水质评价是根据评价目标选择合适的方法对水体的利用价值和处理要求作出评定，是采取有效措施进行水环境管理、预防水污染的基本前提^[1-5]。杭州西湖风景名胜区(以下简称“西湖景区”)水生态景观资源丰富，主要水体包括西湖、西湖流域上游溪流(金沙涧、龙泓涧、长桥溪、赤山溪)、钱塘江(景区段)上游河溪(九溪、进龙河、梅坞溪)等。一直以来，西湖景区的水体特征和评价主要围绕西湖展开，对西湖流域上游溪流、钱塘江(景区段)上游溪流的水质特征研究较少^[6-10]。西湖景区游客众多，主要溪流沿岸村庄、茶田密布，人为活动产生的面源污染极易造成溪流水质波动。为全面掌握西湖景区主要溪流水质时空特征，通过单因子水质评价^{[5, 11]}、综合水质指数(WQI)^{[4, 12]}以及主成分分析法^[13-14]等评价手段对金沙涧、龙泓涧、长桥溪、九溪、进龙河、梅坞溪等6条溪流2018—2023年的水质整体状况、季节性特征进行综合评价，分析水质波动影响因素，为后续优化西湖景区水环境管理举措、防范水体面源污染提供数据支撑和参考。

1 研究方法 1.1 数据来源

本研究选取杭州西湖风景名胜区6条溪流为研究对象(图 1)，其中，九溪、梅坞溪、进龙河为钱塘江(西湖景区段)上游溪流，金沙涧、长桥溪、龙泓涧为西湖上游溪流。

6条溪流均设有水质监控断面，水质监控频次为每月1次。常规水质监测项目包括pH值、总磷(TP)、氨氮(NH₃-N)、高锰酸盐指数(I_Mn)、溶解氧(DO)、透明度、氧化还原电位共7项指标，补充水质监测项目包括总氮、硝态氮、叶绿素a、正磷酸盐4项指标。

1.2 分析方法

分别采用单因子、综合水质指数(WQI)以及主成分分析法对杭州西湖风景名胜区6条溪流水质状况和时空特征进行分析。主成分分析法是通过对数据进行降维和因子分析，实现将众多相关性指标转换成少数综合性指标的分析方法。此方法有利于降低工作量，同时又能全面反映水质状况^[15-16]，采用SPSS 26.0软件进行，计算公式如下：

$ F_i=\sum\limits_{i=1}^n Z_i X_i $

(1)

$ F=\sum\limits_{i=1}^n A_i F_i $

(2)

式中：F_i——主成分表达式；n——参加评价的水质指标个数；Z_i——主成分因子载荷，X_i——标准化后的各指标因子原始数据；A_i——各主成分贡献率；F——主成分分析综合评价指数，F值越大，水质越差。

WQI计算公式如下：

$ {\rm{WQI}} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {{C_i}} {P_i}}}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{P_i}} }} $

(3)

式中：n——参加评价的水质指标个数；C_i和P_i——变量i的归一化值和权重^{[4, 12, 17]}。参考《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)，将C_i值按照11个类别从0~100分进行赋值，P_i最小值为1，最大值为4。根据WQI值将水质状况分为5个等级：WQI＞90为优秀，70＜WQI≤90为良好，50＜WQI≤70为中等，25＜WQI≤50为一般，0≤WQI≤25为差。分别以DO、I_Mn、TP和NH₃-N 4项指标计算WQI值，各项参数取值见表 1。

2 结果与讨论 2.1 单因子水质情况分析

根据西湖景区6条溪流日常水质监测情况，水质定类指标主要是I_Mn、TP、NH₃-N以及DO。上述4项监测指标作为西湖景区溪流水质单因子评价依据，其监测指标质量浓度年均值结果见图 2(a)—(d)。由图 2可见，6条溪流的I_Mn、TP、NH₃-N、DO年均质量浓度均满足地表水Ⅲ类及以上水质要求。其中，九溪、金沙涧、龙泓涧、长桥溪4条溪流主要监测指标年均质量浓度满足地表水Ⅱ类水质要求，梅坞溪和进龙河部分年份水质为地表Ⅲ类(梅坞溪水质定类指标为NH₃-N，进龙河水质定类指标为TP)。

为进一步考察各条溪流主要监测指标月均质量浓度变化情况，利用西湖景区6条溪流2018—2023年I_Mn、TP、NH₃-N、DO月监测数据绘制箱式图，具体见图 3(a)—(d)。

由图 3可见，西湖上游3条溪流(金沙涧、长桥溪、龙泓涧)总体水质较为稳定，按照单因子水质评价方法，4项指标所有月份监测数据均达到地表水Ⅲ类以上水质。与之相较，钱塘江(西湖景区段)上游3条溪流月监测数据波动更大，部分月份水质超出地表水Ⅲ类标准。

由图 3(b)、(c)可见，进龙河ρ(TP)和梅坞溪ρ(NH₃-N)波动范围较大，说明TP和NH₃-N分别是进龙河和梅坞溪水环境关键影响因子。由图 3(d)可见，DO因受气温等因素影响明显，各条溪流DO变化幅度均较大，夏、秋季气温较高，DO相对较低。

2.2 综合水质指数评价

采用综合水质指数评价法对西湖景区6条河道溪流2018—2023年水质状况进行评价，以I_Mn、DO、TP和NH₃-N 4项指标的年均质量浓度为依据，根据表 1和式(3)分别计算河道溪流历年WQI值(表 2)。由表 2可见，近6年西湖景区主要溪流水质均在中等及以上，其中西湖上游3条溪流(金沙涧、长桥溪、龙泓涧)历年综合水质评价均为良好。钱塘江(景区段)上游3条溪流中九溪历年综合水质评价为良好；进龙河2022和2023年综合水质评价为中等，其余年份为良好；梅坞溪仅在2020年综合水质评价为良好，其余年份均为中等。

2.3 主成分分析评价

利用SPSS 26.0软件对西湖景区6条溪流2018—2023年水质监测数据年均值进行主成分分析，主成分提取结果见表 3。由表 3可见，按照累积贡献率≥85%^[18]筛选得到前3个主成分(累积贡献率为92.699%)，其中又以主成分1的贡献率最高，为58.897%。

前3个主成分因子载荷量见表 4。因子载荷量越高，说明主成分与该指标的相关程度越高。由表 4可见，主成分1主要与总氮、总磷、硝酸盐氮和氨氮指标相关，说明西湖景区溪流水质主要受到氮、磷浓度影响。

根据式(2)计算西湖景区6条溪流的综合评价指数(F)，结果见图 4。由图 4可见，综合评价指数F值由高到低依次为：进龙河＞梅坞溪＞金沙涧＞九溪＞龙泓涧＞长桥溪，说明进龙河和梅坞溪在6条溪流中水质波动相对较大。

2.4 进龙河、梅坞溪水质季节性特征分析

由上述分析可知，杭州西湖风景名胜区6条溪流中梅坞溪和进龙河水质相对较为敏感，关键影响指标分别为NH₃-N和TP。为更好地评价梅坞溪、进龙河水质波动特征，对其2018—2023年TP和NH₃-N季节性变化情况进行分析，季节按照冬(上年12月—2月)、春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)进行划分。梅坞溪、进龙河ρ(TP)和ρ(NH₃-N) 季节变化特征见图 5(a)—(d)。梅坞溪、进龙河WQI值季节性变化特征见图 6。由图 5(a)、(b)可见，进龙河TP在春、秋季平均质量浓度相对较高，进龙河NH₃-N则在冬季和春季波动最大，在4个季节中进龙河春季WQI值最低(图 6)，水质最为敏感，可能与底泥扰动有关。进龙河总体水深较浅(平均水深不足1 m)，随着春季气温逐渐回升，上下水体混合加速，扰动状态下沉积物氮、磷释放量显著高于静态释放，底泥中的营养盐重新释放进入水体，导致水质指标下降^[19-20]。由图 5(c)、(d)可见，与进龙河不同，梅坞溪TP和NH₃-N质量浓度高值主要出现在秋、冬季，且秋、冬季WQI值最低(图 6)，可能与周边农业非点源污染有关。梅坞溪沿岸遍布龙井茶田，村民每年2月和10月左右会进行施肥作业(信息来源：杭州农业科技信息网http://www.hznky.com)，其中的营养盐会随降雨等流向溪流，导致水体氮、磷浓度的上升。相较而言，梅坞溪和进龙河夏季水质均相对较好，杭州夏季降雨量大，降水对河道污染物起到一定稀释作用。

2.5 西湖景区溪流水质影响因素及应对措施

由以上分析可知，西湖景区主要溪流中梅坞溪和进龙河水质波动最为明显，影响因素主要来自溪流沉积物等内源污染释放和农业面源污染。此外，溪流沿岸居民偶发性生活源污染也可能对溪流水质造成影响。

经统计，西湖景区溪流沿线雨洪排口周边土地利用类型为村庄和居民区，其占比＞70%。建议：(1)加强溪流内源污染控制。定期组织河道疏浚，同时加强水面漂浮物及枯水期裸露河床部分垃圾清理，降低溪流沉积物等内源污染累积。此外，探索天然矿物修复等方式对河底沉积物进行改良，降低污染释放。(2) 开展农业面源污染监测。在溪流沿线重点区域开展农业面源污染监测，聚焦茶田施肥以及茶忙前后等关键时期，评估农业面源污染入溪负荷，探索农业面源污染防治有效途径。(3)加强河道、溪流沿岸排口管理。定期开展溪流沿岸排口排查及排水水质监测，防范生活污水散排、污水管网破损等偶发性事故造成水体污染。

3 结论

(1) 杭州西湖风景名胜区6条溪流水质总体较好，个别月份水质略有波动。6条溪流2018—2023年I_Mn、DO、TP和NH₃-N 4项指标质量浓度年均值均满足地表水Ⅲ类及以上水质要求。

(2) 单因子评价、综合水质指数及主成分分析法评价结果均表明，进龙河和梅坞溪在6条溪流中水质波动相对较大，影响水环境的关键因子分别是TP和NH₃-N。梅坞溪水质波动主要出现在秋季(9—11月)和冬季(上年12月—2月)，可能与周边农业非点源污染有关；进龙河水质波动主要出现在春季(3—5月)，受到底泥内源污染释放影响。

(3) 建议定期组织河道疏浚，加强内源污染控制，降低内源污染释放对水质的影响；开展溪流沿岸农业面源污染监测，全面评估农业面源污染对溪流水质的影响；定期开展溪流沿岸排口水质监测，优化排水口管理措施，防范不规范排水造成溪流水质污染。