黃 奔,戚浩強,吳軍新,朱彩琳,劉水芹

(上海市水文總站,上海 200232)

黃浦江上游是上海重要城市水源,是上海市“兩江并舉、多源互補”總體原水布局的重要組成部分,承擔了向上海市部分市區(qū)和青浦、松江、金山、奉賢等郊區(qū)水廠的原水供應[1],其重要戰(zhàn)略價值在2022年9月長江水源地發(fā)生咸潮入侵影響后已得到體現(xiàn)。黃浦江干流的松浦大橋取水口是黃浦江上游飲用水水源保護區(qū)范圍內備用取水口。保護該地的水質品質,有利于保障上海居民生活用水的戰(zhàn)略安全。

黃浦江上游松浦大橋斷面受上游內陸河段來水的影響和長江口潮汐的作用,是一條中等強度的感潮河流[2]。河段水流的流向、流速、流量經(jīng)常發(fā)生劇烈變化。因此,水質問題存在反復性和復雜性[3]。如圖1所示,黃浦江上游來水分為3支:北支為斜塘-泖河(接太河)-攔路港-淀山湖;中支為園泄涇-大蒸港(接俞匯塘、浙江省紅旗塘);南支為泖港-秀州塘及掘石港-胥浦塘[4],主要承泄太湖、江蘇泖淀、浙江杭嘉湖大部分來水,在米市渡匯合為黃浦江干流[5]。

圖1 黃浦江上游水系及監(jiān)測點位

本文對上游來水、潮流量變化對松浦大橋斷面水質數(shù)據(jù)影響進行數(shù)據(jù)分析,探討松浦大橋備用水源地水質變化原因,以期為上海水環(huán)境保護和治理提供參考。

1 斷面選取和分析方法

1.1 監(jiān)測斷面與數(shù)據(jù)來源

在黃浦江干流和上游3支來水分別選取松浦大橋斷面、斜塘夏字圩斷面、圓泄涇三角渡斷面、胥浦塘蔣古渡斷面作為代表斷面。本文主要涉及溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮、總磷(TP)、總氮(TN)共6個水質指標。所有水質指標均源于2017年—2022年上海市水文總站連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)。此外,2017年—2022年黃浦江干流松浦大橋斷面潮流量監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于上海市水文總站水情在線實時監(jiān)測系統(tǒng)。

1.2 分析方法

根據(jù)黃浦江水系污染特征[6],在單因子評價基礎上,選取其中的DO、CODMn、BOD5、氨氮及TP 5個項目進行水質污染指數(shù)計算,綜合分析水質污染狀況[7]。為定量分析松浦大橋備用水源地水質與潮流量、上游來水的關聯(lián)和差異,本文利用SPSS軟件引入了相關分析等數(shù)理統(tǒng)計方法[8]。其中,水質污染指數(shù)如式(1)～式(2)。

(1)

(2)

其中:P——水質污染指數(shù),無量綱;

Pi——單項污染指數(shù),無量綱;

Ci——污染物實測質量濃度,mg/L;

Si——評價標準值(以地表水Ⅲ類水質為標準),mg/L;

n——參與評價項目數(shù)。

DO污染指數(shù)計算如式(3)。

(3)

其中:P′i——t下的DO污染指數(shù);

t——溫度,℃;

C飽(t)——t下的飽和DO質量濃度,mg/L;

C′i——t下的DO實測質量濃度,mg/L;

C標(t)——t下的DO標準值,mg/L,標準值參考《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)進行換算。

2 黃浦江上游3支來水水質變化情況

根據(jù)上海市水文總站2017年—2022年對斜塘夏字圩斷面、圓泄涇三角渡斷面、胥浦塘蔣古渡斷面的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù),分析黃浦江上游來水主要監(jiān)測指標DO、CODMn、BOD5、氨氮、TP、TN的變化趨勢,并運用水質污染指數(shù)綜合分析水質污染變化趨勢。

上游3支來水單因子參數(shù)年均值變化如圖2所示。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡的DO年均值呈振蕩上升趨勢,水質類別為Ⅱ類及以上,其中最高值出現(xiàn)在2021年;胥浦塘蔣古渡的DO年均值呈“上升-下降”趨勢,水質類別為Ⅲ類,最高值出現(xiàn)在2019年。3支來水CODMn年均值均呈先下降后上升的趨勢,其中胥浦塘蔣古渡水質改善趨勢相當明顯,最小值出現(xiàn)在2021年,水質類別從Ⅳ類提升到Ⅲ類。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡基本維持在Ⅲ類水標準,其中2019年達到了Ⅱ類水標準。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡BOD5年均值呈“上升-下降-再上升”趨勢,總體呈上升趨勢,水質類別基本維持在Ⅱ類水標準,2022年水質類別下降到Ⅲ類。胥浦塘蔣古渡的BOD5年均值呈“明顯下降-小幅上升”趨勢,水質類別從Ⅳ類提升到Ⅲ類。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡氨氮年均值呈現(xiàn)“降低-反彈-平穩(wěn)”趨勢,水質類別均為Ⅱ類。胥浦塘蔣古渡氨氮年均值呈現(xiàn)逐年下降趨勢,水質類別從Ⅲ類提升到Ⅱ類。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡TP年均值小幅振蕩上升趨勢,水質類別整體維持在Ⅲ類水標準。胥浦塘蔣古渡TP年均值呈現(xiàn)逐年穩(wěn)步下降趨勢,水質類別從Ⅳ類提升到Ⅲ類。斜塘夏字圩TN年均值總體呈現(xiàn)小幅波動的穩(wěn)定趨勢。圓泄涇三角渡TN年均值呈“短暫上升-明顯下降-小幅上升”趨勢,整體下降趨勢較為明顯,最低值出現(xiàn)在2021年。胥浦塘蔣古渡TN年均值呈現(xiàn)“明顯下降-觸底反彈”趨勢,最低值出現(xiàn)在2020年。胥浦塘蔣古渡2020年后TN的上升與氨氮的下降,提示水體中有機氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮等其他方面氮源污染可能有所上升,值得警惕。

圖2 黃浦江上游來水主要監(jiān)測指標變化趨勢

從各支流監(jiān)測指標變化趨勢來看,斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡變化趨勢較為相似,整體呈現(xiàn)“改善-反彈”趨勢,其中整體變差的指標有BOD5和TP。BOD5在2022年的上漲,使得其水質類別由Ⅱ類下降到Ⅲ類,影響較為突出;TP指標雖有上升,但未影響其水質類別。胥浦塘蔣古渡的主要監(jiān)測指標呈現(xiàn)明顯改善的趨勢,尤其是BOD5、TP的改善,在水質類別從Ⅳ類提升到了Ⅲ類的過程中起到了很大貢獻。從整體趨勢來看,上游來水在2021年后存在水質污染小幅回潮現(xiàn)象,這可能與上游來水的水質污染情況有關。

如圖3所示,黃浦江上游3支來水水質污染指數(shù)變化趨勢圖,2017年—2022年斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡變化趨勢較為相似,可以分為均為“上升-下降-再上升”3個階段。第一階段(2017年—2018年)為小幅上升階段,第二階段(2018年—2019年)為水質改善階段,第三階段(2019年—2022年)為觸底反彈持續(xù)上升階段。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡水質污染指數(shù)雖有波動,但整體水質情況良好。2017年—2022年胥浦塘蔣古渡則呈現(xiàn)“持續(xù)改善-小幅反彈”的兩個階段。第一階段(2017年—2021年)為持續(xù)改善階段,水質污染指數(shù)由1.03下降到0.67,下降幅度達到35.0%;第二階段(2021年—2022年)為小幅反彈階段,水質污染指數(shù)從0.67上升到0.74。因此,綜合來看,目前上游來水經(jīng)過長期有效管控和治理,水質得到穩(wěn)定改善。

圖3 黃浦江上游來水水質污染指數(shù)趨勢

3 黃浦江上游松浦大橋斷面水質變化情況的相關性分析

3.1 黃浦江上游松浦大橋斷面水質年際變化趨勢

對2017年—2022年松浦大橋斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)(表1)進行分析,DO呈平穩(wěn)上升趨勢,均維持在Ⅱ類以上水平。值得關注的是,2022年年均值水質類別提升到Ⅰ類水平,增幅約為14.9%。CODMn呈現(xiàn)波動下降趨勢,總體下降趨勢,水質類別常年介于Ⅱ～Ⅲ類。BOD5質量濃度常年在1.9～3 mg/L,2022年有小幅反彈。氨氮從2017年—2020年呈連續(xù)下降趨勢,經(jīng)過2021年反彈后,在2022年又下降,水質類別常年處于Ⅱ類水平,降幅約為36.8%。TP質量濃度常年在0.11 mg/L左右波動,呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的趨勢。TN在2017年—2021年總體呈下降趨勢,降幅為26.1%,2022年TN有所反彈。綜上,6年間黃浦江上游干流水源地水質改善明顯,并呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢。

表1 松浦大橋斷面主要監(jiān)測指標年均值統(tǒng)計

由水質污染指數(shù)變化趨勢(圖4)可知,2017年—2022年松浦大橋斷面水質污染指數(shù)呈現(xiàn)“小幅上升-明顯下降-趨于穩(wěn)定”態(tài)勢。結果顯示,黃浦江上游備用水源地水質近年來處于穩(wěn)中向好的趨勢。

圖4 松浦大橋斷面水質污染指數(shù)變化

3.2 松浦大橋斷面潮流量變化與水質變化的相關性

如表2所示,2017年—2022年,黃浦江年落潮量基本圍繞“320億m3”上下波動,年漲潮量整體呈現(xiàn)“先下降后上升”趨勢,年凈泄量整體呈現(xiàn)“先上升后下降”趨勢。落潮量和凈泄量波動范圍較小。

表2 松浦大橋斷面潮流量

如表3所示,本文對水質污染指數(shù)與年潮流量進行相關性分析,可知近年來水質污染指數(shù)與年潮流量無顯著相關性。

表3 松浦大橋斷面超流量與水質污染指數(shù)相關系數(shù)

根據(jù)污染物通量計算(表4),在上游年潮流量基本穩(wěn)定的情況下,隨著黃浦江上游松浦大橋斷面污染平均濃度的下降,污染物總通量也得到了穩(wěn)步下降。同時,進一步佐證了黃浦江上游水源地區(qū)域水環(huán)境治理成效的持續(xù)顯著。

表4 松浦大橋斷面污染物通量

3.3 上游來水水質與干流松浦大橋斷面水質相關性分析

如表5所示,近6年松浦大橋斷面與上游來水的水質參數(shù)相關性分析表明,松浦大橋水質與上游來水的各項指標存在不同程度的相關性。具體來看,與胥浦塘蔣古渡來水水質對比來看,CODMn和氨氮具有高度顯著相關(CODMn:r=0.912,p<0.01; 氨氮:r=0.792,p<0.05)。CODMn和氨氮是水質污染指數(shù)統(tǒng)計中的主要相關指標,所以兩處水質污染指數(shù)相關系數(shù)達到0.832(p<0.05)。與圓泄涇三角渡來水水質對比來看,雖然兩處DO、CODMn相關性較強(p<0.05),TN高度顯著相關(p<0.01),但氨氮、TP相關性程度不高,從而導致兩處水質污染指數(shù)中等相關性(r=0.509);與斜塘夏字圩來水水質對比來看,僅TN指標存在相關性(r=0.746,p<0.05),其他指標無明顯相關性。因此,胥浦塘蔣古渡和圓泄涇三角渡的水質提升對黃浦江上游松浦大橋水源地水質有改善意義,其中胥浦塘蔣古渡作用更明顯。

表5 松浦大橋斷面與黃浦江上游來水水質參數(shù)相關系數(shù)

結合圖3、圖4結果,本文認為,上游圓泄涇三角渡、斜塘夏字圩兩支流水質與松浦大橋斷面水質常年較為接近,且水質保持在總體穩(wěn)定。在此基礎上,胥浦塘蔣古渡來水水質的持續(xù)改善是松浦大橋斷面水質持續(xù)向好的主要原因。值得注意的是,2021年以后3支來水的水質污染指數(shù)均高于松浦大橋水質污染指數(shù),得益于上游來水水量水質的控制,使得污染物匯入量小于環(huán)境承載能力,從而3支來水匯合后污染物濃度在松浦大橋斷面得到降低。

4 結論

黃浦江上游水源地水質在2017年—2022年呈現(xiàn)穩(wěn)中向好趨勢。近年來,上游圓泄涇三角渡、斜塘夏字圩2支流來水水質常年總體處于良好狀態(tài),胥浦塘蔣古渡來水水質得到明顯提升。胥浦塘蔣古渡來水水質改善對黃浦江上游水源地水質提升貢獻最大。水質污染指數(shù)與黃浦江潮流量的相關性分析表明,近年來黃浦江潮流量對黃浦江上游水源地水質無顯著影響。結合上游來水變化情況來看,上游來水污染物匯入量下降,減輕了水源地環(huán)境承載負荷,從而使得自凈能力得到盈余,水質不斷得到了進一步的改善。下一步,應進一步完善管理法規(guī)、強化執(zhí)法監(jiān)督,有效控制水源地點源及農(nóng)業(yè)面源污染,提高農(nóng)村生活污水處理率,加強跨省合作機制建設和流域溝通,加強聯(lián)合監(jiān)測與建立預警平臺,促進黃浦江上游水源地的水環(huán)境質量處于更好水平。