福建沙县城区饮用水环境质量统计分析研究

摘 要：以福建沙县城区三大生活饮用水地表水源水体为研究对象，通过对2011-2013年水质监测指标的统计学分析，同时应用层次分析法和富营养化状态指数（TSI）进行富营养评价并结合往年监测数据对三个水库营养化程度进行趋势分析，最后提出防治对策。研究结果表明：近年来马岩水库和洞天岩水库的富营养化程度有所下降，三个水库富营养化水平随季节变化仍有较大的波动，指标中叶绿素指标随着季节变化亦十分明显。从统计数据上看，运用三个指标（叶绿素、透明度和总磷）得到的TSI值大部分低于运用五个指标（叶绿素、透明度、总磷、总氮、氨氮和COD）得到的TSI值；三指标的富营养化评价结果普遍偏低，但基本可以反映水体的富营养化状况。在未来饮用水源水库保护中应关注保护水库周边的植被，做好流域生态规划，加强面污染源管理，减缓其富营养化速率。

关键词：生活饮用水地表水源 富营养化 评价 TSI指数

中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（a）-0084-02

随着水库老龄化，营养物质不断在库区积累，其营养状态有不断上升的趋势[1-3]。本研究拟通过对沙县城区三大生活饮用水水源近3年的水质数据统计分析，研究其富营养状态，从数据统计信息角度阐明其环境学意义，进而提出合理化管理措施，保障水质安全。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区域概况

目前沙县城区3个饮用水源保护区水库基本特征如下：

（1）洞天岩水库位于县城西北6 kg的凤岗街道办事处龙坑村附近的黄坑溪上，坝址以上集雨面积3.43 km2，另外引邻近畔溪流域10 km2径流补充库内，水库总库容258万 m3。

（2）下村洋水库位于虬江街道办事处村尾村，源于墩头溪，坝址以上流域面积16.5 km2。正常库容25.76万 m3，死库容1.49万 m3，总库容27.25万 m3。

（3）马岩水库位于畔溪中游，坝址以上集雨面积24.6 km2，总库容55.12万 m3。

1.2 研究方法

1.2.1 采样和分析方法

自2011年1月4日-2013年11月4日在三个水库取水口对水体的总磷（TP）、总氮（TN）、叶绿素a（Chla）、透明度（SD）、化学需氧量（COD）等32个参数进行监测，共监测18次。其中应用TP、TN、Chla、SD、COD五个指标用于对水库富营养化的评估，评估运用富营养化状态指数（TSI），其中三指标法采用TP、Chla、SD；五指标法采用TP、TN、Chla、SD、COD。在现场样点处用塞氏圆盘法测得SD，连续测3次后取其平均值。其余指标按照《水和废水监测分析方法（第四版）》进行分析。

1.2.2 评价方法

（1）营养状态指数法。利用Aizaki修正的营养状态指数TSIM法评价水库水质营养状况，Aizaki修正的各单项营养状态指数TSIM法计算公式见参考文献[4]。评价标准：70超富营养。

（2）层次分析法。该方法主要用于确定三指标法和五指标法的各单项指标的权重值[4]。对于TSIM法涉及的叶绿素a、透明度、总磷三指标法，其判断矩阵为：

相应权向量为W=（0.5396 0.2970 0.1634），其中λmax=3.0092，CI=0.0046，RI=0.52，CR=0.0088，具有满意的一致性。

对于TSIM法涉及的叶绿素a、透明度、总磷、总氮、COD五指标法，其判断矩阵为：

相应权向量为W=（0.4709 0.2528 0.1471 0.0800 0.0492），其中λmax=5.0296，CI=0.0074，RI=1.11，CR=0.0067，具有满意的一致性。

（3）统计学参数。主要包括平均值，标准差和变异系数。

2 结果与讨论

2.1 参评参数的统计分析

从近三年的数据来看，五个参评指标其年内变化和年际变化均较大，其相关统计参数具体见下表。各水库参数中叶绿素的变异系数最大，其他参数的变异也较大，均大于20%，说明水库受到外界影响（气候或人为干扰）大，其水质波动在三个水库均有出现。

2.2 TSI值的统计分析

各参评指标TSI值的变异与参评参数变异绝对值相比均较小，其相关统计参数具体见表2。各水库参数中TSI（Chla）的变异系数最大，其他参数的变异相对较小，均小于15%，说明经过TSI公式变换后，得到的各参数营养状态指数变异均有所下降。

根据各水库三年的富营养状态综合TSI数据，得到三指标和五指标TSI值的相关统计参数，具体见表3。各水库参数中TSI3较TSI5的变异系数为小，TSI3的平均值也较TSI5为小。说明选用5个参数进行富营养状态综合TSI计算后，得到水体的富营养化程度一般更大。而五参数的引进，使得结果更为稳定，其变异变得更小。

2.3 三个水库富营养化评价及趋势

三个水库TSI5值大部分时间在50至70之间，处于富营养初级阶段；同时其值近年有所减少。发现近3年来TSI（SD）均大于TSI（Chla），说明近期水体中非藻类SS含量较高。

从三个水库的富营养水平来看，近年来三个水库的富营养化水平有趋同的趋势。与前几年相比，下村洋水库近年来富营养化水平基本保持不变；马岩和洞天岩水库与原来平均值55的富营养化水平相比较[6]，tsi平均值为52左右，说明两个水库近年来水质有所改善。

3 结语

（1）2011-2013年间得到叶绿素等五个参评指标其年内变化和年际变化均较大。参数中叶绿素变异系数最大，说明其随时间变化率最大。其他参数的变异也较大，均大于20%。

（2）统计得到各参评指标TSI值的变异与参评参数变异绝对值相比均较小，说明经过TSI公式变换后，得到的各参数营养状态指数变异均有所下降。

（3）2011-2013年间统计得到各水库参数中TSI3较TSI5的变异系数为小，TSI3的平均值也较TSI5为小。TSI5法其变异变得更小，因此建议选用五参数评估法。

（4）2011-2013年期间，三个水库水质受非藻类SS含量影响较大。因此，需要对三个水库所在流域进行细致的流域生态调查，编制可行的流域生态保护规划[5-6]，注意保护水库周边的植被，同时加强面污染源管理，积极开展生态水利工程（如前置库技术，生态养鱼捕捞或是沿岸带人工湿地构建）来降低水中的氮磷负荷[6]，减少或从根本上防止藻类的爆发，最终达到有效控制外源性营养物质的输入，切实落实“以防为主，综合治理”的方针[6]。

参考文献

[1] 彭近新，陈慧君.水质富营养化与防治[M].中国环境科学出版社，1988.

[2] Wetcel，R.G.Limnology[M].2nd ed.Philadephia；Saunders College Publ Co.1983.

[3] 刘健康，谢平.揭开武汉东湖蓝藻水华消失之谜[J].长江流域资源与环境，1999，8（3）：312-318.

[4] 蔡庆华.湖泊富营养化综合评价方法[J].湖泊科学，1997，9（3）：89-94.

[5] 魏玉珍，潘文斌，蔡晓薇.山仔水库富营养化动态研究[J].安全与环境工程， 2006，13（2）：16-20.

[6] 黄健.福建沙县城区三大生活饮用水地表水源富营养化评价研究[J].科技创新导报，2012（9）：13-14.