基于季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法的水質(zhì)變化趨勢研究

房 鑫

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000)

基于季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法的水質(zhì)變化趨勢研究

房 鑫

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110000)

渾河是遼寧省的中部地區(qū)的重要河流，流域內(nèi)城鎮(zhèn)處于高速工業(yè)化階段，污染狀況比較嚴(yán)重，且有進一步加重趨勢。文章基于季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗原理，利用PWQTrend 水質(zhì)分析軟件，對渾河干流撫順段3個主要監(jiān)測斷面的主要污染因子，進行了水質(zhì)變化趨勢研究。研究提出的水質(zhì)保護舉措，對保障渾河干流的水環(huán)境安全具有重要價值。

渾河；季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法；水質(zhì)變化趨勢

1 研究區(qū)概況

撫順市位于遼寧省東部，是我國重要的的工業(yè)基地。根據(jù)行政區(qū)劃，撫順市轄4區(qū)、3縣和 2個開發(fā)區(qū)，總面積約1.13萬km2[1]。撫順市位于長白山支脈西延續(xù)部分的低山丘陵地區(qū)，地勢呈東高西低的特點。撫順市屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，夏季高溫多雨、冬季寒冷漫長，多年平均降雨量477.5～937.5 mm。

渾河，是遼寧省的第二大河，古稱沈水或小遼河，發(fā)源于撫順市東部，流經(jīng)撫順、沈陽、遼陽、營口四市，注入遼東灣[2]。渾河全長415 km，流域面積2.5萬km2，年平均徑流量50～70億m3。由于渾河流經(jīng)遼寧中部城市群，這里人口稠密、工農(nóng)業(yè)相對發(fā)達(dá)，因此渾河成為沿岸城市廢水排放的主要渠道，污染狀況日趨嚴(yán)重[3]。渾河干流在撫順市境內(nèi)長約305.2 km，根據(jù)撫順市水環(huán)境功能區(qū)劃分，干流不同河段的基本情況如表1所示。

2 季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法的基本原理

季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法的主要優(yōu)勢在于對監(jiān)測資料存在非正態(tài)分布特征的趨勢分析[4]。根據(jù)渾河干流撫順段污染特征，本次研究選擇CODmn、NH3-N、TN和TP作為渾河干流地表水污染程度的分析參數(shù)，根據(jù)2010—2015年每個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)對水質(zhì)變化趨勢進行分析。

表1 渾河干流撫順段水環(huán)境功能區(qū)基本情況

季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法原理是將每年同一時段的數(shù)據(jù)進行前后比較，如果后一時段的數(shù)值較大，就記為“+”號，如果前一時段的數(shù)值較大就記為“-”號[5]，最后對“+”和“-”的個數(shù)進行統(tǒng)計，如果“+”個數(shù)較多，則認(rèn)為指標(biāo)為上升趨勢，反之則為下降趨勢。如果兩種符號的數(shù)目大致相同則認(rèn)為變化趨勢不明顯[6]。

在季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法中，零假設(shè)為隨機變量，在時間上是獨立的。如果設(shè)全年12個月的水質(zhì)數(shù)據(jù)在分布上具有相同的概率[7]，可以建立由n年p月的水質(zhì)實測數(shù)據(jù)構(gòu)成的矩陣：

(1)

式中：Xnp為第n年p月的水質(zhì)濃度監(jiān)測值。

(1)對前p個月中第i個月的情況。設(shè)第i月內(nèi)的水質(zhì)序列中沒有漏測的數(shù)值的個數(shù)為ni，將每個月實測數(shù)據(jù)之間的差值設(shè)為Xji-Xki。一般來說，設(shè)第i個月的正差值個數(shù)為pi，負(fù)差值個數(shù)為Qi，令Si=Pi-Qi在零假設(shè)下近似服從正態(tài)分布，其均值和方差的表達(dá)式分別如式(2)、式(3)所示：

E(Si)=0

(2)

(3)

(4)

(5)

趨勢檢驗顯著水平α的表達(dá)式為：

(6)

根據(jù)相關(guān)研究成果[8]，顯著性水平α的臨界值為0.1和0.01。當(dāng)α≤0.01時，肯達(dá)爾檢驗具有高度顯著性；當(dāng)0.01≤α≤0.1時，肯達(dá)爾檢驗具有顯著性。當(dāng)t>0時，顯著性呈上升趨勢；當(dāng)t<0時，顯著性呈下降趨勢；當(dāng)t=0時，顯著性無明顯變化趨勢。

3 渾河干流撫順段水質(zhì)變化趨勢分析

根據(jù)以上研究過程選擇對清原下、北雜木、水庫出庫口、和平橋、七間房等五個控制斷面的水質(zhì)變化趨勢展開研究，計算結(jié)果如表2所示。

由表2中的數(shù)據(jù)可以看出渾河干流撫順段水質(zhì)有如下變化趨勢：

(1)高錳酸鹽指數(shù)。在分析計算的所有五個斷面中出庫口斷面、七間房斷面、清原下斷面呈顯著上升趨勢；北雜木斷面高度顯著上升趨勢；只有和平橋斷面無明顯變化。從總體情況來看，渾河干流高錳酸鹽指數(shù)呈上升趨勢變化，其中呈高度顯著上升趨勢的有20%，呈顯著上升的占60%?？梢姕喓痈闪鞯?CODmn濃度仍然呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢，是今后需要著重控制的污染因子。從濃度中值來分析，和平橋和七間房斷面的高錳酸鹽污染最嚴(yán)重，但總體還保持在國標(biāo)Ⅲ類水質(zhì)要求的范圍之內(nèi)。北雜木和清原下兩個斷面的CODmn濃度雖表現(xiàn)為上升趨勢但是污染較輕。

(2)氨氮指數(shù)。在所有的五個監(jiān)測斷面中，清原下斷面呈高度顯著上升趨勢，占全部監(jiān)測斷面的 20%；北雜木斷面和和平橋斷面無明顯變化趨勢，占全部監(jiān)測斷面的40%；七間房斷面和出庫口斷面呈明顯下降趨勢，占全部監(jiān)測斷面的 40%。對監(jiān)測結(jié)果的濃度中值分析可以看出，北雜木斷面能夠達(dá)到國標(biāo)Ⅱ類水體要求；清原下和出庫口斷面屬于Ⅲ類水體水質(zhì)；其余兩個斷面屬于Ⅳ類水質(zhì)，水質(zhì)情況滿足遼寧省地表水體污染控制標(biāo)準(zhǔn)，氨氮的控制情況整體良好。

(3)總氮指數(shù)。在所有的五個監(jiān)測斷面中，清原下斷面、和平橋斷面、七間房斷面和出庫口斷面呈高度顯著上升趨勢，占整全部監(jiān)測斷面的80%。北雜木斷面無明顯趨勢變化，占全部監(jiān)測斷面的10%。從濃度中值來看，出庫口斷面和清原下斷面滿足國標(biāo)Ⅲ類水體范圍，但是已經(jīng)十分接近上限；和平橋斷面和七間房斷面屬于Ⅳ類水體范圍。究其原因，渾河及其支流流經(jīng)的區(qū)域?qū)儆谶|寧省的農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的大量氮肥會造成比較嚴(yán)重的面污染。此外，和平橋和七間房斷面位于撫順市區(qū)，接受了數(shù)量不等的城市生活污水和工業(yè)污染水源，因此控制總氮污染仍是渾河水質(zhì)控制的重中之重。從總氮的濃度中值看，只有北雜木斷面屬于Ⅱ類水體水質(zhì)，且變化趨勢比較平穩(wěn)。

(4)總磷。在所有的五個監(jiān)測斷面中，出庫口斷面和清原下斷面呈高度顯著上升趨勢，占全部監(jiān)測斷面的 40%。北雜木斷面呈顯著上升趨勢，占全部監(jiān)測斷面的 20%。和平橋斷面無明顯變化趨勢，占整個監(jiān)測斷面的 20%。七間房斷面呈顯著下降趨勢，占全部斷面的20%。其中，北雜木斷面總磷雖然呈上升趨勢但由于水質(zhì)基礎(chǔ)好，水質(zhì)仍屬于國標(biāo)Ⅱ級水質(zhì)范圍，其余斷面也分別屬于Ⅲ類和Ⅳ水體水質(zhì)和范圍內(nèi)。

表2 渾河干流撫順段水質(zhì)趨勢分析結(jié)果

4 結(jié) 論

季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法作為重要的趨勢分析方法符合時代要求，美國各州在河流水質(zhì)評價中多采用此方法。本文利用季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法對渾河干流撫順段的水質(zhì)變化趨勢進行了分析，結(jié)果顯示CODmn、氨氮、總氮、總磷等主要污染物指標(biāo)總體上呈上升趨勢，特別是總氮指標(biāo)上升趨勢更為明顯。因此，撫順市的水源保護工作有待加強。此外，從分析結(jié)果來看，渾河上游斷面污染物增長趨勢比較明顯，撫順市區(qū)段雖然污染水平較高，但基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，且部分指標(biāo)穩(wěn)中有降。這說明撫順市近年來在城市水污染治理方面取得了顯著成績，但是廣大農(nóng)村地區(qū)的污染狀況不容樂觀，特別是農(nóng)業(yè)面源污染問題一直沒有得到有效解決，應(yīng)該引起有關(guān)部門的重視。

[1] 郎駿,孫曉菊,朱茂森.撫順市構(gòu)建節(jié)水型社會的必要性及措施[J].水土保持應(yīng)用技術(shù),2012(5):29-30.

[2] 吳寧.渾河健康評價及保護對策分析[J].黑龍江水利科技,2015(8):191-195.

[3] 薛麗.基于渾河灌溉期水平衡測試水量分析[J].黑龍江水利科技,2016(6):30-32.

[4] 沈葉青.上海市奉賢區(qū)近些年地表水水質(zhì)變化趨勢分析[J].黑龍江水利科技,2014(4):14-16.

[5] 牛亞芬,李闖,牛亞君.大興安嶺地區(qū)水質(zhì)變化趨勢分析[J].黑龍江水利科技,2010(5):113-114.

[6] 賈俊杰,逄勇,羅縉,等.肯達(dá)爾檢驗法在江陰市河流水質(zhì)趨勢分析中的應(yīng)用[J].水資源與水工程學(xué)報,2014(3):83-89.

[7] Hirsch R M,Slack J R.Anonparametric trend test for seasonal data with serialdepedence[J].Water Resources Research, 1984,20(6):727-732.

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Research on water quality change trend based on seasonal Kendall testing method

FANG Xin

(LiaoningrunzhongwatersupplyCo.,Ltd.，shenyang110000，China)

The Hunhe river is an important river in the middle of Liaoning Province, cities and towns within the basin in the high stage of industrialization,and it is more and more serious pollution in this area.This paper is based on the seasonal Kendall testing method,and uses PWOTrend software to study the main pollution fators on the change of water quality for three main monitoring sections in Fushun.The conclusions have important value to put forward the water quality protection measures and ensure the safety water environment of Hunhe river.

Hunhe river; seasonal Kendall test method; water quality change trend

房 鑫(1988-)，男，遼寧朝陽人，助理工程師， 主要從事水利工程設(shè)計與管理工作。E-mail:fx123@126.com。

P342

A

2096-0506(2017)02-0055-04