天津三岔口國控斷面水質(zhì)變化特征分析

梁丹丹

(西北大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710127)

海河是我國七大江河之一，流域面積26.5萬 km2，是我國華北地區(qū)最大的水系。海河干流是子牙、大清、南運、北運、永定河5大水系的入海通道，同時還有排澇、蓄水、供水、航運、旅游和環(huán)境保護等綜合功能。

海河的水質(zhì)監(jiān)測工作一直以來都受到了國家和地方政府的高度重視。其水質(zhì)自動監(jiān)測工作也被國家環(huán)保部和國家環(huán)境監(jiān)測總站列為十五期間的重點工作之一。在此期間為了實時監(jiān)測海河水的水質(zhì)，防止各類突發(fā)事件對人們的生活生產(chǎn)帶來危害，2000年12月在天津三岔口設(shè)置了水質(zhì)自動監(jiān)測站。

天津三岔口水質(zhì)自動監(jiān)測站位于天津市河北區(qū)平安街海河?xùn)|岸。點位坐標(biāo)為 117°11＇21.9″E，39°08＇22.5″，屬于海河流域，海河干流(入海口)，距水站15 km。

目前我國的水質(zhì)自動監(jiān)測站幾乎覆蓋了河流、湖泊、水庫、飲用水源地、近岸海域等各類所有水域，這些自動監(jiān)測站時時監(jiān)測著水體的水質(zhì)變化情況，客觀地記錄水質(zhì)狀況，并且及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常變化，進而更快地對水質(zhì)污染做出相應(yīng)的措施防止流域污染情況發(fā)生，為研究水體擴散自凈規(guī)律等提供條件。

本項目通過記錄天津三岔口國控斷面2004-2013年的水體不同污染因子(pH值、溶解氧溶解氧DO、高錳酸鹽指數(shù)CODMn、氨氮NH3-N)的數(shù)據(jù)，分析天津三岔口水質(zhì)狀況，探究各污染因子季節(jié)及年跡變化特征。數(shù)據(jù)主要來源于中華人民共和國環(huán)境保護部數(shù)據(jù)中心，同時輔以國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)站來獲得。

根據(jù)國家氣象部門對四季的劃分方法，本項目將陽歷的3～5月劃為春季，6～8月劃為夏季，9～11月劃為秋季，12月～來年2月劃為冬季。并參照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[1]確定各污染因子監(jiān)測值是否超標(biāo)。

1 天津三岔口水質(zhì)現(xiàn)狀

天津三岔口設(shè)置水質(zhì)斷面以來運行狀況良好，實時監(jiān)測水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)，得到的大量連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)為分析天津三岔口水質(zhì)現(xiàn)狀提供了可靠的依據(jù)。

通過探究各污染因子各年平均在十年間的年跡變化，從而準(zhǔn)確把握天津三岔口水質(zhì)現(xiàn)狀。在各污染因子年跡變化的研究中，pH值及氨氮含量十年間變化都不大，但高錳酸鹽指數(shù)及溶解氧含量的監(jiān)測值變動比較大。DO的最大最小平均值分別出現(xiàn)在在2007年和2012年，而 CODMn最大最小平均值則出現(xiàn)在2011年與2007年(見圖1)。

圖1 各污染因子年跡變化

在天津三岔口十年間各季節(jié)水體各污染因子變動的研究中，天津三岔口水質(zhì)狀況比較穩(wěn)定，一年中pH值的變化不大，只在水量比較充沛的季節(jié)較低，這可能是由于酸雨造成的[2]。

溶解氧值在夏秋季節(jié)時較低，春冬季節(jié)含量較高，而高錳酸鹽指數(shù)則在夏秋季節(jié)相對較高，氨氮含量在夏季時會有突然變高的趨勢(見圖2)。

圖2 各污染因子季節(jié)變化特征

通過對十年間各污染因子的實時監(jiān)測，可以確定天津三岔口水質(zhì)狀況基本穩(wěn)定，且各項監(jiān)測指標(biāo)均可達到地表Ⅴ類或劣Ⅴ類水體，總體達到Ⅴ類水體，水體污染狀況逐漸得到改善，水質(zhì)狀況不斷提高并達到更高標(biāo)準(zhǔn)的水體。海河在非引黃或引灤補水期間，由于上游無天然水源補給，海河水出現(xiàn)富營養(yǎng)化特征(見表1)。

表1 各污染因子超標(biāo)倍數(shù)

2 污染因子特性分析

2.1 各污染因子特征值分析

將2004—2013年的四個季節(jié)數(shù)據(jù)進行整體分析，得出各污染因子的最大值、最小值以及平均值，并進行觀察比較(見表2)。

表2 各污染因子特征值

對pH值的特征值分析中，夏秋季節(jié)pH值明顯低于春冬季節(jié)，由于夏秋季節(jié)降水強度較大，還伴有酸雨的可能，使得pH值有所降低。但總體看來，pH值基本變化不大，在同一季節(jié)時，pH值的最大值與最小值之間相差2左右。

對溶解氧特征值分析中，夏秋季節(jié)明顯低于春冬季節(jié)，冬季溶氧平均值最高達11.5 mg/L，且同季節(jié)中最大值與最小值之間相差較大。天津三岔口冬季溶氧較高原因可能有以下三點:天然水體中溶解氧的含量與溫度、外界大氣壓及空氣中的氧分壓有很大的關(guān)系[2]，當(dāng)溫度升高時溶解氧的含量會隨之降低。冬季溫度較低，在同樣其他條件時溶解氧相對較高。

高錳酸鹽指數(shù)是作為評價水體受有機污染和還原性無機物污染的綜合指標(biāo)。在對高錳酸鹽指數(shù)的特征值分析中，盡管夏秋季節(jié)最大值小于春冬季節(jié)，但從平均值來看，夏秋季節(jié)是明顯高于春冬季節(jié)的。同季節(jié)中高錳酸鹽指數(shù)的最大值與最小值之間相差較大，總體上此監(jiān)測指標(biāo)可達到地表水Ⅴ類水體。

氨氮以游離態(tài)氮或銨鹽的形式存在于水體中，測定水體中所有氮含量有助于評價水體受污染狀況及自凈的程度。在對氨氮的特征值分析中，夏秋季節(jié)監(jiān)測值高于春冬季節(jié)，一般7～9月份為汛期，降雨強度較大，大量污染物被沖刷進入河道中，使得水體的自凈能力下降，水質(zhì)健康狀況受到很大影響。同一季節(jié)中氨氮含量最大值與最小值之間相差較大。

在對各污染因子的特征值分析研究中，pH值最大值與最小值相差不大且各季節(jié)平均值較為接近;溶解氧含量則最大值及各季節(jié)平均值之間相差較大;高錳酸鹽監(jiān)測值相對而言較為穩(wěn)定;氨氮最大值與最小值之間相差較大，而夏秋冬季節(jié)的平均值是較為接近的。

2.2 各污染因子相關(guān)性分析

據(jù)調(diào)查研究，各污染因子同一季節(jié)時相關(guān)性系數(shù)差異較大，且同樣兩種污染因子之間相關(guān)性在季節(jié)不同時相差也較大。

1)春季時，各污染因子之間相關(guān)性都不大，其中pH值與DO相關(guān)性較大些為0.165，其次為 CODMn與 NH3-N的相關(guān)性較大，DO與NH3-N的相關(guān)性也相對較大。pH值與 DO呈現(xiàn)正相關(guān)，這是藻類光合作用、水生生物呼吸作用、有機物質(zhì)氧化分解等因素相互作用的綜合體現(xiàn)[4]。據(jù)相關(guān)研究表明pH值、DO均有明顯的日變化規(guī)律，且二者呈顯著正線性相關(guān)[5]。CODMn與 NH3-N也呈現(xiàn)微小的正相關(guān)，CODMn表征水體中有機物的含量，若此含量高則一定程度上導(dǎo)致了NH3-N的量的升高。DO含量高，水體中微生物較活躍，也會使得NH3-N的量增多。

表3 各污染因子相關(guān)性系數(shù)

2)夏季時，相關(guān)性相對較大的為pH值與DO，DO與NH3-N以及 pH值與 NH3-N，相關(guān)性系數(shù)分別為:0.602、0.33和0.207。在夏季所研究的四種污染因子之間，NH3-N與COD的相關(guān)性最差，只有 0.004。在研究中發(fā)現(xiàn) pH值與NH3-N之間以及DO與NH3-N之間是呈負(fù)相關(guān)的，DO與pH值的正相關(guān)性也較為明顯。

3)秋季時，各污染因子相關(guān)性最大的是 pH值與DO，相關(guān)系數(shù)為0.473，其次為 DO與 NH3-N，相關(guān)系數(shù)為 0.363，并且DO與NH3-N呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，即秋季時，隨著溶氧的增加，水體中NH3-N含量減少;pH值與各污染因子之間都體現(xiàn)出了一定的相關(guān)性，與DO和CODMn呈現(xiàn)一定的正相關(guān)，與NH3-N呈現(xiàn)一定的負(fù)相關(guān);DO與CODMn的相關(guān)性不大。

4)冬季時，天津三岔口四項監(jiān)測指標(biāo)之間相關(guān)性最大的為 CODMn與 NH3-N，相關(guān)性系數(shù)為0.28，其次，相關(guān)性較大的是pH值與 CODMn，相關(guān)性系數(shù)為 0.146。在 pH值與CODMn的相關(guān)性中明顯存在的是負(fù)相關(guān)，即隨著 DO的含量的增多水體中有機物含量越少。pH值與 DO、CODMn及 NH3-N都存在一定的正相關(guān)性，但是相關(guān)性系數(shù)都不大;DO與CODMn的相關(guān)性較小。

溶解氧的狀況與水環(huán)境污染程度是有很大相關(guān)性的[6]。溶解氧濃度在3 mg/L以下時，水環(huán)境大多呈污染狀態(tài)，并且此時水環(huán)境健康狀況很不穩(wěn)定。溶解氧濃度在3～5 mg/L之間時，水環(huán)境有較多情況呈現(xiàn)出健康狀態(tài)，并且污染指標(biāo)表現(xiàn)出一定的相關(guān)性。溶解氧濃度在5 mg/L以上時，半數(shù)以上的水環(huán)境呈健康狀態(tài)，污染指標(biāo)表現(xiàn)穩(wěn)定。并且在溶解氧濃度較低水平的情況下，依然存在高錳酸鹽指數(shù)以及氨氮等污染指標(biāo)程度較低的情況;在溶解氧濃度較高時，也存在高錳酸鹽指數(shù)以及氨氮等污染指標(biāo)同樣呈現(xiàn)較高水平的情況，在此方面應(yīng)加深研究，以發(fā)現(xiàn)更多用于治污防污的規(guī)律。

夏季時溶解氧與高錳酸鹽指數(shù)的相關(guān)性相較其他季節(jié)來說較高，且兩者呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系，pH值與高錳酸鹽指數(shù)之間相關(guān)性較大，與溶解氧含量相關(guān)性也較大。

3 結(jié)語

通過以上研究，可以判斷作為Ⅴ類一般景觀用水的要求，天津三岔口的水質(zhì)情況是基本達標(biāo)的，并且可以逐步達到Ⅲ類水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。天津三岔口水質(zhì)在2004～2013年間，水質(zhì)狀況基本穩(wěn)定。高錳酸鹽指數(shù)與溶解氧的含量隨年跡變化較大，這與其外界條件的變化及人們的生產(chǎn)生活活動密切相關(guān)，除溶解氧含量各季節(jié)變動幅度很大之外高錳酸鹽指數(shù)、pH值與氨氮含量隨季節(jié)變動不大。

對各污染因子的特征值進行分析，pH值最大值與最小值相差不大且各季節(jié)平均值較為接近;溶解氧含量則各季節(jié)最大值及平均值之間相差較大;高錳酸鹽監(jiān)測值相對而言較為穩(wěn)定;氨氮最大值與最小值之間相差較大，而夏秋冬季節(jié)的平均值是較為接近的。同時也發(fā)現(xiàn)，冬季溶解氧含量明顯高于其他三個季節(jié)，并且每年的第三個季度 NH3-N的含量會增高。

各污染因子相關(guān)性分析中，同一季節(jié)兩不同污染因子之間或兩相同污染因子在不同季節(jié)之間的相關(guān)性系數(shù)都是相差很大的。這可能受到了溫度等其他因素的影響，并且與周圍環(huán)境發(fā)生的變化以及人們生產(chǎn)生活是十分相關(guān)的，在此方面還應(yīng)繼續(xù)進行研究，以期更好地防治水體污染。

在對海河天津三岔口水質(zhì)現(xiàn)狀、污染因子污染特性進行分析后，得出海河天津三岔口國控水質(zhì)斷面水質(zhì)狀況基本穩(wěn)定，沒有大幅度的變化。

[1]GB3838-2002.國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社.2002.

[2]王海英.天津海河三岔口水質(zhì)污染狀況淺析[J].綠色科技.2013，07:159-160:159-160.

[3]魏鵬，黃良民，馮佳和，等.珠江口廣州海域 COD與 DO的分布特征及影響因素.生態(tài)環(huán)境學(xué)報.2009，18(5).

[4]黃歲樑，臧常娟，杜勝藍，等.pH、溶解氧、葉綠素 a之間相關(guān)性研究Ⅰ:養(yǎng)殖水體[J].環(huán)境工程學(xué)報.2011，5(6).

[5]黃歲樑，臧常娟，杜勝藍，等.pH、溶解氧、葉綠素 a之間相關(guān)性研究Ⅱ:非養(yǎng)殖水體[J].環(huán)境工程學(xué)報.2011，5(8).

[6]宋曉霄，閆浩文，田秉暉，等.海河流域污染狀況與常規(guī)污染指標(biāo)數(shù)據(jù)分析[J].南水北調(diào)與水利科技.2012，01:98-101.