＊伍少澤 黃明 丁圓慧 歐陽峰*

（1.雅安市環(huán)境資源科研宣教中心 四川 625000 2.西南交通大學(xué) 四川 610000）

水環(huán)境安全問題起源于二十世紀(jì)七十年代，隨著水體污染與水資源短缺日益加劇，水環(huán)境安全成為世界關(guān)注的熱點(diǎn)。針對(duì)岷江眉山段存在的水體污染現(xiàn)象和現(xiàn)有的水質(zhì)安全相關(guān)研究不足等問題，有必要對(duì)岷江眉山段的水環(huán)境質(zhì)量與水質(zhì)安全狀況進(jìn)行研究與評(píng)價(jià)，掌握岷江眉山段的水質(zhì)安全現(xiàn)狀，采取措施降低或消除存在的水質(zhì)安全隱患，可有效防止水體污染對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人體健康造成不良影響。

1.區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

眉山市位于四川盆地成都平原西南部，屬亞熱帶濕潤氣候。隨著眉山社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類環(huán)境污染層出不窮。岷江是長江的重要一級(jí)支流，其具有獨(dú)特的環(huán)境特征和重要的生態(tài)服務(wù)功能，但此區(qū)域仍存在一系列的生態(tài)問題[1]。岷江眉山段位于岷江中游，由于受到強(qiáng)烈的人類活動(dòng)影響，岷江流域出現(xiàn)了水環(huán)境污染[2]。

本文以岷江流域（眉山段）為研究對(duì)象收集了2014年-2019年對(duì)10個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的河水年均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中彭山岷江大橋國控?cái)嗝?018年8月-2019年12月因岷江大橋發(fā)生部分垮塌，無監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。岷江干流設(shè)有5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，從上游至下游依次為岷江大橋斷面、岷江彭東交界斷面、白糖廠斷面、岷江東青交界斷面及青神羅波渡斷面；支流設(shè)有5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，分別為毛河橋江橋斷面、體泉河的仲輝大橋斷面及體泉河口斷面、思蒙河口斷面、金牛河口斷面。將岷江眉山的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)分為三類：常規(guī)要素指標(biāo)、營養(yǎng)狀態(tài)指標(biāo)、有毒及易積累物質(zhì)類指標(biāo)。根據(jù)研究區(qū)域特征，岷江流域（眉山段）水質(zhì)適用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

表1 2014年-2019年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總

續(xù)表

2.水質(zhì)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

本文研究岷江流域（眉山段）水環(huán)境質(zhì)量的水質(zhì)指標(biāo)眾多，這些水質(zhì)指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，可能包含有重復(fù)的信息，使得許多水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有一定的局限性，無法突出水質(zhì)指標(biāo)的作用[3]。因此運(yùn)用主成分分析法來評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量，能將眾多的水質(zhì)指標(biāo)重新組合成一組較少的綜合指標(biāo)[4]。以2016年的主成分分析結(jié)果為例，如表2所示。

表2 特征值、方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)方差貢獻(xiàn)率

經(jīng)計(jì)算，第一、第二與第三主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率（Σai）為91.959%，大于85%，說明三個(gè)主成分已將指標(biāo)因子的大部分信息包含在內(nèi)，能夠較好的反映岷江（眉山段）水環(huán)境質(zhì)量狀況。篩選結(jié)果選取載荷矩陣中因子荷載值大于0.9的關(guān)鍵性因子作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終確定岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)為DO、CODMn、BOD5、石油類、氟化物、氨氮、CODCr、TN及TP，共9項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

與第一主成分密切相關(guān)的評(píng)價(jià)因子是DO、CODMn、BOD5、氨氮、CODCr、TN、TP及砷，DO為負(fù)相關(guān)，其余因子為正相關(guān)，且它們與第一主成分的載荷系數(shù)均超過了0.9，這些評(píng)價(jià)因子可表征水體中有機(jī)物污染、富營養(yǎng)化狀態(tài)以及重金屬的污染，而DO在一定程度上代表了水體的自凈能力。與第二主成分相關(guān)的評(píng)價(jià)因子是氟化物和Cr6+，氟化物正相關(guān)，Cr6+負(fù)相關(guān)，氟化物主要來源于造紙廠、化工廠等工業(yè)廢水，Cr6+主要來源于電鍍、染料等工業(yè)廢水，說明第二主成分主要代表岷江的工業(yè)廢水污染狀況。與第三主成分相關(guān)的評(píng)價(jià)因子是揮發(fā)酚和硫化物，且兩個(gè)指標(biāo)均為負(fù)相關(guān)，可以推斷這兩個(gè)指標(biāo)來自同一個(gè)污染源，揮發(fā)酚主要來源于造紙業(yè)、化工業(yè)等生產(chǎn)廢水，硫化物主要來源于農(nóng)業(yè)和化工業(yè)等生產(chǎn)廢水，說明第三主成分可能代表岷江的化工類工業(yè)污水污染特征。第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為63.39%，遠(yuǎn)大于第二主成分和第三主成分的方差貢獻(xiàn)率，因此，岷江（眉山段）水質(zhì)主要是由第一主成分確定，即由DO、CODMn、BOD5、氨氮、CODCr、TN、TP及As共八項(xiàng)水質(zhì)因子重點(diǎn)影響，水環(huán)境質(zhì)量主要是受有機(jī)物污染、富營養(yǎng)化狀態(tài)以及重金屬污染的影響，說明岷江水質(zhì)污染來源復(fù)雜多樣，包括生活污染源、農(nóng)業(yè)污染源及工業(yè)污染源。

3.水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

(1)岷江流域(眉山段)水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系

水質(zhì)安全評(píng)價(jià)屬于多重因素影響下的復(fù)雜非線性問題，運(yùn)用層次結(jié)構(gòu)將安全評(píng)價(jià)體系分為目標(biāo)層、要素層以及指標(biāo)層，不同層次相互關(guān)聯(lián)，全面地反映水環(huán)境的特征。其中，目標(biāo)層是岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)，要素層包括常規(guī)水質(zhì)狀況及營養(yǎng)狀態(tài)兩個(gè)方面。常規(guī)水質(zhì)狀況的指標(biāo)層包括DO、BOD5、氨氮、CODCr、石油類及氟化物共六個(gè)指標(biāo)；營養(yǎng)狀態(tài)的指標(biāo)層包括TN、TP及CODMn共三個(gè)指標(biāo)。

圖1 岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系構(gòu)成

(2)權(quán)重系數(shù)

表3 岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)反映了各個(gè)因素在綜合評(píng)價(jià)結(jié)果中所占有的不同重要程度，會(huì)直接影響到最終綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用主成分分析法（PCA）[5]確定常規(guī)水質(zhì)狀況與營養(yǎng)狀態(tài)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，得到的因子載荷系數(shù)。根據(jù)因子載荷系數(shù)計(jì)算可得水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系的指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，常規(guī)水質(zhì)狀況層權(quán)重系數(shù)為0.658，營養(yǎng)狀態(tài)層權(quán)重系數(shù)為0.342。

(3)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)是水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)基礎(chǔ)，是構(gòu)建安全評(píng)價(jià)體系重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文在參照國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的基礎(chǔ)上，考慮到部分成熟的水質(zhì)安全評(píng)價(jià)研究成果[6]，由此明確岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將其安全程度劃分為I級(jí)水質(zhì)安全狀況好、II級(jí)水質(zhì)安全狀況較好、III級(jí)水質(zhì)安全狀況較差、IV級(jí)水質(zhì)安全狀況差四個(gè)等級(jí)，水質(zhì)安全程度越低表明水質(zhì)狀況越差，具有較高的風(fēng)險(xiǎn)程度，容易引發(fā)水體污染現(xiàn)象。

(4)模糊綜合評(píng)價(jià)

模糊集合是用隸屬函數(shù)描述的，隸屬度及隸屬度函數(shù)是模糊數(shù)學(xué)的基本概念[7]。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)理論，建立單因素模糊關(guān)系矩陣Ri：分別用隸屬函數(shù)計(jì)算因素Ui的每一個(gè)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)集V={V1,V2,……,Vp}的隸屬度，得到因素Ui全部指標(biāo)的隸屬度即可建立單因素模糊關(guān)系矩陣Ri。

本研究為定量指標(biāo)的隸屬度確定，采用降半梯形隸屬度函數(shù)的方法確定各評(píng)價(jià)因素的隸屬度，以評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集V有四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)為例，sik表示第i項(xiàng)指標(biāo)的第k級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，rik表示第i項(xiàng)指標(biāo)對(duì)第k級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的相對(duì)隸屬度[8]。根據(jù)上述各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)，可構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣。

4.水質(zhì)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

按照多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)過程，本研究采用加權(quán)平均型（M(.,+)）評(píng)價(jià)方式進(jìn)行運(yùn)算，得到模糊綜合評(píng)價(jià)集B，遵循加權(quán)平均原則得到水質(zhì)安全類別。岷江（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)等級(jí)劃分如表4所示，岷江（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)結(jié)果見圖2。

表4 岷江（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)等級(jí)劃分

圖2 2014年-2019年岷江（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)水質(zhì)安全評(píng)價(jià)結(jié)果，岷江流域眉山段干流水質(zhì)安全狀況大體上為I級(jí)和Ⅱ級(jí)，水環(huán)境整體狀況良好。岷江眉山段上游及中游的岷江大橋、岷江彭東交界、白糖廠及岷江東青交界斷面在2014年-2016年的水質(zhì)安全狀況穩(wěn)定處于Ⅱ級(jí)，下游的青神羅波渡斷面在2014年-2015年的水質(zhì)安全狀況穩(wěn)定處于I級(jí)，2016年下降為Ⅱ級(jí)，水質(zhì)受到污染，這可能與河流周邊的畜禽污染、生活污染及工業(yè)污染有關(guān)。岷江眉山段干流在2017年-2019年的水質(zhì)安全狀況改善為I級(jí)。

岷江眉山段各支流的水質(zhì)安全狀況在不斷改善，水體治理方案頗有成效。毛河橋江橋斷面在2014年-2015年水質(zhì)安全狀況持續(xù)處于Ⅲ級(jí)，水質(zhì)較差，在2016年-2017年水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，水質(zhì)安全狀況改善為Ⅱ級(jí)，在2018年-2019年進(jìn)一步改善為I級(jí)，水質(zhì)得到改善。

5.結(jié)論

基于模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采用主成分分析法確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建了岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系，得到的主要結(jié)論如下：

（1）根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選原則，再進(jìn)一步運(yùn)用主成分分析法篩選評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終確定岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)為DO、CODMn、BOD5、石油類、氟化物、氨氮、CODCr、TN及TP，共9項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）根據(jù)岷江流域眉山段水質(zhì)安全評(píng)價(jià)結(jié)果，岷江干流水質(zhì)安全狀況整體上較好，經(jīng)過治理岷江水質(zhì)不斷改善，眉山采取的水環(huán)境綜合污染治理措施都有顯著的改善效果；岷江各支流水體受到不同程度地污染，經(jīng)過治理河水水質(zhì)均有所改善。

（3）本次模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與岷江實(shí)際情況及前述水質(zhì)評(píng)價(jià)相符，證明該方法適合岷江流域（眉山段）水質(zhì)安全評(píng)價(jià)，為岷江流域和眉山市各河流水質(zhì)安全評(píng)價(jià)提供了理論支持。