季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法分析水功能區(qū)水質(zhì)因子變化趨勢探討

田海洋

確定河流水質(zhì)變化情況、趨勢及其原因是區(qū)域內(nèi)水資源評(píng)價(jià)、水資源演化趨勢預(yù)測的重要內(nèi)容，是區(qū)域內(nèi)水資源規(guī)劃研究的基礎(chǔ)性工作。在此，筆者以許昌市潁河干流重要水功能區(qū)作為研究對(duì)象，試用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法對(duì)水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測因子作變化趨勢分析，研究水質(zhì)變化規(guī)律及原因，定量評(píng)價(jià)區(qū)域水資源質(zhì)量狀況及變化趨勢。

一、資料來源及分析方法

1.資料來源

根據(jù)《河南省水資源管理控制目標(biāo)》，許昌市納入全省水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率目標(biāo)考核的有9個(gè)二級(jí)水功能區(qū)（見表1），其中潁河干流有5個(gè)二級(jí)水功能區(qū)，且全部設(shè)有水質(zhì)監(jiān)測斷面，除襄城、許昌縣漁業(yè)用水區(qū)有斷流現(xiàn)象，資料不完整外，其余四個(gè)水功能區(qū)監(jiān)測時(shí)間序列長、數(shù)據(jù)完整，本文選取四個(gè)水功能區(qū)為代表作趨勢分析。

一般情況下，用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)判斷水質(zhì)演變趨勢時(shí)，時(shí)間序列以6～10年為佳。本文采用許昌市潁河干流四個(gè)具有代表性的水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測斷面，選取2006～2015年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)作監(jiān)測因子變化趨勢分析。由于許昌市屬于典型的有機(jī)污染，主要污染物有化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮等，根據(jù)許昌市的污染現(xiàn)狀，重點(diǎn)分析溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、氨氮以及總磷的濃度變化趨勢。

2.分析方法介紹

本文對(duì)水質(zhì)因子演變趨勢的研究主要采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法，該方法是一種僅考慮數(shù)據(jù)相對(duì)排列的非參數(shù)檢驗(yàn)方法，其主要優(yōu)點(diǎn)是隨機(jī)變量的基本概率分布并不處于重要的地位，季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)是Mann-Kendall檢驗(yàn)的一種推廣。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)（或月份）的Mann-Kendall檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量S及方差var（S），再把各季節(jié)（或月份）的統(tǒng)計(jì)量相加，計(jì)算總統(tǒng)計(jì)量。如果季節(jié)數(shù)或月數(shù)足夠大，就可通過總統(tǒng)計(jì)量與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)表之間的比較來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯著性趨勢檢驗(yàn)。

二、水質(zhì)因子演變趨勢分析

1.潁河禹州農(nóng)業(yè)用水區(qū)水質(zhì)趨勢分析

對(duì)潁河禹州農(nóng)業(yè)用水區(qū)監(jiān)測斷面的水質(zhì)趨勢檢驗(yàn)結(jié)果表明：后屯斷面主要水質(zhì)指標(biāo)中，溶解氧、五日生化需氧量、氨氮、總磷的變化趨勢不明顯，而高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量則呈現(xiàn)為顯著下降趨勢。潁河禹州農(nóng)業(yè)用水區(qū)各類污染物趨勢分析結(jié)果見表2。

2.潁河禹州飲用水水源區(qū)水質(zhì)趨勢分析

對(duì)潁河禹州飲用水水源區(qū)監(jiān)測斷面的水質(zhì)趨勢檢驗(yàn)結(jié)果表明：橡皮壩斷面主要水質(zhì)指標(biāo)中，溶解氧的變化趨勢不明顯，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮呈現(xiàn)顯著上升趨勢，化學(xué)需氧量呈現(xiàn)為顯著下降趨勢，而總磷則呈現(xiàn)高度顯著下降趨勢。潁河禹州飲用水水源區(qū)各類污染物趨勢分析結(jié)果見表3。

3.潁河禹州襄城過渡區(qū)水質(zhì)趨勢分析

對(duì)潁河禹州襄城過渡區(qū)監(jiān)測斷面的水質(zhì)趨勢檢驗(yàn)結(jié)果表明：潁陽鎮(zhèn)公路橋斷面主要水質(zhì)指標(biāo)中，溶解氧、化學(xué)需氧量、五日生化需氧量及氨氮呈現(xiàn)無明顯升降趨勢，而高錳酸鹽指數(shù)和總磷則呈現(xiàn)高度顯著下降趨勢。潁河禹州襄城過渡區(qū)各類污染物趨勢分析結(jié)果見表4。

表1 許昌市潁河干流重要水功能區(qū)統(tǒng)計(jì)表

表2 許昌市潁河禹州農(nóng)業(yè)用水區(qū)污染物趨勢檢驗(yàn)結(jié)果表

表3 潁河禹州飲用水水源區(qū)污染物趨勢檢驗(yàn)結(jié)果表

表4 潁河禹州襄城過渡區(qū)污染物趨勢檢驗(yàn)結(jié)果表

表5 潁河許昌飲用水水源區(qū)污染物趨勢檢驗(yàn)結(jié)果表

4.潁河許昌飲用水水源區(qū)水質(zhì)趨勢分析

對(duì)潁河許昌飲用水水源區(qū)監(jiān)測斷面的水質(zhì)趨勢檢驗(yàn)結(jié)果表明：化行斷面主要水質(zhì)指標(biāo)中，溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)和五日生化需氧量的變化趨勢不明顯，氨氮呈現(xiàn)高度顯著上升趨勢，化學(xué)需氧量、總磷則呈現(xiàn)高度顯著下降趨勢。潁河許昌飲用水水源區(qū)各類污染物趨勢分析結(jié)果見表5。

三、結(jié)論

采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法對(duì)許昌市潁河干流四個(gè)水功能水質(zhì)因子進(jìn)行了趨勢檢驗(yàn)分析，分析結(jié)果為：四個(gè)水功能區(qū)的監(jiān)測斷面水質(zhì)趨勢檢驗(yàn)中，后屯斷面、潁陽鎮(zhèn)公路橋斷面、化行斷面的水質(zhì)整體呈現(xiàn)改善的趨勢；禹州市橡膠壩斷面的水質(zhì)整體有惡化的趨勢，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量及氨氮呈現(xiàn)增加趨勢，需要進(jìn)一步采取有效措施，加強(qiáng)污染源控制，減少污染負(fù)荷，遏制水質(zhì)惡化趨勢■