【研究意义】经济增长与生态环境的不协调是阻碍当前社会发展的重要矛盾之一^[1-2]。水环境的恶化严重影响居民生活质量，同时也是经济社会由低质量向高质量发展转变的阻碍因素^[3]。粤港澳大湾区水系密布，尤其在珠江二、三级流域，一、二、三产业均较为发达，且分布交错^[4]，导致水污染来源复杂多样，治理成本高昂。淡水河流域位于大湾区东部，水资源丰富，是香港与深圳水源地——东江的重要支流以及广东重点整治河流之一，也是惠阳区内最大流域以及饮用水源。淡水河下游地区农业与工业生产并重，直接影响入东江水质，其水体环境健康状况与大湾区产业发展以及人居生态环境息息相关。探析淡水河下游流域主要水污染物的时空分布及变化特征，对于流域精准治理和区域产业绿色发展具有实际意义。【前人研究进展】科学评估水质状况以及时空趋势变化特征是流域水环境防治及管理的基础，分析水质在时空分布上的聚类性和差异性，可以区分污染防治中的优先程度^[5-7]。当前，研究人员在流域水质评价以及时空变化特征方面开展大量研究，有效推动流域时空变化特征以及污染物迁移输出的研究进展^[8]。娜仁格日乐等^[9]分析近18年博斯腾湖水质的动态变化特征，发现湖泊地表水补给输出不平衡是博斯腾湖水质空间不均的主要原因，整体湖泊水体内循环动力不足，污染物降解受到一定影响。朱丹彤等^[10]利用2012—2018年漓江流域中下游的水文数据阐述了该流域的时空变化特征和演变趋势，发现氨氮和化学需氧量浓度随流向增加，溶解氧是漓江支流的主要影响因子。曾金凤等^[11]利用水污染指数法对东江赣粤出境水质时空分布特征进行分析，发现该流域的水质年内变化为丰水期优于枯水期。前人使用多元统计分析等方法对不同地区水环境的时空变化特征进行研究，为地区生态环境治理提供决策参考。粤港澳大湾区（下称“大湾区”）相关研究多数聚集于东江及其西枝江^[12-14]，而淡水河下游流域作为大湾区重要的发展增长极与水源供给之一，目前针对其水质时空变化特征的研究鲜有报道。【本研究切入点】流域中的污染物随着时间和空间的变化在水环境中进行迁移，明晰河流水质的时空变化规律，对识别河流水质状况具有重要意义^[15-16]。大湾区东岸的淡水河下游产业发达，人口密集，探究其流域水质时空变化特征有助于深入理解大湾区产业经济发展和生态环境的关系。【拟解决的关键问题】面对淡水河下游流域污染源交错复杂的现状，本文通过遥感影像判读结合实地调查，在其主要支流流域分段布设监测点，连续观测流域不同生产活动区域河段水质状况，对流域水环境污染的时空分布及变化特征进行动态分析以及污染评价，以期揭示污染因子时空变化特征，为淡水河生态环境治理提供参考和决策依据。

1　材料与方法 1.1　研究区概况

淡水河发源于深圳市龙岗区，向东北经惠州市惠阳区汇入西枝江，总长度95 km^[17]。其中惠阳区段淡水河长55.8 km，自南向北经秋长、淡水、三和、永湖后汇入西枝江，是惠阳区内最大的河流，流域面积达745.9 km²，约占惠阳区总面积的75%，流域属亚热带季风气候，雨量充沛，气候温和，降雨多集中在7-8月，年均降雨量在1 500 mm左右。淡水河下游是惠阳区农业生产相对密集的区域，河流支系众多，其中沙田水、麻溪水、大坑水及大沥水为较大的一级支流，是淡水河下游的重要补给，对淡水河入西枝江断面水质有直接影响。

1.2　监测点布设与样品采集

本研究采用高分辨率遥感影像判读结合实地调查的方式对研究区淡水河下游主要一级支流进行调研，其中，沿淡水河自上而下分别为沙田水、麻溪水、大坑水和大沥水。根据各支流流域土地利用现状，在支流源头，农业区、城镇区及工业区下游控制点，以及汇入淡水河汇水口自上而下分别设置监测点，其中沙田水5个（ST1、ST2、ST3、ST4、ST5），麻溪水6个（MX1、MX2、MX3、MX4、MX5、MX6），大坑水5个（DK1、DK2、DK3、DK4、DK5），大沥水5个（DL1、DL2、DL3、DL4、DL5）。监测点分布及基本信息分别见图 1和表 1。2019年9月至2022年8月，每月采集1次水质样品，选择总氮（TN）浓度、氨氮（NH₄⁺-N）浓度、总磷（TP）浓度、化学需氧量（COD）浓度作为水质判定指标，并分别依据HJ667—2013、《水杨酸分光光度法》（GB7481-87）、《钼酸铵分光光度法》（GB11893-89）、《重铬酸盐法》（GB11914-89）标准进行测定。

1.3　水质评价及分析方法

1.3.1 监测点水质评价　单因子评价法是将流域内每个监测点的实测值与《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）规定的各级别数值进行对比，确定该监测点所在区域的水环境质量标准^[18]。

式中，G为单因子评价水质综合级别；G_i为某项评价参数i的实测浓度值所在的水质级别；max为i项水质参数中水质评价最差的一项。

采用综合污染指数法（CPI）对淡水河状况进行综合评价，可以得到表征水体污染程度的综合评价结果^[19]。

式中，P为综合污染指数；n为污染物个数；P_i为某i类污染物的污染指数；C_i为某i类污染物的浓度值；C_o为某项污染物的评价标准值。根据《广东省水环境功能区划》（粤环〔2011〕14号）规定，淡水河（惠阳河段）执行《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中Ⅲ类水质标准。

1.3.2 时空变化分析　采用综合污染指数法的代数叠加法对研究流域的年内变化进行分析^[20]。

式中，P₁为评价因子的污染分指数代数叠加结果，m为月份数，n为水质指标个数；∑P_i为某监测点综合污染分指数；∑P_j为某i类污染物分指数；P_i为第i类污染物的单因子污染指数。

空间分布差异采用距平系数表征^[21]，分析各支流的水质空间变化特征，对比分析不同支流及其上下游各河段水质指标及其差异，进行水质现状表征研究。

式中，η为距平系数，x_i为监测期间i监测点的某水质指标的平均值，x为所有支流某水质指标的平均值。

2　结果与分析 2.1　淡水河下游各支流水质变化特征

研究期间淡水河下游各支流源头和汇水口的监测结果（图 2）表明，除麻溪水外，其余源头监测点的各项指标的浓度均低于汇水口；麻溪水的源头与汇水口的水质变化差异不大，NH₄⁺-N和COD浓度的年际变化较为平缓；大坑水TN和TP的浓度起伏较大，源头TN浓度年际变化从0.78 mg/L上升至2.09 mg/L，汇水口TN、NH₄⁺-N和TP浓度的年际变化趋势一致；沙田水源头与汇水口的TN浓度差异显著；大沥水源头和汇水口的TN和NH₄⁺-N浓度的年际变化趋势一致。研究期间区域水体的NH₄⁺-N达标率从69.70% 提升至79.17%，COD的达标率从68.94% 提升至70.08%，麻溪水汇水口（MX6）3年的NH₄⁺-N逐月浓度均达到Ⅲ类水质标准要求。总体来看，研究期间麻溪水的水质情况较好，麻溪水汇水口（MX6）的NH₄⁺-N和COD的浓度均优于Ⅲ类水质标准；4项指标中NH₄⁺-N和COD的达标率逐渐增加。

2.2　淡水河下游各支流水质时间变化特征

2.2.1 年内变化　利用2019年9月至2022年8月水质监测数据的多年月均值，计算淡水河下游支流汇水口水质指标年内水质变化（图 3）。4个监测流域汇水口CPI呈现不同程度波动，TN为其共同的主要影响因子，水质指标污染指数从高到低分别为TN > TP > NH₄⁺-N > COD。除TN外，TP对麻溪水和沙田水CPI贡献相对较大，分别在6%~29% 和6%~20%，而大坑水上半年中NH₄⁺-N贡献相对较大，下半年逐渐以TP为次要影响因子。大沥水流域各月CPI相对较高，波动较为剧烈，其中1月、4月、11月和12月明显高于其他月份。大沥水流域各指标贡献比例与其他流域也有较大差异，其中TN贡献占比在35%~55%，相对较低，而NH₄⁺-N贡献占比达到15%~37%，与TN同为大沥水流域的重要水污染物。

2.2.2 季节变化　根据流域水文情况和相关文献^[22]，将一年划分为丰水期（4—9月）和枯水期（10月至翌年3月）。丰水期和枯水期年均综合污染指数结果如表 2和图 4所示。总体来看，各支流枯水期综合污染指数均高于丰水期，平均综合污染指数为2.70 > 2.43，其中枯水期TN污染指数均明显高于丰水期，两者的变幅范围在15.8%~39.6%，这与枯水期干旱无雨、河道水位降低、低水位水质更易受河道底泥氮释放的影响有关，且枯水期岸边植物地上部分枯萎，植物体内的氮类元素释放进入水体和底泥^[23]。TP污染指数则表现为丰水期高于枯水期，这是由于降雨冲刷地面，将地表污染物通过地表径流等方式带入河流，增加了河流污染物浓度^[24-25]，同时丰水期气温较高，可能导致河流底泥中结合弱态磷元素自动释放到水体中^[26]，尤其是大沥水，其出口监测断面位于城镇生活区下游，丰水期周边农村水塘排水使得较多生活源总磷进入河道，总磷污染程度增加，丰水期的TP污染指数比枯水期的增加51%。

2.3　淡水河下游各支流水质空间变化特征

各支流源头至汇水口监测点的监测指标距平系数如图 5所示。沙田水源头（ST1）的各指标距平系数均为负数，水质较好，但流经城镇区域后，各指标距平系数均大幅提升，此后呈波动状态，至下游出口时水质较中游地区有所好转；麻溪水除MX3监测点靠近工业区，TN、NH₄⁺-N及TP的距平系数较高外，其余监测点沿程变化较为平稳；大坑水上游至下游各监测点水质距平系数呈逐渐上升的趋势，其中凤咀村监测点（DK2）靠近农村居民点，TP距平系数显著高于其他监测点；相较于其他支流，大沥水源头靠近农村居民点，水质指标距平系数高于其他支流源头，尤其前锋村（DL3）各指标均为正数，且TP和COD极高，经过农田区域后DL4各指标大幅改善，但再经过良井镇城区后，再次出现大幅回升。从各监测点水质指标的距平系数来看，靠近工业区监测点的TN距平系数相对较高，农村居民点如DK2、DL3对TP的影响较大，城镇生活区如DL5则明显提升NH₄⁺-N水平。

3　讨论

从水质评价结果来看，广东淡水河下游（惠阳段）水质总体为波动变化，2019—2022年水质综合污染指数呈先上升再下降趋势，2021年的综合污染指数最高。研究期间NH₄⁺-N和COD的浓度逐渐降低。惠阳区政府自2019年起将水污染防治工作作为全区“1号工程”，集中全区力量开展淡水河水质达标攻坚战^[27]，淡水河治理力度加大，水质状况明显好转。研究区域各支流源头监测点的各水质指标基本低于汇水口监测点，麻溪水汇水口（MX6）NH₄⁺-N逐月浓度均在国家水质标准允许范围内。郑秀亮^[28]研究表明，东江入境断面氨氮比汇水口断面低。王夏童^[29]研究也表明，东江干流氮类污染物浓度较高，氮素污染物情况在丰水期严重。本研究结果表明，TN是淡水河下游的主要污染因子，污染浓度在枯水期较高，这可能是因为本文监测对象为东江二级支流，氮素在河道迁移过程中转化，导致结果与以上研究有一定差异。

水质年内变化分析结果表明，研究区域内的TN和TP浓度在丰水期、枯水期具有显著差异，TP浓度在丰水期偏高，主要原因是鱼塘、农村水塘和淤塞河段等在丰水期期间泄水外排，这些水体本身含磷量较高，从而导致TP输入增加，使得TP浓度在丰水期高于枯水期。而TN浓度则是枯水期高于丰水期，枯水期干旱少雨，河道水位降低，水流速度缓慢，河道底泥沉积的氮更易释放进入水体，致使TN含量远高于丰水期。梁杰铭等^[30]选取NH₄⁺-N、TP和COD 3项指标，利用单因子评价法分析淡水河流域2018年8月— 2019年8月的年内变化，发现淡水河流域主要超标因子为NH₄⁺-N，3—4月变化趋势最高，与本研究结果趋势基本相同。

水质空间变化分析结果表明，水质污染浓度顺着河流流向呈现逐步下降再缓慢上升状态。沙田水中水质状况最好的是源头ST1（沙田水库），肖屋村段圩镇出口ST2控制范围反映了该区域的城镇区对沙田水的影响，该监测点的污染情况最严重。位于麻溪水上游末端工业区的MX3污染较严重，其工业区规模较大，距麻溪水河湾较近，其余监测点污染物浓度沿程变化较为平缓。大坑水流域土地利用现状相对分明，DK1（大坑水库）~DK4（淡塘村）基本以农田和居民生活区为主，DK5（大坑水闸）至汇入淡水河前，该河段两侧均为工业厂区和建筑工地，水质状况自上而下逐渐变差，DK2（凤咀村）的TP浓度异常，可能因为该监测点靠近农村居民点，受农村生活源影响较大。位于良井镇的大沥水是研究区域的下游支流，DL1（黄洞水库）至DL2（矮光村）的水质距平系数有所上升，这是因为降雨以及农田措施提高了河道的污染负荷。DL3（前锋村）自东向西流经DL4（山角村），两者之间的河段两岸主要为农田，DL4（山角村）与DL5（霞角村）之间河段则穿过城镇区，水质污染物浓度的变化趋势呈现大幅下降再上升状态，尤其NH₄⁺-N浓度增加较快。总体而言，大沥水支流主要受生活污染影响，这与梁杰铭等^[31]研究结果一致，认为该流域的主要污染源来自生活源排放，氮类为主要污染物。

4　结论

（1）淡水河下游主要支流中，与源头水质相比，麻溪水汇水口断面水质变化较小，大坑水、沙田水和大沥水汇水口断面各监测指标均有较明显升高。沙田水与大沥水的源头和汇水口的TN和NH₄⁺-N浓度的年际变化趋势一致。研究期间区域水体的NH₄⁺-N达标率从69.70% 提升至79.17%，COD的达标率从68.94% 提升至70.08%。

（2）各支流CPI年内变化呈不同程度波动，其中麻溪水波动最小，大沥水最大。TN为各支流水质主要影响因子，大沥水中NH₄⁺-N贡献较高，占比达到15%~37%。水质指标污染指数从高到低分别为TN > TP > NH₄⁺-N > COD。

（3）各支流枯水期CPI普遍高于丰水期（2.70 > 2.43），其中TN污染指数受低水位影响在枯水期明显高于丰水期，而丰水期TP污染指数略高于枯水期，与降雨冲刷径流及水塘排水有关，丰水期的TP污染指数比枯水期的增加51%。

（4）汇入淡水河的各支流在空间分布上具有差异性，各监测点水质指标距平系数显示，农业区监测点水质指标距平系数相对均较低，工业区对TN影响较大，城镇区和农村居民点则分别对NH₄⁺-N和TP影响较大。淡水河下游西岸麻溪水水质整体较优，东岸大坑水、沙田水和大沥水相对较差。