王文靜 高鵬程 周 明 周裕紅

(長(zhǎng)江委水文局漢江水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖北 襄陽(yáng) 441022)

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丹江口水庫(kù)近十年水質(zhì)變化趨勢(shì)分析

王文靜 高鵬程 周 明 周裕紅

(長(zhǎng)江委水文局漢江水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，湖北 襄陽(yáng) 441022)

為了解丹江口水庫(kù)水質(zhì)變化趨勢(shì)，對(duì)2004～2013年丹江口水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。選取典型斷面，采用污染率分擔(dān)法、季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，對(duì)水庫(kù)主要污染因子的演變趨勢(shì)和水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化等狀況進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，丹江口壩上、陶岔和浪河口下總氮污染分擔(dān)率均超過(guò)50%；張灣斷面主要污染物為糞大腸菌群。整體來(lái)看，張灣斷面污染治理有所收效，水質(zhì)趨于穩(wěn)定；白河斷面主要污染物為總氮和糞大腸菌群。丹江口壩上、陶岔、浪河口下和白河的總氮基本保持Ⅳ類(lèi)穩(wěn)定，需進(jìn)一步加強(qiáng)治理。陶岔和浪河口下兩斷面均為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。建議加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)逐步惡化項(xiàng)目的治理，加強(qiáng)防護(hù)與控制管理。

水庫(kù)水質(zhì)；水質(zhì)污染；富營(yíng)養(yǎng)化；丹江口水利樞紐

1 概 述

南水北調(diào)工程是我國(guó)南北水資源優(yōu)化配置和調(diào)度的一項(xiàng)利國(guó)利民的重大工程，丹江口水庫(kù)作為全國(guó)最大的飲用水源保護(hù)區(qū)，得到了社會(huì)各界的高度關(guān)注[1-4]，確?！耙唤逅虮绷鳌笔悄纤闭{(diào)中線工程成功的關(guān)鍵。多年連續(xù)監(jiān)測(cè)資料表明，目前，丹江口水庫(kù)水質(zhì)總體良好，保持在地表水Ⅰ～Ⅱ類(lèi)，能夠滿(mǎn)足工程調(diào)水水質(zhì)要求。了解水資源的質(zhì)量狀況，并有針對(duì)性地對(duì)污染物的排放實(shí)施控制，對(duì)保證當(dāng)?shù)睾驼{(diào)水區(qū)的人民健康、生態(tài)平衡、經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

本文采用污染率分擔(dān)法、季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法和綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)丹江口水庫(kù)近10 a的監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算，分析水庫(kù)水質(zhì)變化趨勢(shì)，供南水北調(diào)中線工程水源地水質(zhì)監(jiān)測(cè)及水環(huán)境質(zhì)量保護(hù)的科學(xué)決策參考。

2 斷面選擇與統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)方法

2.1 斷面選擇

為了更好地反映丹江口水庫(kù)的整體水質(zhì)情況，本文選取了丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河5個(gè)典型斷面進(jìn)行分析。其中，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個(gè)斷面位于丹江口水庫(kù)庫(kù)中，反映庫(kù)區(qū)水質(zhì)狀況；張灣位于入庫(kù)支流老灌河上，反映入庫(kù)支流的水質(zhì)狀況；白河位于入庫(kù)干流上，同時(shí)是陜西-湖北的省界斷面，來(lái)水量大，反映入庫(kù)干流的水質(zhì)狀況。每年按月對(duì)水質(zhì)進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有pH值、懸浮物、總硬度、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發(fā)酚、氰化物、氟化物、硫酸鹽、氯化物、六價(jià)鉻、砷、鎘、鉛、銅、總磷、總氮、糞大腸菌群等30余項(xiàng)。

2.2 污染分擔(dān)率法

丹江口水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)采用污染分擔(dān)率法(也稱(chēng)單因子評(píng)價(jià)法)，通過(guò)比較各項(xiàng)指標(biāo)的污染指數(shù)Pi，確定水質(zhì)污染程度。若Pi<1，表明該項(xiàng)指標(biāo)未超標(biāo)，若Pi>1，則表明該項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，而且Pi值越大，表示該項(xiàng)指標(biāo)污染越嚴(yán)重。根據(jù)各項(xiàng)污染指標(biāo)的污染分擔(dān)率大小來(lái)確定主要污染指標(biāo)[5]。將污染指標(biāo)的分擔(dān)率按由大到小的順序排列，取分擔(dān)率之和占60%以上的前若干項(xiàng)污染指標(biāo)作為該河流或水系的主要污染指標(biāo)。污染分擔(dān)率：

Ki=Pi/P×100%

(1)

式中，Ki表示某水體第i項(xiàng)污染物所占的分擔(dān)率，%；Pi表示單項(xiàng)污染指數(shù)，Pi=Ci/C0(Ci表示該斷面第i項(xiàng)污染指標(biāo)的年平均值，C0表示第i項(xiàng)污染指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值)，為該項(xiàng)目實(shí)測(cè)值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值之比；P表示各單項(xiàng)污染指數(shù)之和，P=∑Pi。

溶解氧污染指數(shù)：

(2)表1 污染分擔(dān)率計(jì)算結(jié)果

2.3 季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)方法原理

季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)是Mann-Kendall檢驗(yàn)的一種推廣，1982年由Hirsch等人提出[6]，同年由Smith、Hirsch和Slack做了進(jìn)一步的修正。該檢驗(yàn)方法的思路是利用多年收集的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算各季節(jié)的Mann-Kendall檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量S及方差Var(S)，再把各季節(jié)的統(tǒng)計(jì)量相加，計(jì)算總統(tǒng)計(jì)量。如果季節(jié)數(shù)和年數(shù)足夠大，那么可以通過(guò)比較總統(tǒng)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)表來(lái)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯著性趨勢(shì)檢驗(yàn)。季節(jié)性Kendall方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是可檢驗(yàn)出可用資料系列存在漏測(cè)值、未檢出值的情況，同時(shí)可考慮季節(jié)變化對(duì)水質(zhì)的影響。

季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)的原理是將歷年相同月(季)的水質(zhì)資料進(jìn)行比較，如果后面的值(時(shí)間上)高于前面的值記為“+”號(hào)，否則記作“-”號(hào)。如果“+”居多，則可能為上升趨勢(shì)，反之，則可能為下降趨勢(shì)，如果相等則為無(wú)趨勢(shì)。

2.4 水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)等級(jí)

根據(jù)中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站推薦使用的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)[TLI(Σ)]法對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)比進(jìn)行評(píng)價(jià)[7]。采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)：TLI(Σ)<30為貧營(yíng)養(yǎng)；30≤TLI(Σ)≤50為中營(yíng)養(yǎng)；TLI(Σ)>50為富營(yíng)養(yǎng)；5070為重度富營(yíng)養(yǎng)。

3 結(jié)果與討論

3.1 主要污染物

對(duì)選取的丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河5個(gè)斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以2013年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，執(zhí)行GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算了各污染物分擔(dān)率，見(jiàn)表1。

由表1可知，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個(gè)斷面的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目中，總氮的污染分擔(dān)率均超過(guò)50%，超標(biāo)嚴(yán)重，其他統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目則可達(dá)到Ⅰ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。張灣斷面的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總磷3個(gè)項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)值超過(guò)Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)但仍滿(mǎn)足Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，糞大腸菌群超標(biāo)嚴(yán)重，為Ⅴ類(lèi)水，且污染分擔(dān)率達(dá)到73.97%。白河斷面總氮和糞大腸菌群超標(biāo)，兩者污染分擔(dān)率之和超過(guò)70%，其他統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目則均可達(dá)到Ⅰ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。綜上，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個(gè)斷面的主要污染物為總氮，張灣斷面的主要污染物為糞大腸菌群，白河斷面的主要污染物為總氮和糞大腸菌群。

3.2 主要污染物演變趨勢(shì)分析

對(duì)主要污染物，采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)方法進(jìn)行水質(zhì)變化趨勢(shì)分析，并采用水質(zhì)變化趨勢(shì)分析軟件PWQ Trend進(jìn)行分算。計(jì)算數(shù)據(jù)為2004～2013年丹江口水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)月均值數(shù)據(jù)，采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)方法計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 丹江口水庫(kù)部分?jǐn)嗝嬷饕廴疚镒兓厔?shì)分析成果(2004～2013年)

注：“-”表示該項(xiàng)目未參評(píng)；“+ +”表示高度顯著上升趨勢(shì)；“+”表示顯著上升趨勢(shì)；“0”表示無(wú)趨勢(shì)；“--”表示高度顯著下降趨勢(shì)；“-”表示顯著下降趨勢(shì)。

由表2可知，丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個(gè)斷面的變化趨勢(shì)基本保持一致，總氮和總磷均呈高度顯著上升趨勢(shì)，高錳酸鹽指數(shù)呈高度顯著上升趨勢(shì)或顯著上升趨勢(shì)。結(jié)合表1，3個(gè)斷面的高錳酸鹽指數(shù)污染分擔(dān)率均低于10%，且近年來(lái)保持在Ⅰ～Ⅱ類(lèi)，因此，高錳酸鹽指數(shù)的Kendall變化趨勢(shì)尚未對(duì)水質(zhì)變化產(chǎn)生影響?？偭自谖廴痉謸?dān)率計(jì)算結(jié)果中占第2位，3個(gè)斷面均為15%左右。在月均值中，總磷偶有超過(guò)Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到Ⅲ類(lèi)的情況。這一變化應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)部門(mén)的重視。

丹江口庫(kù)區(qū)總氮超標(biāo)一直是社會(huì)各界關(guān)注的焦點(diǎn)。丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個(gè)斷面的總氮均呈現(xiàn)高度顯著上升趨勢(shì)，基本穩(wěn)定為Ⅳ類(lèi)。2004～2013年，丹江口壩上斷面總氮年均值最低為1.12 mg/L，最高為1.51 mg/L。陶岔斷面總氮年均值最低為1.11 mg/L，最高為1.50 mg/L。浪河口斷面總氮年均值最低為1.15 mg/L，最高為1.50 mg/L。3個(gè)斷面年均最大值均達(dá)到地表水Ⅳ類(lèi)限值(1.5 mg/L)。多年監(jiān)測(cè)資料表明，丹江口庫(kù)區(qū)總氮的主要來(lái)源為硝酸鹽氮，其含量遠(yuǎn)低于GB3838—2002中集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值(10 mg/L)。由此看來(lái)，并不能因總氮超標(biāo)而否定丹江口水庫(kù)作為飲用水源的合理性。

張灣斷面的糞大腸菌群和總磷均呈顯著下降趨勢(shì)，高錳酸鹽指數(shù)無(wú)明顯趨勢(shì)。2004～2007年張灣斷面的水質(zhì)評(píng)價(jià)一直為劣Ⅴ類(lèi)。近年來(lái)，水質(zhì)評(píng)價(jià)基本保持在Ⅴ類(lèi)。總體來(lái)看，老灌河作為漢江和丹江的一級(jí)支流中環(huán)境容量最小的河流，近年來(lái)對(duì)老灌河的治理措施逐步取得成效，污染有所控制。白河作為來(lái)水量最大的入庫(kù)干流，總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)3個(gè)指標(biāo)與丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個(gè)斷面基本保持一致，均呈顯著上升趨勢(shì)；糞大腸菌群指標(biāo)則呈顯著下降趨勢(shì)。

為了更好地分析總氮呈現(xiàn)高度顯著上升的原因，對(duì)2004～2013年近10 a的數(shù)據(jù)資料作進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析。如圖1所示，丹江口壩上、陶岔、浪河口下和白河4個(gè)斷面的總氮指標(biāo)近10 a整體變化趨勢(shì)基本保持一致，說(shuō)明從上游白河、浪河口下到壩上再到陶岔這一段總氮未發(fā)現(xiàn)明顯變化，這與丹江口水庫(kù)呈現(xiàn)出漢庫(kù)水體補(bǔ)給丹庫(kù)水體的水流運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以及壩前斷面的水質(zhì)變化趨勢(shì)基本與漢庫(kù)水質(zhì)相似的規(guī)律保持一致。

圖1 丹江口壩上、陶岔、浪河口下、白河4個(gè)斷面總氮年均值統(tǒng)計(jì)

3.3 富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)分析

隨著南水北調(diào)中線工程的不斷推進(jìn)，保證“一庫(kù)清水”成為重中之重，水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化也越來(lái)越引起社會(huì)各界的重視?？偟鳛榫C合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法中的重要參數(shù)均有顯著上升趨勢(shì)，且自2010年濃度明顯升高，為了更好地剖析水質(zhì)變化趨勢(shì)及其影響，為相關(guān)部門(mén)決策提出更可靠的依據(jù)，本文進(jìn)一步對(duì)陶岔和浪河口下兩個(gè)水功能區(qū)斷面近幾年富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)進(jìn)行了分析，詳見(jiàn)表3。

從表3可以看出，陶岔和浪河口下斷面均為中營(yíng)養(yǎng)，近4 a的TLI(∑)變化浮動(dòng)較小，基本保持穩(wěn)定；富營(yíng)養(yǎng)化的主要控制因素為總氮指標(biāo)，氮源的累積對(duì)水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化產(chǎn)生潛在風(fēng)險(xiǎn)。近幾年，隨著庫(kù)區(qū)污染防治加強(qiáng)，庫(kù)區(qū)總氮濃度基本保持為Ⅳ類(lèi)，但進(jìn)一步下降的趨勢(shì)不明顯。丹江口水庫(kù)總氮偏高與上游水土流失、農(nóng)業(yè)面源污染、工業(yè)和城鎮(zhèn)生活污染有關(guān)。建議進(jìn)一步加強(qiáng)污染綜合防治，針對(duì)不同類(lèi)型河流污染特征，綜合考慮入庫(kù)河流水質(zhì)、水量，統(tǒng)籌實(shí)施點(diǎn)源和面源污染防治。同時(shí)，應(yīng)加快城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)步伐，提高脫氮要求[7-8]。

表3 陶岔和浪河口下斷面富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果(2010～2013年)

4 結(jié) 論

本文選取丹江口庫(kù)區(qū)5個(gè)典型斷面，即丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論。

(1) 由污染率分擔(dān)法計(jì)算得知，庫(kù)區(qū)總體水質(zhì)良好，部分?jǐn)嗝鎮(zhèn)€別項(xiàng)目超標(biāo)，丹江口壩上、陶岔、浪河口下主要污染物為總氮，張灣斷面主要污染物為糞大腸菌群，白河主要污染物為總氮和糞大腸菌群。

(2) 用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法對(duì)主要污染物進(jìn)行趨勢(shì)分析得出，丹江口壩上、陶岔、浪河口下和白河斷面總氮均呈高度顯著上升趨勢(shì)，總氮超標(biāo)嚴(yán)重，需加強(qiáng)治理；張灣和白河斷面的糞大腸菌群則呈高度顯著下降趨勢(shì)。

(3) 用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對(duì)陶岔和浪河口下兩個(gè)水功能區(qū)斷面進(jìn)行的水質(zhì)評(píng)價(jià)得出，該斷面均為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)水生態(tài)監(jiān)測(cè)和水華預(yù)警監(jiān)測(cè)。

目前，丹江口水庫(kù)水質(zhì)可以滿(mǎn)足南水北調(diào)工程調(diào)水水質(zhì)要求。但對(duì)于水質(zhì)逐步惡化項(xiàng)目的治理，應(yīng)引起高度重視。丹江口水庫(kù)庫(kù)區(qū)多為山地，通過(guò)降雨匯流易將有機(jī)物及氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶入水庫(kù)水體，因此，要保證丹江口水庫(kù)水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定，必須加強(qiáng)庫(kù)區(qū)生態(tài)監(jiān)測(cè)，改善農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，切實(shí)保護(hù)植被，減少面源污染。此外，還須加強(qiáng)對(duì)庫(kù)周點(diǎn)源污染的監(jiān)測(cè)力度，只有堅(jiān)決做到工業(yè)污水及生活污水達(dá)標(biāo)排放，才能從根本上保證“一庫(kù)清水向北流”。

[1] 尹煒，史志華，雷阿林．丹江口水庫(kù)水環(huán)境問(wèn)題分析研究[J]．人民長(zhǎng)江，2011，42(13):90-94．

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(編輯：朱曉紅)

2016-09-15

王文靜，女，長(zhǎng)江委水文局漢江水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，助理工程師.

1006-0081(2016)11-0028-04

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