楊豐源，張琪，和慶

（1.上海浦公節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?，上海 201203；2.上海天漢環(huán)境資源有限公司，上海 201100）

據(jù)《2018上海市河道（湖泊）報告》，上海河網(wǎng)密集，河道數(shù)量過大。由于水質(zhì)狀態(tài)不穩(wěn)定，把控河道水質(zhì)實時現(xiàn)狀是一大難點，故提出可利于河道長效監(jiān)管、智能化監(jiān)測的模式來幫助河道管理中心進(jìn)行集中監(jiān)管，通過大數(shù)據(jù)可了解河道的實時現(xiàn)狀并對重點區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)管，從而提高水質(zhì)。

目前，水質(zhì)在線監(jiān)測方式得到廣泛認(rèn)可及應(yīng)用[1-2]，但由于價格因素，普遍選用價格便宜的監(jiān)測五參數(shù)[溫度、pH值、濁度、溶解氧（DO）、電導(dǎo)率（EC）]，但這并不能準(zhǔn)確指出河道水質(zhì)類別及污染程度。目前，了解河道污染狀況的主要參數(shù)為DO、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）及高錳酸鹽指數(shù)，但監(jiān)測這些指標(biāo)的傳感器具有價格高、體積大和耗時長等特點[3]，故難以大規(guī)模使用。

本研究通過五參數(shù)與化學(xué)需氧量（COD）、TP、TN、NH3-N和葉綠素a（chl-a）參數(shù)間的顯著相關(guān)性，以“一河一策”制[4]來模擬各河道的水質(zhì)參數(shù)相關(guān)性，從而更準(zhǔn)確地推算出不同河道的水質(zhì)狀況。

1 材料與方法

1.1 樣本采集

分別選農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活及混合源的4條河道作為研究對象，于2019年10月—2020年8月，對河道水質(zhì)進(jìn)行逐月取樣分析。

1.2 儀器

多參數(shù)水質(zhì)分析儀，美國YSI；VIS-7220型可見光分光光度計，北京北分瑞利分析儀器（集團(tuán)）公司。

1.3 水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)分析

水溫（WT）、DO、EC使用多參數(shù)水質(zhì)分析儀現(xiàn)場測定；chl-a采用熱乙醇分光光度法進(jìn)行測定（ISO 10260-1992）；TP采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-1989）；總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB 11894-89）；氨氮測定采用納氏試劑分光光度法（HJ 535-2009）；COD采用高錳酸鉀法（GB 11892-89）。

1.4 數(shù)據(jù)處理及分析

每項水質(zhì)指標(biāo)測定結(jié)果為2個平行樣，分析結(jié)果取其平均值，相對標(biāo)準(zhǔn)誤差（RSD）控制在10%以內(nèi)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同污染源的影響參數(shù)分析

相同條件下，分別于上海不同污染源的河道取樣，根據(jù)“1.3”中各項方法進(jìn)行檢測，結(jié)果見表1。根據(jù)結(jié)果分析，得出各參數(shù)不同污染源河道的COD和NH3-N污染程度均為工業(yè)＞農(nóng)業(yè)＞生活，TN為生活＞農(nóng)業(yè)＞工業(yè)，TP為農(nóng)業(yè)＞工業(yè)＞生活，說明工業(yè)源污染較重，其次是農(nóng)業(yè)源，生活源污染較輕。

表1 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活及混合源河道的污染水平

續(xù)表1

2.2 推算模型及相關(guān)性

根據(jù)污染現(xiàn)狀取氨氮、總氮、總磷、溶解氧和化學(xué)需氧量建立模型。相關(guān)研究表明，溶解氧與水溫呈極顯著負(fù)相關(guān)[5]，與pH顯著正相關(guān)；電導(dǎo)率分別與溫度、pH、葉綠素a均呈顯著正相關(guān)[6]；葉綠素a與水溫、總磷、氨氮呈極顯著正相關(guān)[7-8]，且與水溫和pH極顯著負(fù)相關(guān)；化學(xué)需氧量與溶解氧呈負(fù)相關(guān)，與電導(dǎo)率、總磷、總氮和氨氮呈正相關(guān)[9-10]。故本研究以溶解氧和電導(dǎo)率為監(jiān)測對象，葉綠素a為介質(zhì)參數(shù)，從而推算出總磷、總氮、氨氮及化學(xué)需氧量的數(shù)值（見圖1）。

圖1 顯著相關(guān)性關(guān)系圖

以不同污染源河道為研究對象，推算其溶解氧、電導(dǎo)率、總磷、總氮、氨氮、葉綠素a和COD參數(shù)間的相關(guān)性，水質(zhì)各指標(biāo)的Pearson值與擬合系數(shù)R2值見表2。工業(yè)、農(nóng)業(yè)及混合源的河道中各參數(shù)間的P值幾乎均小于0.05，均呈顯著相關(guān)性；生活源污染的河道水，R2值幾乎均大于0.7，故各類污染源的河道均可適用上述模型，均能通過參數(shù)間的相關(guān)性來推算總磷、總氮、氨氮及化學(xué)需氧量值。

表2 水質(zhì)各指標(biāo)的Pearson值與擬合系數(shù)R2值相關(guān)性驗證

2.3 結(jié)果推算

為了驗證模型實用性，通過溶解氧與電導(dǎo)率參數(shù)作為實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，葉綠素a作為推算介質(zhì)參數(shù)，得出實時總磷、總氮、氨氮及COD的推算數(shù)值，對于有多種途徑推算的參數(shù)，去掉偏差較大的數(shù)值，取平均值作為最終值。如表3所示，對各類型河道已測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，其偏差大多控制在±10%內(nèi)，可以達(dá)到估算水質(zhì)類別效果，與理想預(yù)期達(dá)到一致。

表3 模型推算與實測比對值

2.4 模型修正——實際環(huán)境應(yīng)用

實際河道環(huán)境復(fù)雜，影響因素較多，其中水溫的變化會對數(shù)值造成一定的影響，隨著季節(jié)不同，各參數(shù)數(shù)值也不同。理論環(huán)境下，隨著溫度的升高，溶解氧降低，電導(dǎo)率升高；但在實際環(huán)境中，上海夏季的降雨量增加，起到稀釋作用，導(dǎo)致地表水的電導(dǎo)率和pH降低，且由于夏季溫度升高，溶解氧降低，過量有機物得不到分解，水中的有機物也容易腐敗變質(zhì)，導(dǎo)致氨氮含量升高。因此，需用水溫、降雨等參數(shù)來校正模型，提高推算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)論

在低成本前提下，對河道水質(zhì)狀況進(jìn)一步了解，適用于多河道的實時監(jiān)測，更適合廣泛應(yīng)用，可以控制劣Ⅴ類河道水發(fā)展并控制河道水質(zhì)不降標(biāo)，利于牢固青山綠水就是金山銀山的發(fā)展理念。