TONHNY 李雨霏 魏逸衡 鄭國臣

摘 ?要：針對嫩江流域水污染及水資源管理問題，選取2016—2020年監(jiān)測的嫩江干流9個斷面，以單因子評價方法為基礎，結(jié)合主成分分析對嫩江干流斷面汛期及非汛期主要水質(zhì)污染因子及水質(zhì)類別進行綜合評價。結(jié)果顯示，2016—2020年嫩江干流斷面水質(zhì)總體較好，年際間呈現(xiàn)改善趨勢;2018年非汛期水質(zhì)變差，并于2019年恢復。主成分分析說明在這五年期間，對水質(zhì)影響最大的指標為化學需氧量和高錳酸鹽指數(shù)。不同方法評價結(jié)果略有差異，綜合來看，各斷面的水質(zhì)在這5年中總體較好。

關鍵詞：嫩江 ?省界緩沖區(qū) ?水質(zhì)評價 ?單因子評價 ?主成分分析

中圖分類號：X824 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2021）04（b）-0124-04

Comprehensive Evaluation of Water Quality in Nenjiang River Mainstream

TONHNY1 ?LI Yufei1* ?WEI Yiheng2 ?ZHENG Guochen3

（1.School of Forestry， Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang province， 150040 ?China;

2. College of Resources and Environment， Northeast Agricultural University， Harbin， Heilongjiang province， 150030 ?China; 3. Songliao River Basin Water Resources Protection Bureau， Changchun，

Jilin province， 130021 ?China）

Abstract： For the problems of water pollution and water resources management in the Nenjiang River basin， the main water pollution factors and water quality types from 2016 to 2020 of nine sections of Nenjiang River mainstream in flood season and non-flood season were evaluated by single factor evaluation and principal component analysis method. The results show that the water quality of the Nenjiang River mainstream is generally good from 2016 to 2020 and show an inter-annual improvement trend. The water quality of the non-flood season in 2018 deteriorated but it returned in 2019.By the principal component analysis， it were proved that indicators with the greatest impact on water quality were the Chemical oxygen demand and the permanganate in these five years. Thought the evaluation results of two methods are slightly different， Overall， the water quality of each section is better in the five years.

Key Words： Nenjiang River; Provincial boundary buffer; Water quality assessment; Single factor evaluation method; Principal component analysis

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展、水資源供需矛盾日趨嚴重，尤其是流域跨界水污染問題突出，管理部門日益關注。省界緩沖區(qū)是流域管理的重要環(huán)節(jié)，主要是為了協(xié)調(diào)省際間用水關系，分清跨省污染責任，加強流域水資源的污染防治，對促進流域經(jīng)濟發(fā)展大有裨益。連續(xù)開展省界緩沖區(qū)河流斷面污染程度的評估，有助于確定上下游及臨省的水資源管理。本文選取嫩江干流斷面2016年以來的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用單因子評價和主成分分析評價“十三五”期間水質(zhì)情況，為完善嫩江干流水質(zhì)監(jiān)測及評價，實現(xiàn)水資源保護提供技術(shù)支撐。

1 ?嫩江基本情況

嫩江為松花江北源，流經(jīng)黑龍江、吉林和內(nèi)蒙古，在肇源縣三岔河附近與松花江南源第二松花江匯合后，流入松花江干流[1]。嫩江干流沿線有中國重要的林區(qū)、農(nóng)牧區(qū)和水產(chǎn)基地[2]?！笆濉逼陂g，對嫩江干流省界緩沖區(qū)已經(jīng)做了一系列水質(zhì)評估工作，如聶長旭[3]對2007—2017年間嫩江流域省界緩沖區(qū)的冰封期和非冰封期水質(zhì)狀況進行了系統(tǒng)評價。張靜波[4]采用單因子評價法評價嫩江干流省界緩沖區(qū)2011—2015 年的水質(zhì)。

1 ?評價范圍及方法

1.1取樣點位置

選取嫩江干流9個斷面分別為石灰窯、嫩江浮橋、繁榮新村、尼爾基大橋、小莫丁、拉哈、鄂溫克族鄉(xiāng)、莫呼渡口、江橋。

1.2 水質(zhì)評價指標

理化指標包括2016—2020年以上9個斷面溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數(shù)（PMI）、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）共6項（2020年因未采集到尼爾基大橋、小莫丁和莫呼渡口的水樣，不參與評價）。

1.3 水質(zhì)評價方法和標準

單因子評價[5]、主成分分析[6]、聚類分析[7-8]，評價標準參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838—2002）。

2 ?嫩江干流水質(zhì)評價分析

2.1 單因子評價

嫩江流域主要降水期在6～9月，降水量年內(nèi)分配不均勻，年際變化較大，最大年降水量為 937.4mm，最小年降水量為152.5mm[9]。根據(jù)嫩江干流斷面指標進行單因子評價，選取每個斷面全年、汛期和非汛期的水質(zhì)指標均值進行評價，結(jié)果如表1。

（斷面序號：1石灰窯2嫩江浮橋3繁榮新村4尼爾基大橋5小莫丁6拉哈7鄂溫克族鄉(xiāng)8莫呼渡口9江橋）

從表1中可以看出，嫩江干流從2016—2020年符合或者優(yōu)于Ⅲ類水體的斷面?zhèn)€數(shù)依次， 全年水質(zhì)為8個、9個、8個、9個和6個（其中 2020年無4、5與8號斷面的水樣，故參評斷面只有6個），占參評斷面?zhèn)€數(shù)百分比依次為88.89%、100%、88.89%、100%和100%。 汛期水質(zhì)均為6個，占參評斷面?zhèn)€數(shù)百分比依次為66.67%、66.67%、66.67%、66.67%和100%。非汛期依次為8個、9個、5個、9個和6個，占參評斷面?zhèn)€數(shù)百分比依次為88.89%、100%、55.56%、100%和100%。

除2016年和2017年有一個斷面沒有達標外，其他的時間嫩江干流全年主要斷面水質(zhì)評價均達標，評價結(jié)果良好，存在部分年份內(nèi)指標超出標準較多的情況。

汛期的水質(zhì)穩(wěn)定，1、2、3和9號斷面在2020年汛期的水質(zhì)類別均優(yōu)于2016年，整體呈現(xiàn)改善趨勢，9號斷面五年汛期水質(zhì)較好，4-8號斷面汛期水質(zhì)處于中等，1-3號斷面汛期水質(zhì)較差。非汛期水質(zhì)有所波動，總體穩(wěn)定。2020年1和9號斷面非汛期水質(zhì)較2016年有所改善，江橋斷面非汛期水質(zhì)整體較好，2-7號斷面非汛期水質(zhì)在2018年均出現(xiàn)下降，在2019年又恢復到原來水平。

單因子評價遵循最差原則，即以指標連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)中最差的為判斷依據(jù)，對整體水質(zhì)的整體評估較差，不能客觀真實地反映水質(zhì)優(yōu)劣，因而，有必要采用多種方法進行綜合評價。

2.2 主成分分析

2.2.1 嫩江干流斷面汛期主成分分析

使用spss23.0軟件對2016—2020年嫩江干流汛期的水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)進行主成分分析，得到如下結(jié)果。

對表2嫩江干流9個斷面5年汛期數(shù)據(jù)的主成分分析后， 每個初始變量都可以被因子變量完全解釋，因此共同度都為1。從表3成分矩陣中可以看出，COD、PMI和NH3-N觀測值在第一主成分中占主要解釋部分，BOD5和TP在第二主成分中的占比較大，溶解氧主要為第三主成分起到解釋作用。

根據(jù)因子的得分計算綜合得分，按照各個因子的方差比重乘以各個因子得分求和進行計算，綜合得分越高說明斷面污染越嚴重，水質(zhì)越差。因此，得出斷面水質(zhì)綜合得分以及排序，選擇五年內(nèi)的得分最大值，如表4所示。

表4說明2016—2020年汛期水質(zhì)最好的斷面有5和9號斷面，水質(zhì)中等的斷面有4、3、6和8號，水質(zhì)最差的斷面有1、2和7號。綜合得分平均值說明2016—2020年汛期水質(zhì)最好的斷面有5、6和9號，水質(zhì)中等的斷面有4、7和8號，水質(zhì)最差的斷面有1、2和3號。

綜合最大值和平均值排名來看，嫩江干流2016—2020年汛期水質(zhì)較好的斷面有4-9號，水質(zhì)較差的斷面有1、2和3號。

2.2.2 2016—2020非汛期的主成分分析

當采用特征值大于1提取主成分的方法時，由于只有兩個主成分時，累計貢獻率只有68.723%，并不能很好地代表大部分數(shù)據(jù)，因此調(diào)整為手動提取3個主成分因子。

表5可以看出，對第一主成分解釋最多的是PMI、BOD5和COD，第二主成分主要被DO和TP解釋，第三主成分所代表的指標主要為NH3-N。因此，得出斷面水質(zhì)綜合得分以及排序，選擇五年內(nèi)的得分最大值和平均值，如表6所示。

綜合得分最大值表明，2016—2020年非汛期水質(zhì)最好的斷面有2、3和9號，水質(zhì)中等的斷面有1、4、5和6號，水質(zhì)最差的斷面有7和8號。綜合得分平均值表明，2016—2020年非汛期水質(zhì)最好的斷面有1、2和9號，水質(zhì)中等的斷面有3、6和8號，水質(zhì)最差的斷面有4、5和7號。

3 ?結(jié)論

應用單因子評價、主成分分析方法，對嫩江干流9個斷面2016—2020年汛期和非汛期水質(zhì)進行分析，得出以下結(jié)論。

（1）2016—2020年嫩江干流斷面水質(zhì)總體較好，年際間呈現(xiàn)改善趨勢。大多斷面在2018年非汛期水質(zhì)有降低，并于2019年恢復。

（2）主成分分析說明在這5年期間，對水質(zhì)影響最大的指標為化學需氧量和高錳酸鹽指數(shù)。

參考文獻

[1] 胡朋瑞.嫩江流域水資源調(diào)度決策支持系統(tǒng)設計與開發(fā)[D].大連：大連理工大學，2019.

[2] 關博文.嫩江重要省界緩沖區(qū)水質(zhì)評價方法研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學，2017.

[3] 聶長旭，劉瑩，鄭國臣，等.基于多元統(tǒng)計方法評價嫩江流域省界緩沖區(qū)水質(zhì)[J].黑龍江大學自然科學學報，2020，37（3）：333-339.

[4] 張靜波，姜厚竹，張繼民，等.嫩江干流典型省界緩沖區(qū)水質(zhì)狀況分析[J].水資源保護，2016，32（1）：97-100.

[5] 李光，李曉紅，葉海斌，等.威海市崮山水庫水質(zhì)分析及富營養(yǎng)化評價[J].中國海洋大學學報：自然科學版，2017，47（12）：80-87

[6] 林濤，朱生亮，江波，等.基于主成分分析法的貴陽市百花湖流域河流水質(zhì)評價[J].綠色科技，2020（10）：25-27.

[7] 薛偉鋒，褚瑩倩，呂瑩，等.基于主成分分析和模糊綜合評價的地下水水質(zhì)評價——以大連市為例[J].環(huán)境保護科學，2020，46（5）：87-92.

[8] 張怡.基于SPSS數(shù)據(jù)分析中國主要省市的農(nóng)林牧副漁業(yè)產(chǎn)值大小[J].軟件，2019，40（1）：159-165.

[9] 胡朋瑞.嫩江流域水資源調(diào)度決策支持系統(tǒng)設計與開發(fā)[D].大連：大連理工大學，2019.