松花江哈尔滨段水环境质量评价及污染源解析

松花江哈尔滨段水环境质量评价及污染源解析

郑倩玉1,2， 刘 硕1,2*， 万鲁河1,2， 李潇屹1,2， 齐少群1,2

【摘 要】摘要： 为全面了解松花江流域哈尔滨段的水质污染状况，根据2015年松花江流域哈尔滨段丰水期、平水期和枯水期的水质监测数据，采用主成分分析(PCA)对水质污染现状进行综合评价，并根据主成分分析计算得到的相关数据进行APCS-MLR(绝对主成分多元线性回归分析)，量化主成分对各污染物的贡献率. 在评价过程中，充分利用ArcGIS软件对不同断面水质状况进行可视化表征，展现水环境质量的空间特征，更加直观地表达水质的区域差异性. 结果表明：松花江哈尔滨段水体的主要污染物包括CODCr、TN和NH3-N，丰水期第1主成分对其贡献率分别为69.97%、69.18%、74.23%，平水期为22.91%、22.21%、37.57%，枯水期为83.77%、83.60%、83.09%；6个断面中，朱顺屯断面的水质优于其他断面的水质，上游水质优于下游水质；研究水体水质总体上表现为丰水期优于枯水期. 研究表明，污染物主要受到生活污水和该江段沿岸石化、汽车和造纸企业工业废水排放的影响. 污染物主要来源于阿什河口内和呼兰河口内断面，干流水体水质优于支流水体. 【期刊名称】环境科学研究 【年(卷),期】2018(031)003 【总页数】7

【关键词】 松花江哈尔滨段； 主成分分析(PCA)； ArcGIS； 绝对主成分多元线性回归分析(APCS-MLR)； 污染源解析

松花江流域是哈尔滨市饮用水的重要来源和排放污水的重要受纳水体，是支撑哈尔滨地区经济和社会发展的主要河流. 根据《松花江流域水污染防治“十二五”

规划编制大纲》水污染形势分析，尽管“十一五”规划以来，流域水质明显改善，却仍存在水环境压力增大、承载力下降的问题.

为了深入、系统地研究水环境质量的问题以及解决水资源可持续利用等诸多水问题，相关学者在水质评价方法上不断推陈出新，已经呈现多元化趋势并日渐成熟. 不同的水质评价方法的适用条件及相同条件下的评价结果有所差异，张亚丽等[1]采用5种水质评价方法(包括单因子评价法、主成分分析法、综合污染指数法、模糊综合评判法和水污染指数法)对丹江口流域水质进行了评价，详细分析了每种评价方法的优缺点. 然而，河流水环境质量受到多个污染物影响，不能按主观意识选取单一评价方法简单认定河流水质类别，必须综合评价分析每个污染物对河流水质造成的影响. 樊庆锌等[2]利用模糊数学方法对松花江流域进行水质评价，在一定程度上避免了水质污染程度的模糊性带来的主观判断，却不能进一步分析各种污染物对水质污染的贡献率，进而不能对污染物进行精确治理. Singh等[3]认为,河流水质评价需要确定污染源及其定量化的污染贡献率，Shrestha等[4]认为,不同的多元统计技术的应用〔如主成分分析(PCA)〕有助于分析复杂的数据矩阵，能够更好地了解所研究区域的水质和生态状况，也可以识别可能的污染因素或者污染源.

按照松花江水文规律，该研究分别在丰水期、枯水期和平水期3个时期在松花江哈尔滨段采样并进行水质分析，为了对松花江哈尔滨段水环境污染进行综合水质评价并识别有可能的污染因素或污染源，采用主成分分析法选取影响水质的主要污染物，分析污染物的主要来源[5-9]；进一步利用APCS-MLR(绝对主成分多元线性回归分析)量化各主成分对每种污染物的污染贡献率[10-12]，同时结合GIS对不同断面水质类别及污染程度进行直观展示，以期为松花江哈尔

滨段的水环境质量状况提供更加科学、全面和准确的结果，并为松花江哈尔滨段的水环境管理提供更加可靠的信息.

1 材料与方法

1.1 研究区概况

松花江哈尔滨段(124°02′E～128°03′E、45°09′N～46°57′N)属于松花江的中游. 松花江由西南—东北方向贯穿哈尔滨市市区，全长约70 km. 研究区属温带大陆性季风气候，降水和径流的季节变化大且分配极为不均，全年径流量主要集中在7—9月，冬季河流封冻，径流量最小. 松花江哈尔滨段西起朱顺屯，东至大顶子山，包括两条主要支流(分别为呼兰河和阿什河)，主要的监测断面为朱顺屯(A)、阿什河口内(B)、阿什河口下(C)、呼兰河口内(D)、呼兰河口下(E)和大顶子山(F)，见图1. 根据哈尔滨市地表水环境功能区划情况，朱顺屯到东江桥之间的水环境功能区目标为Ⅲ类(包括朱顺屯)，东江桥到大顶山之间的水环境功能区目标为Ⅳ类(包括阿什河口下、呼兰河口下和大顶子山)，阿什河口内所在的阿什河江段水环境功能区目标为Ⅴ类，呼兰河口内所在的呼兰河江段水环境功能区目标为Ⅳ类. 1.2 水质采样及监测方法

根据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》流域监测原则和方法，于2015年对6个监测断面进行采样，采样频次为每月1次，枯水期为1—3月和12月，平水期为5—6月和10—11月，丰水期为7—9月. 样品预处理和污染物浓度测定主要按文献[13]进行，根据检测结果，ρ(Cu)、ρ(Zn)、ρ(Se)、ρ(Pb)、ρ(As)、ρ(Hg)、ρ(Cd)、ρ(CN-)、ρ(S2-)、ρ(Cr6+)等均低于检出限，对该研究的水质评价研究没有意义，故选取ρ(TP)、ρ(DO)、ρ(NH3-N)、ρ(TN)、