淮河干流阜陽段水質(zhì)變化趨勢分析

應(yīng) 玉

一、引言

淮河干流在阜陽境內(nèi)長169km，流域面積9775km2，其主要有沙潁河、茨淮新河、谷河、潤河、大潤河、阜蒙新河、西淝河等支流，八里湖、焦崗湖等湖泊，唐垛湖、邱家湖、南潤段3 處行蓄洪區(qū)以及濛洼蓄洪區(qū)?；春邮歉逢柺兄匾恿鳎鼗磧砂豆まr(nóng)業(yè)和人口相對集中，是阜陽重要的生活生產(chǎn)水源，其水環(huán)境質(zhì)量對阜陽生產(chǎn)生活起著至關(guān)重要的作用。本文選取淮河豫皖省界王家壩斷面至魯臺子為典型分析河段，采用季節(jié)性Kendall 檢驗(yàn)方法對其主要污染指標(biāo)變化趨勢、流量調(diào)節(jié)下污染物情況進(jìn)行分析，為區(qū)域水環(huán)境保護(hù)和污染防控工作提供科學(xué)依據(jù)。

二、方法與數(shù)據(jù)來源

（一）分析方法

季節(jié)性Kendall 檢驗(yàn)方法是1982年由Hirsch 等人在Mann-Kendall 檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的一種非參數(shù)趨勢檢驗(yàn)法，該方法可以避免季節(jié)性變化、漏測、指標(biāo)數(shù)值未檢出等因素的影響，進(jìn)而判斷水質(zhì)變化的趨勢程度。其原理是將歷年相同月或同季的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果后面的值（在時間上）高于前面的值，記為“＋”號，否則記為“﹣”號，如果“＋”的數(shù)量大于“﹣”的數(shù)量，則判定為濃度呈上升趨勢，反之則為下降趨勢。如果“＋”的數(shù)量等于“﹣”的數(shù)量，則判定為無明顯升降趨勢。流量調(diào)節(jié)的季節(jié)性Kendall 檢驗(yàn)是通過殘差分析，根據(jù)流量和濃度的相關(guān)關(guān)系來判斷污染源的變化。

應(yīng)用PWQTrend2010 軟件，對淮河干流阜陽段水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行分析，并通過流量調(diào)節(jié)檢驗(yàn)，進(jìn)一步了解污染源的變化情況。

（二）數(shù)據(jù)來源

采用季節(jié)性Kendall 檢驗(yàn)法分析水質(zhì)變化趨勢，數(shù)據(jù)系列一般選取5～12年為宜。數(shù)據(jù)系列過長會隱藏當(dāng)前趨勢，過短則不能準(zhǔn)確確定趨勢。因此數(shù)據(jù)序列選取2014—2021年。水質(zhì)數(shù)據(jù)采用了安徽省水環(huán)境監(jiān)測中心阜陽分中心淮河干流阜陽段王家壩、魯臺子主要控制斷面每月水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)，篩選氨氮（NH3-N）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、化學(xué)需氧量（CODCr）、總磷（TP）四個重要參數(shù)開展水質(zhì)變化趨勢分析。流量數(shù)據(jù)采用安徽省阜陽水文水資源局王家壩、魯臺子站月均流量數(shù)據(jù)。

三、結(jié)果與討論

（一）水質(zhì)變化趨勢

根據(jù)2014—2021年淮河干流阜陽段的王家壩、魯臺子水質(zhì)斷面檢測數(shù)據(jù)，繪制污染物濃度變化過程，見圖1。王家壩、魯臺子水質(zhì)斷面的NH3-N、CODMn、CODCr、TP 濃度均呈不同程度的降低，王家壩斷面TP 在2015年和2017年出現(xiàn)回峰，質(zhì)量濃度數(shù)值略高于Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，其他污染物濃度值均在Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限制以下。TP 的超標(biāo)主要因?yàn)檠雌诔瑯?biāo)比例較高，通過對王家壩站點(diǎn)雨量資料分析，2015年和2017年王家壩站年降雨量分別為1219.4mm、1540.4mm，均高于多年平均值965.1mm，且汛期降水量相對集中?；春映练e物中TP 主要受到農(nóng)業(yè)面源污染的影響，顆粒態(tài)磷隨降水和徑流攜帶的泥沙進(jìn)入水體，使得汛期TP 濃度較高。2017年以后，TP 濃度顯著下降，可能是由于國家政策調(diào)整和水環(huán)境大力整治，淮河干流生源物質(zhì)含量有所減少，富營養(yǎng)化程度降低。

圖1 淮河干流阜陽段的王家壩、魯臺子污染物濃度變化圖

從空間上分析，除2020年的CODMn、CODCr以外，王家壩斷面污染物濃度高于下游魯臺子斷面，說明王家壩至魯臺子區(qū)間來水對干流水質(zhì)整體是起促進(jìn)作用。

運(yùn)用季節(jié)性Kendall 檢驗(yàn)法對水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。王家壩斷面的NH3-N 和TP呈高度顯著下降，NH3-N 濃度以平均每年0.01mg/L的速率下降，TP 濃度以平均每年0.015mg/L 速率下降。魯臺子斷面NH3-N 和TP 分別呈顯著下降和高度顯著下降，NH3-N 濃度以平均每年0.001mg/L 的速率下降，TP 濃度以平均每年0.013mg/L速率下降。CODMn、CODCr濃度均為無顯著升降趨勢。按變化率大小排序TP ＞NH3-N ＞CODCr＞CODMn。

表1 淮河干流阜陽段水質(zhì)變化趨勢分析結(jié)果表

（二）流量調(diào)節(jié)水質(zhì)變化趨勢

為進(jìn)一步判斷水質(zhì)變化趨勢的原因，對2014—2021年王家壩和魯臺子月均流量與水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，水質(zhì)變化趨勢分析成果見表2。經(jīng)過流量調(diào)節(jié)后，NH3-N 水質(zhì)參數(shù)在流量調(diào)節(jié)前后濃度變化趨勢發(fā)生了改變，王家壩斷面NH3-N 從高度顯著下降變?yōu)轱@著下降，魯臺子斷面NH3-N 從顯著下降趨勢變?yōu)闊o明顯升降趨勢，說明NH3-N 的水質(zhì)變化受流量及污染源的共同影響。CODMn、CODCr、TP水質(zhì)參數(shù)與調(diào)節(jié)前濃度變化趨勢一致，說明流量不是引起其濃度變化趨勢的主要原因，水質(zhì)的變化主要由于污染源變化而引起的。

表2 淮河干流阜陽段季節(jié)性Kendall 流量調(diào)節(jié)水質(zhì)變化趨勢分析結(jié)果表

結(jié)合各斷面水質(zhì)參數(shù)濃度與流量關(guān)系進(jìn)行分析（見圖2）。一般情況下，點(diǎn)源污染物濃度會在流量稀釋作用下而降低。非點(diǎn)源污染會隨著降雨徑流進(jìn)入河道中，影響河流中污染物的濃度。當(dāng)面源污染物濃度小于河道本身的濃度時，會對水體產(chǎn)生稀釋作用，反之則增加河道水體中污染物的濃度質(zhì)量。王家壩斷面CODMn、TP 的濃度隨流量的增大而增大，說明CODMn、TP 主要受非點(diǎn)源污染影響；而CODCr隨流量的增大濃度沒有明顯增高，說明其潛在的非點(diǎn)源污染較少。對于魯臺子斷面，CODMn濃度隨流量的增大而增大，說明CODMn主要受非點(diǎn)源污染影響，CODCr、TP 隨流量的增大濃度質(zhì)量沒有明顯增高，說明其潛在的非點(diǎn)源污染較少。王家壩和魯臺子NH3-N 的濃度隨流量的增加呈下降的趨勢，說明NH3-N 主要受點(diǎn)源污染影響。

圖2 王家壩、魯臺子水質(zhì)參數(shù)濃度與流量關(guān)系圖

四、結(jié)論與建議

（1）2014—2021年淮河干流阜陽段的王家壩、魯臺子水質(zhì)斷面NH3-N、CODMn、CODCr、TP 濃度均呈不同程度的下降，水環(huán)境質(zhì)量向好。

（2）從空間分析來看，上游王家壩斷面水質(zhì)變化趨勢較大，污染物濃度基本上高于下游魯臺子斷面，說明王家壩至魯臺子區(qū)間來水對干流水質(zhì)整體是起促進(jìn)作用。

（3）季節(jié)性Kendall 檢驗(yàn)結(jié)果表明：王家壩和魯臺子斷面NH3-N 和TP 呈不同程度的下降趨勢，CODMn、CODCr濃度均為無顯著升降趨勢。通過流量調(diào)節(jié)后，NH3-N 水質(zhì)參數(shù)在流量調(diào)節(jié)前后濃度變化趨勢發(fā)生了改變，說明NH3-N 的水質(zhì)變化受流量及污染源的共同影響。其他三種水質(zhì)參數(shù)與調(diào)節(jié)前濃度變化趨勢一致，說明流量不是引起其濃度變化趨勢的主要原因，水質(zhì)的變化主要由于污染源變化而引起的。

（4）結(jié)合水質(zhì)參數(shù)濃度與流量關(guān)系分析，王家壩斷面CODMn、TP 主要受非點(diǎn)源污染影響，CODCr潛在的非點(diǎn)源污染較少。對于魯臺子斷面，CODMn主要受非點(diǎn)源污染影響，CODCr、TP 潛在的非點(diǎn)源污染較少。王家壩和魯臺子斷面NH3-N 的濃度隨流量的增加呈下降的趨勢，說明NH3-N 主要受點(diǎn)源污染影響。因此，王家壩斷面仍然是污染防控的重要斷面，同時還應(yīng)加大對區(qū)域內(nèi)非點(diǎn)源污染的控制，降低非點(diǎn)源污染對河流水質(zhì)的影響■