錢天鳴

杭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，浙江 杭州 310007

錢塘江是浙江省第一大河，流域面積約5.5萬(wàn)平方千米，有北、南2個(gè)源頭，分別發(fā)源于安徽省休寧縣和皖贛2省交界處，以新安江和蘭江交匯于杭州建德市梅城。河水由西南向東北流動(dòng)，經(jīng)新安江、桐江、富春江和錢塘江，最終注入杭州灣［1］。錢塘江歷來(lái)是杭州市的主要飲用水源地，市區(qū)80%的飲用水取自錢塘江，取水口均位于錢塘江下游河道。近年來(lái)，隨著上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，沿江兩岸的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排污和城鎮(zhèn)生活污水排放量日益增加，上游流域性外來(lái)污染已經(jīng)給下游杭州市飲用水供水安全造成較大影響［2］。

多元統(tǒng)計(jì)分析方法作為水環(huán)境問(wèn)題分析與識(shí)別的重要工具，在各種水體水質(zhì)評(píng)價(jià)與分析中得到廣泛應(yīng)用［3-11］。該方法可以對(duì)大量復(fù)雜的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)進(jìn)行分析，在確保原有數(shù)據(jù)信息量丟失最小的原則下，基于各個(gè)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的研究，將多個(gè)指標(biāo)的信息壓縮為幾個(gè)能反映問(wèn)題特征的綜合指標(biāo)，并根據(jù)這些特征指標(biāo)對(duì)水體水環(huán)境狀況進(jìn)行綜合分析，從而避免了人為確定各指標(biāo)權(quán)重的主觀隨意性。由于錢塘江上游來(lái)水以及干支流的水質(zhì)狀況存在一定的差異，不同河段水質(zhì)的主導(dǎo)影響因子也有所不同，因此識(shí)別影響錢塘江水體水質(zhì)的主要因子，確定各個(gè)影響因子的貢獻(xiàn)率，對(duì)于客觀評(píng)價(jià)其水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀具有十分重要的意義。按水質(zhì)指標(biāo)聚類分析將錢塘江上游來(lái)水以及干支流分為3組，針對(duì)這3組河段分別進(jìn)行主成分分析，找出其主要影響因子，以期為控制錢塘江主要污染物指標(biāo)、保護(hù)好飲用水源地提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 研究區(qū)域及采樣點(diǎn)布設(shè)

為比較全面地分析錢塘江上游來(lái)水以及干支流水體的水質(zhì)情況，根據(jù)錢塘江水系分布特點(diǎn)，由上游至下游，選取的干支流主要包括新安江、壽昌江、長(zhǎng)寧溪、蘭江、富春江、三都溪、胥溪、蘆茨溪、清緒溪、分水江、淥渚江、壺源溪、筧蒲港、大源溪、浦陽(yáng)江、錢塘江。2012年1—12月在上述干支流布設(shè)有代表性的斷面進(jìn)行水質(zhì)采樣監(jiān)測(cè)，每月1次，研究區(qū)域內(nèi)共設(shè)置26個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。干支流水系及監(jiān)測(cè)分布見(jiàn)圖1。

圖1 錢塘江干支流采樣分布圖

1.2 監(jiān)測(cè)指標(biāo)與分析方法

主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)為pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷、總氮、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、鉻、鉛、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑等20項(xiàng)，除pH、溶解氧用儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定外，其余水質(zhì)指標(biāo)均添加固定試劑后冷藏保存帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的測(cè)定方法均采用國(guó)標(biāo)方法［12］。

1.3 水質(zhì)數(shù)據(jù)處理

采用系統(tǒng)聚類分析法分析水質(zhì)空間變化特征，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，消除量綱影響，再以歐氏距離度量樣本間距離，運(yùn)用離差平方和法生成具有層次結(jié)構(gòu)的聚類樹(shù)。應(yīng)用因子分析法對(duì)聚類分析產(chǎn)生的每一組監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)理化指標(biāo)進(jìn)行因子分析，采用主成分法提取公因子，分析影響水質(zhì)的主導(dǎo)因子。統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS16.0。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)錢塘江干支流監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)總體特征(表1)及《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)，采用單因子評(píng)價(jià)方法(河流水質(zhì)總氮指標(biāo)未參評(píng))得到研究期間錢塘江干支流監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)類別以Ⅱ～Ⅲ類為主，所占比例達(dá)77%;支流蘭江、三都溪和分水江的水質(zhì)為Ⅳ類;支流浦陽(yáng)江的水質(zhì)為Ⅴ類;支流大源溪和筧浦港的水質(zhì)為劣Ⅴ類。從監(jiān)測(cè)指標(biāo)的相對(duì)偏差來(lái)看，各監(jiān)測(cè)指標(biāo)值季節(jié)波動(dòng)較小。

表1 錢塘江干支流水質(zhì)總體特征

2.1 干支流聚類分析

根據(jù)錢塘江干支流的水質(zhì)指標(biāo)值，進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，將監(jiān)測(cè)斷面分為3組。第1組包括銅官燈塔、源口、白沙、楊村橋鎮(zhèn)、黃栗坪、乾潭、安仁、蘆茨、青江口，主要分布在壽昌江、新安江、長(zhǎng)寧溪、胥溪、清緒溪、蘆茨溪和壺源溪上;第2組包括三都老橋頭、富春江大壩、桐廬一橋、分水江大橋、窄溪大橋、董灣、中埠大橋、富陽(yáng)、里山、老鼠尾巴、聞家堰、珊瑚沙、閘口，主要分布在三都溪、分水江、淥渚江、富春江和錢塘江干流上;第3組包括三河、筧浦港、大源、臨浦老大橋，主要分布在支流蘭江、大源溪、浦陽(yáng)江和筧蒲港上。聚類譜系見(jiàn)圖2。

2.2 干支流水質(zhì)主導(dǎo)因子分析

根據(jù)聚類分析結(jié)果，采用主成分分析法對(duì)3組監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)主導(dǎo)因子進(jìn)行分析，其中前2組水質(zhì)指標(biāo)提取 4 個(gè)主成分(F1、F2、F3、F4)，第3組水質(zhì)指標(biāo)提取2個(gè)主成分(F1、F2)，旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣結(jié)果見(jiàn)表2。

圖2 錢塘江干支流斷面水環(huán)境因子聚類分析

表2 錢塘江干支流斷面旋轉(zhuǎn)因子載荷矩陣

表2顯示，前2組4個(gè)主成分和第3組2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率均超過(guò)80%，基本包含20項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)信息。第1組F1的方差貢獻(xiàn)率為27.87%，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總氮所占因子載荷較大，與F1的相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值都超過(guò)0.65，反映了監(jiān)測(cè)斷面所在河流水體以有機(jī)污染為主的特征，氮鹽作為水生生物的主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源在水體中保持較高的濃度，使得水生生物數(shù)量增加，五日生化需氧量也隨之上升［13］。F2方差貢獻(xiàn)率為21.80%，總磷所占因子載荷較大，也進(jìn)一步反映該組監(jiān)測(cè)斷面水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高?？傮w來(lái)說(shuō)，第1組監(jiān)測(cè)斷面所在河段以有機(jī)污染為主，水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度相對(duì)較高。從監(jiān)測(cè)斷面所在河流分析，水體污染程度較輕，污染來(lái)源也比較單一。

第2組F1的方差貢獻(xiàn)率為33.85%，其中高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總氮、石油類、陰離子表面活性劑所占因子載荷較大，說(shuō)明該組監(jiān)測(cè)斷面所在河流水體的有機(jī)污染特征與第1組類似，石油類及陰離子表面活性劑載荷較大，可能是由所在河段碼頭船舶航運(yùn)污水排放導(dǎo)致。F2方差貢獻(xiàn)率為18.02%，其中銅、鋅、鎘所占因子載荷較大，反映該組監(jiān)測(cè)斷面所在河流水體中存在一定的重金屬污染。第2組監(jiān)測(cè)斷面所在河流水體受有機(jī)物、重金屬、石油類等多個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的影響。從監(jiān)測(cè)斷面所在河流分析，水體水質(zhì)較第1組差，污染來(lái)源相對(duì)復(fù)雜，主要來(lái)自上游及支流水體。

第3組F1的方差貢獻(xiàn)率為49.47%，其中溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總氮、銅、氰化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑所占因子載荷較大;F2的方差貢獻(xiàn)率為34.43%，其中pH、總磷、鋅、氟化物、六價(jià)鉻、鉛所占因子載荷較大。該組監(jiān)測(cè)斷面所在河流水體污染情況是3組中最重的，既有一般有機(jī)污染，也有重金屬、有毒有害物質(zhì)的污染。從監(jiān)測(cè)斷面所在河流分析，三河斷面所在的蘭江是錢塘江水系的2大重要支流之一，由于上游衢江與金華江地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，兩岸諸多工業(yè)污染源和生活污染源的排放使得近年來(lái)蘭江污染一直較重;筧浦港斷面所在河流位于富陽(yáng)城區(qū)，主要是生活污染較重;大源斷面所在的大源溪，主要是由當(dāng)?shù)卮罅吭旒埰髽I(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的污染;臨浦老大橋斷面所在的浦陽(yáng)江，主要是由上游地區(qū)大量工業(yè)污染源排放帶來(lái)的污染，其中水晶、制藥等企業(yè)數(shù)量眾多，給水體帶來(lái)較重污染。

杭州市區(qū)的飲用水取水口主要設(shè)置在錢塘江的聞家堰至閘口段，處于整個(gè)水系的下游河段，承納了上游地區(qū)及兩岸支流的污染來(lái)源。從3組監(jiān)測(cè)斷面所在河流水體水質(zhì)的主導(dǎo)因子分析，錢塘江干支流不同組別之間的主要影響因子存在比較明顯的差異，但總體上仍以有機(jī)污染為主，氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度偏高，部分支流的水體污染嚴(yán)重，污染指標(biāo)包含重金屬及有毒有害物質(zhì)。

3 結(jié)論

利用2012年1—12月錢塘江干支流的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，應(yīng)用系統(tǒng)聚類分析將26個(gè)監(jiān)測(cè)斷面所在河流分為3組。這3組斷面所在河流的空間分布區(qū)域性明顯，顯示了3種不同的污染水平。對(duì)聚類后3組河流分別進(jìn)行因子分析，結(jié)果表明，第1組河流以有機(jī)污染為主，水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽濃度相對(duì)較高，水體污染程度較輕，污染來(lái)源也比較單一;第2組河流水體受有機(jī)物、重金屬、石油類等多個(gè)污染指標(biāo)的控制，水體水質(zhì)較第1組差，污染來(lái)源相對(duì)復(fù)雜;第3組河流水體既有一般有機(jī)污染，也有重金屬、有毒有害物質(zhì)的污染，水體水質(zhì)污染重。杭州市區(qū)的飲用水取水口均位于錢塘江下游河段，聚類分析后該河段屬于第2組，水體水質(zhì)易受上游地區(qū)及兩岸支流污染匯入的影響，應(yīng)當(dāng)根據(jù)干支流不同的污染主導(dǎo)因子，有針對(duì)性地加大治理力度，保障錢塘江水資源的可持續(xù)發(fā)展。

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