基于統(tǒng)計分析的長寧河水質(zhì)時空變化特征研究

孟春曉，俸 強，黃 蕓，謝小紅，楊媛媛

(四川省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測總站，成都 610091)

1 引 言

2018年4月26日習(xí)近平總書記在深入推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展座談會上發(fā)表重要講話，強調(diào)“要堅持把修復(fù)長江生態(tài)環(huán)境擺在推動長江經(jīng)濟帶發(fā)展工作的重要位置，共抓大保護(hù)，不搞大開發(fā)”[1]。作為長江經(jīng)濟帶的重要組成，長寧河發(fā)源于宜賓市興文縣，由南向北在宜賓市江安區(qū)匯入長江，全長110km，是長江上游南岸重要的一級支流，也是宜賓市的重要經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域。近幾十年來長寧河流域經(jīng)濟發(fā)展迅速，沿河大量工礦企業(yè)的工業(yè)廢水及城鎮(zhèn)生活污水對長寧河水質(zhì)造成了較嚴(yán)重的水污染問題[2]。作為宜賓市環(huán)境質(zhì)量底線的重要組成部分，長寧河的水環(huán)境質(zhì)量是宜賓市長江經(jīng)濟帶規(guī)劃環(huán)評“三線一單”編制工作的重要內(nèi)容之一。目前水質(zhì)評價的方法很多，常用的評價方法可概括為單因子評價法和綜合評價法兩大類[3～6]。綜合評價法中包括污染指數(shù)評價法、模糊評價法、主成分分析法、灰色系統(tǒng)分析法等[7]。單因子評價法是根據(jù)“悲觀評價原則”，在各個水質(zhì)單項評價指標(biāo)中選取最差的一項作為水質(zhì)級別的最終評價依據(jù)，該方法對管理部門的監(jiān)察有重要意義[8]。本文利用2016、2017年長寧河干流及3條支流上共6個監(jiān)測斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用單因子評價法、統(tǒng)計分析等方法對長寧河水質(zhì)的時空變化特征進(jìn)行分析，以期實現(xiàn)對長寧河水質(zhì)進(jìn)行科學(xué)判斷。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 采樣點與評價指標(biāo)

宜賓市環(huán)境監(jiān)測站在長寧河干流及3條支流上設(shè)置了6個例行監(jiān)測斷面(圖1)，分別為漁箭灘、翡翠峽、紅橋園田、平橋、綿溪河橋、七里半。采樣頻率為1次/月，月初采樣分析。采樣、分析方法分別按照《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91-2002)和《水和廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)要求進(jìn)行。本論文共收集了6個斷面2016和2017年的數(shù)據(jù)，選擇了DO、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、BOD5、NH3-N和TP作為水質(zhì)評價指標(biāo)。依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水質(zhì)類別評價。根據(jù)當(dāng)?shù)囟嗄杲涤杲?jīng)驗，將6～10月確定為豐水期，5、11月為平水期，12月～次年4月為枯水期。

圖1 長寧河監(jiān)測斷面分布圖Fig.1 Distribution of monitoring sections in Changning River

2.2 分析方法

2.2.1 單因子評價法

單因子水質(zhì)評價采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法，各評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計算方法如下：

溶解氧(DO)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)的計算式：

SDOj=(DOf-DOj)/(DOf-DOs)(DOj≥DOs)

SDOj=10-9×DOj/DOs(DOj

(1)

式中：SDoj——DO在j點的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；

DOj——DO在j點的濃度，mg/L；

DOf——飽和溶解氧濃度mg/L，由下式計算DOf=468/(31.6+T)；

DOs——DO的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。

其他指標(biāo)在j點的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計算式：

Sij=Cij/Csi

(2)

式中：Sij——指標(biāo)i在j點的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；

Cij——指標(biāo)i在j點的濃度，mg/L；

Csi——指標(biāo)i的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)≤1時，表明該指標(biāo)滿足規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)>1時，則不能滿足。

2.2.2 統(tǒng)計分析法

在單因子評價的基礎(chǔ)上，本文利用箱式數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖法，來分析長寧河各斷面的水質(zhì)評價指標(biāo)質(zhì)量濃度隨時間、空間的變化情況。對5種評價指標(biāo)不同時空下的值采用柱狀圖描述，并對每種評價指標(biāo)進(jìn)行不同時間下的方差分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 斷面水質(zhì)評價結(jié)果

采用單因子評價法對長寧河6個斷面2016年、2017年的監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評價，各斷面的水質(zhì)評價結(jié)果如表1、表2所示。從評價結(jié)果可以看出，漁箭灘、紅橋園田、綿溪河橋、平橋、七里半等5個斷面水質(zhì)均符合Ⅲ類水質(zhì)要求，翡翠峽斷面除了2016年7月、2017年7月、8月、10月、11月能達(dá)到Ⅲ類水外，其余時段均超出Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，主要的污染物為TP。

3.2 斷面水質(zhì)污染特征

為了比較長寧河各監(jiān)測斷面水質(zhì)評價指標(biāo)的平均水平和變異程度，繪制了各個斷面水質(zhì)指標(biāo)的箱式數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖，不僅可以反映出監(jiān)測結(jié)果的變化程度，亦能直觀了解各水質(zhì)評價指標(biāo)的最大值和最小值，分析結(jié)果如圖2～圖6所示。

表1 單因子指數(shù)評價法水質(zhì)評價結(jié)果(2016年)Tab.1 Results of water quality evaluation by single factor index method(2016)

表2 單因子指數(shù)評價法水質(zhì)評價結(jié)果(2017年)Tab.2 Results of water quality evaluation by single factor index method(2017)

圖2 長寧河2016～2017年DO箱式數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖Fig.2 Box chart of DO concentration in Changning River from 2016 to 2017

圖3 長寧河2016～2017年CODMn箱式數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖Fig.3 Box chart of CODMn concentration in Changning River from 2016 to 2017

圖4 長寧河2016～2017年BOD5箱式數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖Fig.4 Box chart of BOD5 concentration in Changning River from 2016 to 2017

圖5長寧河2016～2017年NH3-N箱式數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖Fig.5 Box chart of NH3-N concentration in Changning River from 2016 to 2017

圖6 長寧河2016～2017年TP箱式數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖Fig.6 Box chart of TP concentration in Changning River from 2016 to 2017

從圖2～圖6可以看出，DO、CODMn、BOD5、NH3-N在各斷面的值均未超出Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而變化最大的則是TP。漁箭灘、紅橋園田、平橋、綿溪河橋的TP平均水平均小于0.14mg/L，七里半斷面盡管均值在0.14mg/L之上，但其最大值未超過Ⅲ類水質(zhì)限值。翡翠峽有79%的月份TP濃度超過Ⅲ類水限值(0.2mg/L)，該斷面的TP最大值(1.21mg/L)為最小值(0.12mg/L)的10倍，但CODMn、BOD5、NH3-N等指標(biāo)均不高，故推測造成翡翠峽斷面TP超標(biāo)的主要原因很可能為含磷工業(yè)廢水影響，而非生活污水或農(nóng)村面源污染。

3.3 斷面水質(zhì)的水期敏感性分析

為了比較不同水期長寧河各監(jiān)測斷面水質(zhì)評價指標(biāo)隨時間變化的差異，對5種水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行不同時間下的方差分析，結(jié)果如圖7～圖11所示?？傮w來看，各斷面的水質(zhì)指標(biāo)月平均值變化幅度較為穩(wěn)定。相同水期各斷面的DO和NH3-N變幅較為穩(wěn)定；除漁箭灘外，相同水期其余斷面的CODMn和BOD5變幅較為穩(wěn)定；相同水期翡翠峽的TP濃度均高于其他斷面。而同一斷面的枯水期、平水期和豐水期水質(zhì)并無明顯的變化，表明水量對河流水質(zhì)影響較小。

圖7 長寧河不同水期DO比較圖Fig.7 Comparison of DO concentrations in different water period in Changning River

圖8 長寧河不同水期CODMn比較圖Fig.8 Comparison of CODMn concentrations in different water period in Changning River

圖9 長寧河不同水期BOD5比較圖Fig.9 Comparison of BOD5 concentrations in different water period in Changning River

圖10 長寧河不同水期NH3-N比較圖Fig.10 Comparison of NH3-N concentrations in different water period in Changning River

圖11 長寧河不同水期TP比較圖Fig.11 Comparison of TP concentrations in different water period in Changning River

4 結(jié) 論

長寧河流域作為宜賓市的重要經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域，曾受工礦企業(yè)廢水、城鎮(zhèn)生活污水、生活垃圾和農(nóng)村面源污染的多重影響。隨著重點流域水污染防治規(guī)劃的實施，近年來長寧河流域強化了工礦企業(yè)廢水的深度治理，開展了沿河縣級生活污水處理廠及配套管網(wǎng)建設(shè)，使得長寧河水質(zhì)得到了極大的提升。采用單因子評價法和統(tǒng)計分析方法可以看出，長寧河各斷面總體水質(zhì)較好，TP是該河流監(jiān)測斷面水質(zhì)超標(biāo)的主要污染物。從空間上看，除TP外，各斷面的監(jiān)測指標(biāo)均滿足Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從時間上看，各斷面在不同水期的水質(zhì)指標(biāo)變化幅度不大，表明水量對河流水質(zhì)影響較小。因此，建議加大沿河兩岸污染源排查工作，尤其是翡翠峽斷面上游的污染源排查，找出污染源，列出問題清單和責(zé)任清單，才能有效解決水體污染問題。