金匯港2006年以來水質(zhì)狀況評價(jià)及變化趨勢研究

摘要：本文結(jié)合區(qū)域地表水水質(zhì)特點(diǎn)，采用綜合污染指數(shù)對金匯港水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)，計(jì)算了其水質(zhì)污染負(fù)荷，并采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)變化趨勢的研究。結(jié)果表明，自2006年以來，僅2016年、2017年金匯港水質(zhì)基本達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)。金匯港水質(zhì)的主要污染因子為氨氮和總磷。自2006年以來水質(zhì)總體呈改善趨勢，下游錢橋斷面水質(zhì)改善趨勢最為顯著。研究表明，綜合污染指數(shù)法可以準(zhǔn)確、全面地評價(jià)地表水水質(zhì)，并為以氮、磷為主要污染物的城市水環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：地表水；水質(zhì)評價(jià)；綜合污染指數(shù)

中圖分類號：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0180-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.108

Abstract： The water quality of Jinhui Port was evaluated using a comprehensive pollution index according to the characteristics of regional surface water quality. The water pollution load was calculated. The spearman rank correlation coefficient method was applied to investigate the tendency of water quality from 2006 to 2017. The results suggest the water quality of Jinhui Port reached recently the target of water environment function zone in the last two years. The main contributors of water pollution were ammonia nitrogen and total phosphorus. The water quality of Jinhui Port has been improving since 2006 and the water quality of Qianqiao section in the downstream showed the most obvious improvement. The resultssuggest that the comprehensive pollution index method can accurately and comprehensively evaluate the surface water quality. This study provides a reference for the evaluation of urban water environmental quality under the threat of nitrogen and phosphorus.

Key words： Surface water； Water quality evaluation ；Comprehensive pollution index

金匯港是奉賢區(qū)最大的河流，由北向南貫穿全區(qū)，北接黃浦江，筆直南下直通杭州灣，全程21.8km。根據(jù)《水污染防治行動計(jì)劃》（以下簡稱“水十條”）的要求，金匯港-錢橋斷面作為上海20個(gè)國家考核斷面之一，從2016年開始以消除劣V類為目標(biāo)，進(jìn)行了一系列大規(guī)模整治工作。根據(jù)“水十條”的要求，需對重點(diǎn)整治斷面水質(zhì)進(jìn)行考核和評估。本文以2006年以來的監(jiān)測數(shù)據(jù)為依托評價(jià)金匯港水質(zhì)及其變化趨勢。

水質(zhì)評價(jià)是了解水質(zhì)狀況的重要手段，評價(jià)結(jié)果能為環(huán)境管理部門的決策提供科學(xué)依據(jù)。目前，地表水的評價(jià)方法有多種，主要有單因子評價(jià)法、綜合指數(shù)評價(jià)法、模糊數(shù)學(xué)模式評價(jià)法、灰色評價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)法等[1-5]，其中綜合指數(shù)評價(jià)法根據(jù)選擇不同的水質(zhì)因子、賦予不同的權(quán)重而衍生出多個(gè)評價(jià)方法。本文根據(jù)上海市地表水污染特征，采用綜合污染指數(shù)法[6]評價(jià)金匯港2006年至今的水質(zhì)狀況及污染特征，同時(shí)采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法研究水質(zhì)變化趨勢。

1 水質(zhì)評價(jià)方法

參考《地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法（試行）》[7]并根據(jù)本區(qū)域地表水環(huán)境污染特點(diǎn)，選取具有代表性的污染物因子進(jìn)行評價(jià)和分析，包括溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮和總磷。依據(jù)2016～2017年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對金匯港各斷面進(jìn)行定性評價(jià)和達(dá)標(biāo)評價(jià)，計(jì)算各污染因子的污染負(fù)荷，并采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法研究水質(zhì)變化趨勢。

1.1 河流概況

金匯港自上游至下游，共設(shè)置3個(gè)監(jiān)測斷面，分別為金匯閘外、金匯和錢橋，水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)分別為Ⅲ類、Ⅲ類和Ⅳ類水質(zhì)。其中金匯閘外斷面位于黃浦江與金匯港的交界口。

1.2 綜合污染指數(shù)

根據(jù)算術(shù)平均值法計(jì)算綜合水質(zhì)指數(shù)P，計(jì)算公式為：

式中P為綜合水質(zhì)指數(shù)；Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為污染物實(shí)測濃度；Si為相應(yīng)水質(zhì)類別的標(biāo)準(zhǔn)值；n為參與評價(jià)的項(xiàng)目數(shù)。溶解氧污染指數(shù)：

溶解氧污染指數(shù)

Ci為t溫度下的溶解氧實(shí)測值；C標(biāo)（t）為t溫度下相應(yīng)水質(zhì)類別的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值（GB 3838-2002 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》），C標(biāo)（t）=飽和度標(biāo)，見表1。

1.3 水質(zhì)定性評價(jià)

對水體的清潔或污染程度進(jìn)行的評價(jià)稱為水質(zhì)定性評價(jià)。以《地表水環(huán)境質(zhì)量》[8]III類水質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)，分別用I、II、III、IV、V類值計(jì)算常溫（T=25℃）下的綜合水質(zhì)指數(shù)，對應(yīng)水質(zhì)類別，得到綜合水質(zhì)指數(shù)與水質(zhì)定性評價(jià)分級的對應(yīng)關(guān)系見表2。

1.4 污染負(fù)荷計(jì)算

污染負(fù)荷率可以反映不同指標(biāo)對水體的污染貢獻(xiàn)，計(jì)算公式：

式中：P為綜合水質(zhì)指數(shù)；Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)；Ki為污染物的污染負(fù)荷率。

1.5 水質(zhì)趨勢分析

運(yùn)用spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析水質(zhì)趨勢分析，該方法是指成對的2個(gè)變量數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖呈現(xiàn)出直線趨勢時(shí)，采用最小二乘法，找到兩者間的經(jīng)驗(yàn)公式，即一元線性回歸預(yù)測模型。根據(jù)自變量的變化，來估計(jì)因變量變化的預(yù)測方法。

1.6 水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)

對斷面（河道、水系）水質(zhì)是否達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)值進(jìn)行的評價(jià)稱為水環(huán)境功能區(qū)達(dá)標(biāo)評價(jià)。斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況判斷，是以相應(yīng)功能區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算某個(gè)斷面的綜合水質(zhì)指數(shù)P，P>1為超標(biāo)，P≤1為達(dá)標(biāo)。河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)判斷，是以各個(gè)斷面相應(yīng)功能區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算每個(gè)斷面的綜合水質(zhì)指數(shù)，然后對綜合水質(zhì)指數(shù)進(jìn)行平均，P（平均）>1為超標(biāo)，P（平均）≤1為達(dá)標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)定性評價(jià)

各斷面自2006年以來歷年的綜合污染指數(shù)的變化趨勢如圖1所示。由圖可知，金匯閘外和金匯斷面自2006以來水質(zhì)定性評價(jià)均為輕度污染，錢橋斷面12個(gè)年份中有6個(gè)年份水質(zhì)屬于輕度污染，另有6個(gè)年份水質(zhì)屬于中度污染，中度污染的比例為50%。三斷面的綜合污染指數(shù)總體上均呈下降趨勢，表明水質(zhì)呈改善趨勢。金匯閘外斷面代表上游黃浦江來水水質(zhì)，張廣強(qiáng)的研究表明，近20年來黃浦江水質(zhì)有所改善[9]。2006年，金匯港平均綜合污染指數(shù)為1.53，2017年下降為0.82，下降率達(dá)46.4%，水質(zhì)顯著轉(zhuǎn)好。

2.2 污染負(fù)荷評價(jià)

計(jì)算溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮和總磷歷年的污染負(fù)荷，結(jié)果顯示污染負(fù)荷率較大的水質(zhì)因子為氨氮和總磷（歷年污染負(fù)荷的平均值分別為23.0%和21.5%），上海環(huán)保年鑒表明近年來上海市地表水的主要污染因子也是氨氮和總磷[10]，與本研究結(jié)果一致。同時(shí)，氨氮和總磷的污染負(fù)荷之和，從最高的48.3%（2014年）下降到36.3%（2017年），說明隨著近兩年奉賢區(qū)污水截污納管率不斷提升，氮磷污染的情況有所好轉(zhuǎn)。

2.3 水質(zhì)趨勢分析

2.3.1 金匯港2006～2017年線性回歸分析

選取溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮和總磷五項(xiàng)水質(zhì)因子采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行水質(zhì)趨勢分析，具體采用2006～2017年三斷面的平均值進(jìn)行線性回歸分析。圖2為氨氮的年度變化趨勢圖及線性回歸方程。

由圖2可見，氨氮濃度在2009～2013年間呈上升趨勢，在2013～2017年間顯著下降；總磷濃度變化趨勢與氨氮基本相同。黃浦江2011～2015年氨氮濃度為0.85～1.69 mg L-1，2015年氨氮濃度與2011年相比，下降了41.9%；同時(shí)，黃浦江2011～2015年總磷濃度為0.19～0.30 mg L-1，2015年總磷濃度與2011年相比，下降了31.6% [10]。金匯港水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果與變化趨勢與黃浦江水質(zhì)相吻合。

五項(xiàng)水質(zhì)因子的回歸結(jié)果見表3。回歸方程中的斜率代表了水質(zhì)因子的變化率，回歸系數(shù)代表了回歸方程的相關(guān)性。

由表3中回歸方程的斜率正負(fù)不同可知，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮和總磷濃度隨時(shí)間均呈下降趨勢，溶解氧濃度隨時(shí)間呈上升趨勢，水質(zhì)整體呈好轉(zhuǎn)趨勢。具體來看，高錳酸鹽指數(shù)和五日生化需氧量線性回歸方程的相關(guān)性較好，兩者呈較為穩(wěn)定的逐步下降趨勢；氨氮和總磷的線性回歸方程的相關(guān)性較差，自2006年以來氨氮和總磷濃度總體呈下降趨勢，但在2009～2013年間出現(xiàn)短暫上升態(tài)勢，影響了線性回歸的相關(guān)性。

2.3.2 金匯港各斷面線性回歸分析

金匯港3個(gè)監(jiān)測斷面自上游、中游到下游分別為金匯閘外、金匯和錢橋，各斷面五項(xiàng)水質(zhì)因子的回歸分析結(jié)果如表4所示?；貧w趨勢結(jié)果表明，三斷面中，各水質(zhì)因子的變化規(guī)律相同，除溶解氧隨時(shí)間上升之外，其余4個(gè)水質(zhì)因子都呈下降趨勢。比較各斷面回歸方程可知錢橋斷面水質(zhì)參數(shù)的變化率最大，顯示錢橋斷面水質(zhì)好轉(zhuǎn)趨勢最明顯，這得益于在錢橋斷面沿岸采取的一系列綜合整治措施。目前，錢橋斷面水質(zhì)已達(dá)到Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 水質(zhì)達(dá)標(biāo)評價(jià)

金匯閘外和金匯斷面的水質(zhì)功能區(qū)目標(biāo)為Ⅲ類。金匯閘外斷面2006-2015年綜合污染指數(shù)均大于1，斷面水質(zhì)未達(dá)標(biāo)，僅2016年、2017年水質(zhì)達(dá)標(biāo)。金匯斷面2006～2016年綜合污染指數(shù)均大于1，斷面水質(zhì)僅2017年達(dá)標(biāo)。錢橋斷面的水質(zhì)功能區(qū)目標(biāo)為Ⅳ類，2006年以來，2009～2011年、2014年、2016年和2017年水質(zhì)達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)年份占比50%。相比環(huán)保部規(guī)定的單因子評價(jià)方法[6]，綜合污染指數(shù)法不是以單個(gè)最差的水質(zhì)因子來判斷斷面的水質(zhì)類別，解決了單因子評價(jià)無法綜合評價(jià)斷面水質(zhì)的弊端，從這個(gè)層面來講，綜合污染指數(shù)法的評價(jià)結(jié)果更客觀和全面。

3 結(jié)論

金匯港地表水水質(zhì)以氮磷污染為主要特點(diǎn)，2006年至今，金匯港全河道水質(zhì)總體呈好轉(zhuǎn)趨勢，近兩年水質(zhì)基本達(dá)到功能區(qū)目標(biāo)?？梢娊?0年來開展的四輪“三年環(huán)保行動計(jì)劃”在水環(huán)境治理方面取得了顯著成效。為進(jìn)一步鞏固水環(huán)境治理的成果，奉賢區(qū)作為農(nóng)業(yè)大區(qū)，仍需不斷削減農(nóng)業(yè)面源污染，減少含氮磷的農(nóng)藥化肥的使用量，并不斷提高區(qū)域內(nèi)污水的截污納管率，削減污染物排入量。本文采用的研究方法能夠?qū)λ|(zhì)進(jìn)行定性評價(jià)和達(dá)標(biāo)評價(jià)，同時(shí)判斷水體的主要污染因子，可以準(zhǔn)確且全面地對地表水水質(zhì)做出評價(jià)。此外，本文采用的研究方法適合應(yīng)用于以氮、磷為主要污染物的城市水環(huán)境質(zhì)量的評價(jià)。

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收稿日期：2018-04-08

作者簡介：朱敏（1983-），女，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和評價(jià)。