2014—2018年大連市大沙河水質時空變化特征分析

原 暉

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

水資源是人類賴以生存的自然資源，地球上任何自然活動都離不開水資源的支持。河流是水資源的一種重要表現(xiàn)形式，合理利用河流水資源，對社會經濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

位于大連境內的大沙河是一條獨立入海的河流，發(fā)源于普蘭店區(qū)安波鎮(zhèn)的雞冠山[1]，是大連市的主要供水水源，承擔著向大連市城鎮(zhèn)居民提供生活、生產和農田灌溉用水的任務。近年來，隨著工農業(yè)發(fā)展步伐的加快，大量工農業(yè)廢水和生活污水排入大沙河流域，導致大沙河水質惡化，已經嚴重影響了流域內城鎮(zhèn)的發(fā)展。眾所周知，水質變化是自然因素和人為因素兩方面共同作用的結果[2]，因此大沙河流域的水質變化趨勢仍然存在著許多未知。為使大沙河流域經濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，本文利用大沙河2014—2018年的水質監(jiān)測數(shù)據，分析了近年來大沙河水質的時空變化特征，以期為日后大沙河的治理和合理開發(fā)利用提供數(shù)據支撐。

1 研究區(qū)概況

大沙河發(fā)源于普蘭店區(qū)安波鎮(zhèn)雞冠山南麓，流經普蘭店區(qū)、瓦房店市，于瓦房店市三臺滿族鄉(xiāng)娘娘宮村注入渤海。流域面積約為1648km2，河流長度約為129km，平均河流寬度可達350m，平均比降為1.34‰，主要支流有長山河、夾河及洼店河。

大沙河地處大連市普蘭店區(qū)，屬暖溫帶大陸性季風氣候，既無嚴寒之冬，亦無酷暑之夏，但卻四季分明，年平均溫度約為9.7℃，年平均日照時間約為2276.2h。每年的6—9月為汛期，其中7月、8月為主汛期，年平均降水量可達635.0～920.8mm。

2 水質監(jiān)測及分析方法

2.1 水質監(jiān)測

為了能夠全面地反映大沙河水質特征，在大沙河的上、中、下游設置了3個監(jiān)測斷面，分別為劉大水庫、元臺大橋以及洼子店閘，見圖1。監(jiān)測時間為2014—2018年，監(jiān)測頻次為每月1次，即每年共獲取12次監(jiān)測數(shù)據。監(jiān)測的主要指標包括高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷、總氮以及富營養(yǎng)化指數(shù)，其中水樣的采集以及分析工作均由遼寧省水環(huán)境監(jiān)測中心大連分中心完成。

圖1 大沙河水質監(jiān)測斷面分布

2.2 分析方法

2.2.1 主要監(jiān)測指標的測定方法

主要監(jiān)測指標均采用國標方法進行測定，具體如下：高錳酸鹽指數(shù)依據《水質 高錳酸鹽指數(shù)的測定》(GB 11892—1989)，利用高錳酸鉀和草酸鈉反滴定對高錳酸鹽指數(shù)進行測定；氨氮依據《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535—2009)，采用紫外分光光度法進行測定；總磷和總氮則分別依據《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》(GB 11893—1989)和《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消減紫外分光光度法》(HJ 636—2012)進行測定。

2.2.2 富營養(yǎng)化指數(shù)的計算

根據水利部《地表水資源質量評價技術規(guī)程》(SL 395—2007)的要求，湖庫富營養(yǎng)化的評價采用指數(shù)法，評價項目包括總磷、總氮、葉綠素a、高錳酸鹽指數(shù)以及透明度。根據湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)評價標準及分級方法，依據各個指標的濃度值，采用線性插值法獲得各個指標的賦分值En，利用式(1)計算求得營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)EI：

(1)

式中：EI為營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；En為評價項目賦分值；N為評價項目個數(shù)。

具體的賦分標準及分級方法見表1。

表1 營養(yǎng)狀態(tài)評價標準

評分法是一種簡單通用的評價模式，是驗證其他評價模式的最好驗證對比法。評分值越高說明水體的富營養(yǎng)化程度越嚴重。

3 分析結果

3.1 主要污染物濃度時空變化

大沙河2014—2018年主要污染物年平均濃度變化趨勢見圖2，具體表現(xiàn)為高錳酸鹽指數(shù)和總氮近幾年總體變化不大，呈穩(wěn)定趨勢；氨氮在2016年濃度升高之后即呈降低趨勢；總磷在2015年濃度陡然升高之后也越來越低。總體來看，近幾年大沙河主要河流污染物的濃度呈降低趨勢，水質已得到了明顯的改善，這與日益健全的法律法規(guī)以及相關部門嚴格的監(jiān)管力度是分不開的。

圖2 2014—2018年大沙河主要污染物年平均濃度變化

圖3 2014—2018年大沙河各監(jiān)測斷面主要污染物年平均濃度變化

大沙河各個監(jiān)測斷面主要污染物年平均濃度變化趨勢見圖3。劉大水庫2014—2018年高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總氮平均濃度基本沒有大的變化，整體呈平穩(wěn)趨勢；總磷則在2015年顯著上升之后又突然下降并趨于平穩(wěn)。元臺大橋2014—2018年高錳酸鹽指數(shù)和總磷在2015年上升以后又呈緩慢下降趨勢；氨氮除2016年顯著上升以外整體呈下降趨勢；總氮在2014—2017年持續(xù)走高后于2018年開始下降。洼子店閘高錳酸鹽指數(shù)2014—2018年基本沒有變化，呈平穩(wěn)趨勢；氨氮自2015年上升以后于2016年開始下降；總磷除2017年顯著上升外，總體呈先上升后下降趨勢；總氮則在2015年下降以后又呈緩慢上升趨勢?？臻g特征顯示：元臺大橋斷面的各主要污染物濃度均明顯大于劉大水庫和洼子店閘，即大沙河中游水質明顯劣于上游及下游。元臺大橋地處瓦房店市元臺鎮(zhèn)，主要接納瓦房店市的生活污水、工農業(yè)廢水和元臺鎮(zhèn)3家企業(yè)的廢污水。常年的污水排放導致元臺大橋斷面水質污染嚴重，因此仍要加強對元臺大橋斷面的水污染治理工作。

3.2 富營養(yǎng)化狀況

富營養(yǎng)化是指水體在人類活動或自然條件的作用下，氮、磷等營養(yǎng)物質過剩，導致水體生產力從低的貧營養(yǎng)狀態(tài)逐步向高的富營養(yǎng)狀態(tài)過渡的一種水質污染現(xiàn)象。根據富營養(yǎng)化指數(shù)的計算方法，本文先后獲得了大沙河流域的總體富營養(yǎng)化指數(shù)以及劉大水庫、元臺大橋、洼子店閘3個斷面的富營養(yǎng)化指數(shù)。由圖4可知，大沙河2014—2017年富營養(yǎng)化指數(shù)沒有太大變化，2018年富營養(yǎng)化指數(shù)稍有降低，但基本都穩(wěn)定在50左右。根據地表水評價技術規(guī)程的要求，總體上大沙河呈現(xiàn)的營養(yǎng)狀態(tài)均為中營養(yǎng)狀態(tài)。

圖4 2014—2018年大沙河富營養(yǎng)化指數(shù)變化趨勢

由圖5可知，劉大水庫及洼子店閘斷面近5年來的富營養(yǎng)化指數(shù)總體都呈顯著降低趨勢，元臺大橋斷面除2016年突然升高以后，2017年和2018年都有明顯下降?？傮w上3個監(jiān)測斷面富營養(yǎng)化指數(shù)近年來均呈顯著減小的趨勢，流域內水質有明顯改善。根據富營養(yǎng)化指數(shù)的計算結果，元臺大橋斷面呈輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，而劉大水庫和洼子店閘均為中營養(yǎng)狀態(tài)。元臺大橋富營養(yǎng)化指數(shù)較高是因為附近的生活污水排放較多，而生活污水中往往氮、磷含量都較高，因此導致進入水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質過剩，水體呈現(xiàn)了輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)[3]。水體富營養(yǎng)化會嚴重影響水體水質，造成水體透明度降低，進而影響水生植物的光合作用，造成溶解氧過飽和。富營養(yǎng)化水體中的硝酸鹽、亞硝酸鹽含量也會超標，此類水作為飲水水源會嚴重危害人們的身體健康。因此元臺大橋斷面的水污染治理仍需得到高度重視[4]。

圖5 2014—2018大沙河各監(jiān)測斷面富營養(yǎng)化指數(shù)逐年變化情況

4 結 論

根據大沙河流域2014—2018年上、中、下游3個監(jiān)測斷面的水質監(jiān)測數(shù)據，分析了大沙河主要污染物以及富營養(yǎng)化指數(shù)的時空變化特征，得到如下結論：

a.主要污染物在時間維度上呈現(xiàn)減小趨勢，在空間維度上中游主要污染物濃度要高于上游及下游。

b.富營養(yǎng)化指數(shù)在時間維度上亦呈減小趨勢，在空間維度上中游的富營養(yǎng)化程度要高于上游和下游。

總體來說，大沙河近幾年來的水質是有所改善的，這得益于國家對水環(huán)境治理的重視以及各項法律法規(guī)的有效落實。但是目前，對于大沙河中游的治理仍迫在眉睫。