新通揚運河(泰州段)水質(zhì)變化趨勢分析

王勝艷 陳小麗 劉國鈞

(江蘇省水文水資源勘測局泰州分局，江蘇 泰州 225300)

江河湖泊的水質(zhì)變化趨勢是政府部門和科研人員普遍關(guān)心的環(huán)境問題之一[1]。水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)通過趨勢統(tǒng)計分析后，可以更容易理解，同時可以更好地了解以往的水質(zhì)管理措施是否取得理想的效果，以及是否需要進一步完善水環(huán)境保護措施，為決策者提供宏觀決策依據(jù)[2]。本文采用時間序列法和季節(jié)性Kendall檢驗法，對2010—2018年新通揚運河(泰州段)水質(zhì)變化趨勢進行了分析，以進一步了解新通揚運河(泰州段)的水質(zhì)情況。

1 研究區(qū)域概況

新通揚運河為人工河道，地跨揚州、泰州、南通3個地級市，涉及江都市、海陵區(qū)、姜堰市、海安縣的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，西起江都市仙女鎮(zhèn)南芒稻河，東抵南通市海安縣海安鎮(zhèn)，在鳳山與通榆運河相交，全長約90km。新通揚運河是里下河地區(qū)“六縱六橫”骨干河網(wǎng)的重要組成部分，連接里下河地區(qū)南部兩個主要引排口門和3條輸水干線，是里下河地區(qū)引水、灌溉、排澇、通航的主要河道，是引江補給里下河地區(qū)、渠北地區(qū)、沿海墾區(qū)和通榆河北延供水的主要輸水河道。新通揚運河在泰州境內(nèi)長37.4km，上接揚州，下通南通，承上啟下，因此，關(guān)注新通揚運河(泰州段)的水質(zhì)變化趨勢具有重要的意義。

2 斷面布設(shè)及評價方法

2.1 斷面布設(shè)

新通揚運河(泰州段)自西向東共布設(shè)6個水質(zhì)監(jiān)測斷面，分別為董家大橋、鹵汀河口、泰州(新)、備戰(zhàn)橋(新)、姜堰(新)和白米，見圖1。其中董家大橋、鹵汀河口和泰州(新)位于海陵區(qū)，備戰(zhàn)橋(新)、姜堰(新)和白米位于姜堰區(qū)。根據(jù)新通揚運河地表水污染特點，確定溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)和五日生化需氧量(BOD5)4項指標(biāo)為分析項目。數(shù)據(jù)來源于江蘇省水環(huán)境監(jiān)測中心泰州分中心2010—2018年逐月水質(zhì)監(jiān)測資料，其中備戰(zhàn)橋(新)斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)系列為2014—2018年。水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質(zhì)，即水質(zhì)濃度DO≤5mg/L，CODMn≤6mg/L，NH3-N≤1mg/L，BOD5≤4mg/L。

圖1 2010—2018年新通揚運河(泰州段)水質(zhì)監(jiān)測斷面位置

2.2 評價方法

本研究采用時間序列法，分析新通揚運河(泰州段)6個控制斷面2010—2018年水質(zhì)變化情況；應(yīng)用季節(jié)性Kendall檢驗法，分析近年來斷面水質(zhì)濃度變化趨勢。

時間序列分析法是運用數(shù)理統(tǒng)計的方法，整理分析待評價的水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)歷史數(shù)據(jù)系列，研究其變化趨勢。時間序列分析法能夠分析評價水質(zhì)的歷史和現(xiàn)狀，一定程度上可以客觀地反映水質(zhì)的變化，但因水質(zhì)數(shù)據(jù)的缺失會對結(jié)果造成影響，因此需要長系列的較豐富的數(shù)據(jù)資料，在數(shù)據(jù)收集方面比較復(fù)雜[3-4]。

季節(jié)性Kendall檢驗是Mann-Kendall檢驗的一種推廣。它將歷年相同月或季的水質(zhì)資料進行比較，計算其檢驗統(tǒng)計量和方差，然后計算各月或季的總統(tǒng)計量，通過總統(tǒng)計量與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)表的比較進行顯著性趨勢檢驗[5]。水質(zhì)變化趨勢的顯著性由顯著性水平α確定，α≤0.01，變化趨勢高度顯著；0.01<α≤0.10，變化趨勢顯著；α>0.10，變化無趨勢[6]。

3 結(jié)果及分析

3.1 時間序列分析法水質(zhì)變化趨勢分析

采用時間序列分析法對新通揚運河(泰州段)水質(zhì)變化趨勢進行分析。新通揚運河(泰州段)6個監(jiān)測斷面2010—2018年的主要水質(zhì)指標(biāo)DO、CODMn、NH3-N和BOD5的濃度變化情況見圖2。

圖2 2010—2018年新通揚運河(泰州段)主要水質(zhì)指標(biāo)年均值變化情況

DO濃度按年份分析，2010年達到或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的斷面占總體的60.0%，2011—2015年斷面水質(zhì)不能完全穩(wěn)定在Ⅲ類，2016—2018年6個斷面全部滿足Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。從行政區(qū)域分析，上游海陵區(qū)的董家大橋、鹵汀河口和泰州(新)3個斷面DO濃度范圍為5.6～7.4mg/L，水質(zhì)濃度變化不明顯，2010—2018年DO水質(zhì)為Ⅱ～Ⅲ類；下游姜堰區(qū)的備戰(zhàn)橋(新)、姜堰(新)、白米斷面DO范圍為4.7～7.2mg/L，劣于海陵區(qū)斷面，其中備戰(zhàn)橋(新)、姜堰(新)斷面近年來DO濃度上升幅度明顯。

CODMn濃度按年份分析，2010—2011年達到或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的斷面占60.0%，2012—2018年6個斷面為Ⅱ～Ⅲ類。從行政區(qū)域分析，上游海陵區(qū)的3個斷面CODMn濃度范圍為2.9～4.1mg/L，為Ⅱ～Ⅲ類；下游姜堰區(qū)的監(jiān)測斷面CODMn濃度范圍為3.7～7.1mg/L，劣于海陵區(qū)斷面，其中姜堰(新)斷面CODMn濃度下降幅度明顯。

NH3-N濃度按年份分析，2010—2011年達到或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的斷面占40.0%，其中姜堰(新)、白米斷面為Ⅴ～劣Ⅴ類；2012—2016年達到或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的斷面提升至66.7%；2017—2018年僅白米斷面為Ⅳ類，其余斷面均為Ⅱ～Ⅲ類。從行政區(qū)域分析，海陵區(qū)董家大橋、鹵汀河口斷面NH3-N濃度范圍為0.4～0.8mg/L，始終穩(wěn)定保持在Ⅱ～Ⅲ類；海陵區(qū)的泰州(新)斷面和姜堰區(qū)的備戰(zhàn)橋(新)斷面NH3-N水質(zhì)均由Ⅳ類提升至Ⅲ類；姜堰區(qū)的姜堰(新)、白米斷面水質(zhì)均由劣Ⅳ類分別提升至Ⅲ類和Ⅳ類，NH3-N濃度下降幅度明顯。

BOD5濃度按年份分析，2010年達到或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的斷面占40.0%；2011—2013年，達到或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的斷面占60.0%；至2018年，達到或優(yōu)于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的斷面提升至66.7%。從行政區(qū)域分析，海陵區(qū)的3個斷面BOD5濃度基本可以達到或優(yōu)于Ⅲ類，下游姜堰區(qū)的備戰(zhàn)橋(新)斷面BOD5濃度保持在Ⅲ～Ⅳ類，姜堰區(qū)的姜堰(新)、白米BOD5濃度從Ⅴ類提升至Ⅳ類，各個斷面BOD5濃度均有不同幅度下降。

3.2 季節(jié)性Kendall檢驗法水質(zhì)變化趨勢分析

運用季節(jié)性Kendall檢驗方法對新通揚運河(泰州段)水質(zhì)變化趨勢進行分析。新通揚運河(泰州段)各斷面水質(zhì)變化趨勢分析結(jié)果見表1。

表1 新通揚運河(泰州段)水質(zhì)變化趨勢分析結(jié)果

a. DO在6個斷面中，上游海陵區(qū)的3個斷面均無明顯變化趨勢，下游姜堰區(qū)的備戰(zhàn)橋(新)、姜堰(新)斷面呈高度顯著上升趨勢，最下游的白米斷面無明顯變化趨勢，總體上DO質(zhì)量呈變好趨勢。

b. CODMn在6個斷面中，董家大橋斷面呈顯著下降趨勢，姜堰(新)斷面呈高度顯著下降趨勢，其余4個斷面無明顯升降趨勢，總體上CODMn質(zhì)量呈變好趨勢。

c. NH3-N在6個斷面中，董家大橋斷面無明顯升降趨勢，備戰(zhàn)橋(新)斷面呈顯著下降趨勢，其余4個斷面呈高度顯著下降趨勢，NH3-N質(zhì)量呈變好趨勢。

d. BOD5在6個斷面中，泰州(新)斷面呈顯著下降趨勢，董家大橋、鹵汀河口斷面呈高度顯著下降趨勢，其余3個斷面無明顯升降趨勢，BOD5質(zhì)量呈變好趨勢。

4 結(jié) 論

對新通揚運河(泰州段)水資源質(zhì)量狀況進行分析評價，采用時間序列分析法和季節(jié)性Kendall檢驗法均需要大量的數(shù)據(jù)資料支撐，時間序列分析法可以很直接地體現(xiàn)污染物隨時間變化的規(guī)律狀況，但是趨勢分析評價較為繁瑣；季節(jié)性Kendall檢驗法不僅可以直接判斷河流水質(zhì)各指標(biāo)濃度的變化趨勢，還可以說明趨勢變化的程度，能夠很好地描述時間序列的趨勢特征。

根據(jù)時間序列法分析，新通揚運河(泰州段)DO、CODMn、NH3-N和BOD5水質(zhì)濃度逐年好轉(zhuǎn)，上游水質(zhì)優(yōu)于下游，上游水質(zhì)濃度年際變化較小，下游水質(zhì)濃度變化幅度較明顯；根據(jù)季節(jié)性Kendall檢驗法分析，新通揚運河(泰州段)DO指標(biāo)呈上升或無明顯趨勢斷面，無下降趨勢斷面；CODMn、NH3-N和BOD5指標(biāo)呈下降或無明顯趨勢斷面，無上升趨勢斷面。因此，總體而言，新通揚運河(泰州段)水資源質(zhì)量呈好轉(zhuǎn)趨勢。分析其原因，主要是因為新通揚運河(泰州段)上游受沿江高港樞紐、江都樞紐兩大跨流域調(diào)水工程運行影響，上游水質(zhì)主要指標(biāo)濃度較好且年際變化不大；新通揚運河自西向東途徑海陵區(qū)和姜堰區(qū)，區(qū)域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖業(yè)較發(fā)達、人口密度較大，受本地降水產(chǎn)流影響，沿途支流內(nèi)的畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村生活等面源污染物等匯入河道，下游水質(zhì)較差；隨著近年來最嚴格水資源管理制度的實施、水生態(tài)文明城市建設(shè)、河長制及263環(huán)境整治專項行動等全面開展，政府注重并加強環(huán)保資金投入，水環(huán)境整治取得了積極成效，因此研究區(qū)域內(nèi)水質(zhì)濃度逐年好轉(zhuǎn)且下游水質(zhì)改善明顯。

5 建 議

可采取以下措施進一步改善新通揚運河(泰州段)的水環(huán)境質(zhì)量。嚴格入河排污口管理，強化住宅小區(qū)和農(nóng)村污廢水接管，減少未接管污廢水排放量；大力推進生態(tài)農(nóng)業(yè)，加快推進種養(yǎng)結(jié)合，積極轉(zhuǎn)變施肥方式，嚴格控制面源污染；優(yōu)化工程調(diào)度，采取區(qū)域聯(lián)合調(diào)度、引排結(jié)合、生態(tài)補水等措施，發(fā)揮水利工程在改善水質(zhì)中的作用，加快水體的流動，恢復(fù)、提高河流自凈能力；對主要支流實施疏浚整治和生態(tài)修復(fù)工程，提升支流水質(zhì)；加強河道生態(tài)修復(fù)，加大河道整治力度，包括定期進行清淤、岸線整治、河流健康評估等；深化河長制管理工作，建立協(xié)調(diào)聯(lián)動機制，發(fā)揮全社會維護河道水生態(tài)環(huán)境的積極作用。