淺析濁度對寧夏黃河自動站監(jiān)測總磷數(shù)據(jù)的影響分析

耿娜瑤，董亞萍，張衛(wèi)紅，趙 倩

（寧夏回族自治區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，寧夏 銀川 750004）

0 引言

黃河寧夏段國控斷面的總磷監(jiān)測方式為水質(zhì)自動站自動監(jiān)測，黃河寧夏段的任務(wù)目標(biāo)為“Ⅱ進(jìn)Ⅱ出”，但監(jiān)測數(shù)據(jù)中在雨季總會出現(xiàn)總磷超地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象發(fā)生。前人的研究指出，濁度和總磷之間存在一定的聯(lián)系，而黃河是著名的多泥沙河流，這說明，目前自動監(jiān)測站對總磷的監(jiān)測方法有一定的弊端，筆者將以黃河上游斷面進(jìn)行分析，探究其內(nèi)在關(guān)聯(lián)。

1 黃河水質(zhì)自動站現(xiàn)狀

根據(jù)近代實測資料分析，進(jìn)入黃河干流的多年平均年輸沙量為16億t，含沙量為35kg/m3，含沙量大是黃河的一大特征和本底。

《GB 11893-89水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》[1]是1989年頒布，多年未修訂，該監(jiān)測技術(shù)規(guī)范沒有根據(jù)水體的特征制定符合不同水體、有針對性的、量化的、可操作的技術(shù)規(guī)定，尤其是對泥沙河流。

目前，黃河寧夏段總磷自動監(jiān)測的方法比照的也是GB 11893-89，通常僅通過沉降池靜置半個小時后取樣監(jiān)測。大量實驗數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)顯示，濁度對總磷具有一定的干擾影響。對于泥沙含量不同的水樣，通過實驗發(fā)現(xiàn)，靜置半小時后濁度仍很高并趨于平穩(wěn)。這意味著，黃河寧夏段總磷自動監(jiān)測數(shù)據(jù)會受黃河含沙量的影響，出現(xiàn)異常值或監(jiān)測數(shù)據(jù)不能代表水樣真實數(shù)據(jù)的情況。因此，通過對國控黃河監(jiān)測點(diǎn)位的研究，找尋出適合本地的解決辦法。

2 數(shù)據(jù)選擇及意義

選取黃河甘肅段、寧夏段、內(nèi)蒙段、山西段、山東段的典型黃河水體，覆蓋黃河寧夏段上下游5省份。黃河甘肅段是寧夏段上游，內(nèi)蒙段、山西段是寧夏段的下游，山東段是黃河入?？?，分別確定11個監(jiān)測斷面，判定黃河濁度情況。

以國控寧夏段監(jiān)測6個點(diǎn)位（寧夏下河沿、寧夏金沙灣、寧夏葉盛公路橋、寧夏銀古公路橋、寧夏平羅黃河大橋、寧夏麻黃溝）進(jìn)行實驗，分析寧夏段黃河水濁度和總磷的關(guān)聯(lián)。

采樣方式及運(yùn)輸過程嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)方法[2]及地表水采樣技術(shù)規(guī)范執(zhí)行[3]。

3 實驗分析

3.1 不同濁度靜穩(wěn)沉降時間

以黃河5省份11個監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)判定黃河濁度情況。

將原水濁度2641～297NTU的19個點(diǎn)位實驗數(shù)據(jù)分為高、中、低三個類型，水樣按連續(xù)三次靜置后濁度下降率變化不超過5%的要求，找到靜穩(wěn)點(diǎn)，分析其靜穩(wěn)定后的穩(wěn)態(tài)濁度變化，見圖1。

濁度不同需要的靜穩(wěn)時間不同。濁度越高到達(dá)靜穩(wěn)點(diǎn)的時間需要越長。反之亦然。根據(jù)劉樞[4]、侯凱[5]等前人的大量研究發(fā)現(xiàn)，濁度對水質(zhì)的總磷存在影響。由圖1的趨勢圖可以分析得出，濁度不論在2000NTU左右，還是200NTU左右，最終靜穩(wěn)后的濁度均在200～100NTU，黃河水依然屬于濁水樣。

圖1 不同濁度原水靜穩(wěn)后趨勢圖

3.2 濁度與總磷存在關(guān)聯(lián)

黃河流域冬季受西北風(fēng)影響，氣候干燥寒冷，最低氣溫一般都在0℃以下，黃河許多河段在冬季都要結(jié)冰封河。因此選取3—9月240d黃河寧夏段內(nèi)5個自動站總磷、濁度的監(jiān)測數(shù)據(jù)，匯總成表進(jìn)行實驗分析，見圖2～圖6。

圖2 下河沿段3—9月濁度、總磷變化趨勢圖

圖6 平羅黃河大橋段3—9月濁度、總磷變化趨勢圖

下河沿斷面、金沙灣斷面、葉盛公路橋斷面、銀古公路橋斷面、平羅黃河大橋斷面入夏后總磷指標(biāo)均有超過地表水Ⅱ類的情況發(fā)生。通過濁度的對比，發(fā)現(xiàn)當(dāng)斷面濁度明顯升高時，總磷的監(jiān)測值也存在顯著提高，濁度高低和總磷監(jiān)測值存在一定的關(guān)聯(lián)。

3.3 分析各斷面總磷、濁度變異系數(shù)

變異系數(shù)離散程度的一個歸一化量度反映數(shù)據(jù)離散程度的絕對值。變異系數(shù)越小，數(shù)據(jù)離散程度越小，表示數(shù)據(jù)趨于平和；變異系數(shù)越大，數(shù)據(jù)離散程度越大，表示數(shù)據(jù)波動較大。因此，引入變異系數(shù)計算公式（1），判斷各斷面3—9月270d自動監(jiān)測站對總磷、濁度監(jiān)測數(shù)據(jù)的波動情況，見表1、表2。

表1 各斷面3—9月總磷數(shù)據(jù)變異系數(shù)情況表

表2 各斷面3—9月濁度數(shù)據(jù)變異系數(shù)情況表

圖3 金沙灣段3—9月濁度、總磷變化趨勢圖

圖4 葉盛公路橋段3—9月濁度、總磷變化趨勢圖

圖5 銀古公路橋段3—9月濁度、總磷變化趨勢圖

由表可知，下河沿斷面、金沙灣斷面平均值超地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，5個斷面最大值均超地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，且下河沿斷面最大值已超Ⅴ類水質(zhì)。而寧夏黃河段3—9月也未出現(xiàn)污染事故。數(shù)據(jù)離散程度越大，表示數(shù)據(jù)波動較大，反觀總磷和濁度的變異系數(shù)變化情況，濁度數(shù)據(jù)越離散，總磷數(shù)據(jù)變化越大。

而陸慧慧[6]等提出總磷預(yù)處理方式的不同，導(dǎo)致顆粒物濃度存在明顯差異，直接影響總磷測定的結(jié)果。李曉[7]等指出由于樣品采集后自然沉降時間不一致，使得樣品中顆粒物含量不同，這是導(dǎo)致分析結(jié)果差異較大的重要原因。婁保鋒[8]等的研究結(jié)果表明，渾樣、澄清樣和清樣總磷濃度監(jiān)測值之間存在顯著差別。這與本實驗數(shù)據(jù)邏輯一致，但前人的數(shù)據(jù)中沒有體現(xiàn)出顆粒物濃度和總磷之間的明確關(guān)系，因此筆者進(jìn)行了下一步實驗，探究其存在的關(guān)系。

3.4 濁度改變對總磷的影響

從30個點(diǎn)位信息中選取具有代表性的17個點(diǎn)位信息，測得原水濁度、原水總磷，根據(jù)濁度的高低不同，＞400NTU選擇離心2min的前處理方法，＜400NTU選擇離心1min的前處理方法，并測得離心后的濁度和總磷。數(shù)據(jù)對比見圖7。

圖7 濁度和總磷的變化趨勢

以上總磷數(shù)據(jù)的監(jiān)測方法為《GB 11893-89 鉬酸銨分光光度法》。通過數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)水樣濁度發(fā)生變化后，總磷的結(jié)果也隨之發(fā)生相應(yīng)的波動，出現(xiàn)同高同低的變化趨勢。

這是因為分光光度法的基本依據(jù)是有色溶液對光的選擇性吸收?？偭椎臏y定方法是《GB 11893-89鉬酸銨分光光度法》，顯色波長為700nm，屬于可見光區(qū)光譜（400～760nm）[9]，顆粒物在總磷的測定波長下會產(chǎn)生光譜吸收，對總磷測定干擾較大[10]。因此，當(dāng)濁度值升高，大量的顆粒物的濃度使得產(chǎn)生的光譜吸收增大，進(jìn)而影響測得總磷的濃度值偏高。

4 結(jié)論

（1）濁度變化將影響總磷監(jiān)測結(jié)果。根據(jù)各斷面3—9月總磷、濁度變異系數(shù)分析，數(shù)據(jù)離散程度越大，數(shù)據(jù)波動較大，究其原因，顆粒物在總磷的測定波長下會產(chǎn)生光譜吸收，濁度和總磷之間存在正相關(guān)性，影響總磷監(jiān)測數(shù)值。

（2）不同斷面水土流失情況不同，導(dǎo)致含沙量不同，且雨季降雨量大，使得黃河泥沙含量增大，這將導(dǎo)致多泥沙河流水質(zhì)自動監(jiān)測不能準(zhǔn)確、真實地反應(yīng)當(dāng)時水質(zhì)情況，為盡可能使得總磷監(jiān)測技術(shù)更科學(xué)、合理，確保用于考核的監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、科學(xué)，符合河流的實際水質(zhì)狀況，可考慮采用以下幾種方法：①明顯偏高的數(shù)據(jù)應(yīng)該剔除；②5—9月雨季，自動站可延長靜置時間，設(shè)置1.5h靜止時間，并增加濁度-補(bǔ)償，盡可能的使自動站的數(shù)據(jù)具有準(zhǔn)確性。