禽养殖以生猪为主，将畜禽养殖数目折算成生猪量，总数达8.85万头。黄坦坑上游建有文成县主要畜禽养殖基地，养殖数量占总数的51.3%。养殖污水处理率低，受畜禽养殖污水的影响，黄坦坑已成为污染最严重的河流，近年来水质评价结果基本为劣Ⅴ类。

（3）种植业对水质的影响。NH4+-N（p<0.01）与氮肥使用量正相关，相关系数为0.685；NH4+-N（p<0.01）和TP（p<0.01）与磷肥正相关（表2）。流域内化肥施用强度为518.2kg/hm2，是世界防止水体污染上限标准225 kg/hm2的2.3倍，全国标准280 kg/hm2的1.85倍。我国化肥利用率较低，氮肥利用率为30~35%，磷肥为10~20%，钾肥为35~50%[10]。少量化肥被作物吸收，其余大部分营养元素通过地表径流和淋溶等途径进入水体，成为水体富营养化潜在威胁。

2.2.2 土地利用对水质影响 土地利用类型面积比与水质相关分析显示，建筑用地面积比与NH4+-N、TN及TP（p<0.05）显著正相关，成为土地利用类型中影响水质最主要的因子，与Sliva[11]等研究结论一致。珊溪和泗溪流域建筑用地面积比较高，综合水质评价差。可解释为城市化使建筑用地面积和不透水区域增大，道路、屋面等不透水的污染物随着暴雨径流直接进入水体，会对水质产生不良影响[12]。同时，工业和生活废水排入水体，也会使水体中有机物和营养盐含量增加，导致水质下降。

林地对水质有显著的改善作用，一方面对污染物有固定和吸附的作用，另一方面能够减少径流，减轻水土流失和由于水土流失造成的水质下降[13]。结合流域实际，建议在污染严重支流沿岸设置合理的植被缓冲带，特别是居民点距河岸带较近的区域，减小N、P的流失，降低非点源污染对水质的影响。

3 结论

（1）珊溪水源地2001-2010年水质总体保持良好，综合水质满足Ⅱ类水功能区要求。 2003年水质最差，此后水质总体呈变好趋势。

（2）水质空间分布研究表明，水质分布具有一定空间差异性。水质污染因子主要为TN、TP，其中W2断面TN单因子水质标识指数最高达10.18。W2断面综合水质指数最高，污染最严重，其次为泗溪、珊溪和李井溪断面。

（3）流域土地利用类型结构比较简单，水质受多方面影响。居民生活、畜禽养殖、种植业及单一的土地利用方式影响较为显著，其中畜禽养殖和居民生活为主要影响因素。

参考文献

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收稿日期：2011-10-11

作者简介：肖琳（1986-），女，硕士研究生，研究方向：水污染控制.

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