近十年淮河流域化學(xué)需氧量和氨氮濃度變化特征

嵇曉燕，聶學(xué)軍，李文攀，孫宗光，陳亞男

(1.中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012；2.國家投資項目評審中心，北京 100037)

淮河流域面積約為27 萬km2，以廢黃河為界，分成淮河和沂沭泗兩大水系，流域面積分別為19和8 萬km2。涉及湖北、河南、安徽、江蘇和山東5省。流域多年平均年降水量為875 mm，多年平均地表水資源量約為595 億m3。流域降水分布不均，6-8月降水最多，集中了全年的40%～65%。淮河流域總面積占國土面積的2.8%，流域人口卻占全國總?cè)丝诘?3.13%[1]。區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用水量的增加和污染的加重，造成了淮河流域污染事件頻繁發(fā)生，對沿淮廣大地區(qū)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城鎮(zhèn)供水安全造成嚴(yán)重威脅[2-7]。 1993年以來，我國的重點(diǎn)流域水污染防治戰(zhàn)略從淮河起步，淮河流域是我國第一條進(jìn)行水污染綜合治理的流域，位列“三河三湖”之首，每五年都要重新制定一次淮河流域的水污染防治規(guī)劃。從“十五”規(guī)劃開始，在淮河流域全面實(shí)行排放水污染物總量核定制度，對主要水體污染物化學(xué)需氧量和氨氮實(shí)行排污許可證及總量控制制度。“十五”期間，淮河流域水污染物排放量基本保持穩(wěn)定，但未實(shí)現(xiàn)“十五”計劃目標(biāo)[2]。“十一五”和“十二五”以來，淮河流域水污染防治規(guī)劃的減排重點(diǎn)依舊是化學(xué)需氧量和氨氮。近十年的水污染防治工作力度的加強(qiáng)，使得淮河流域整體的地表水環(huán)境質(zhì)量發(fā)生了改變，地表水中主要減排指標(biāo)化學(xué)需氧量和氨氮的濃度也發(fā)生了變化。

本文采用國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)[8]，對近十年淮河流域地表水中化學(xué)需氧量和氨氮的濃度變化特征進(jìn)行初步分析，對于淮河流域的水污染防治工作有著重要的、積極的意義。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

采用國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)[8]中淮河流域網(wǎng)2006～2015年有連續(xù)月監(jiān)測數(shù)據(jù)的48個監(jiān)測斷面進(jìn)行分析研究。其中淮河干流9個斷面，從上游到下游依次為長臺關(guān)甘岸橋、息縣大埠口、淮濱水文站、王家壩、石頭埠、蚌埠閘上、沫河口、小柳巷和淮河大橋斷面；淮河主要支流23個斷面，分布在淮河北岸的洪汝河、沙穎河、渦河、澮河、沱河、新汴河和新濉河7條支流和淮河南岸的浉河、潢河、史灌河、灃河、池河和白塔河6條支流上；沂沭泗水系16個斷面。化學(xué)需氧量采用重鉻酸鹽法進(jìn)行測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法進(jìn)行測定。

淮河流域地表水資源量、城鎮(zhèn)入河排污口化學(xué)需氧量和氨氮入河排放量的數(shù)據(jù)來源于水利部淮河水利委員會發(fā)布的《淮河片水資源公報》(2006～2014年)。

采用時間序列法分析污染物濃度的時間變化規(guī)律；采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法分析污染物濃度和排放量的年度變化趨勢。

2 水質(zhì)變化特征

2.1 淮河干流變化特征

2.1.1 年際變化

依次選取淮河干流的長臺關(guān)甘岸橋、息縣大埠口、淮濱水文站、王家壩、石頭埠、蚌埠閘上、沫河口、小柳巷和淮河大橋9個斷面的化學(xué)需氧量和氨氮的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。淮河干流所有斷面化學(xué)需氧量和氨氮的年均濃度的變化曲線如圖1所示。近十年，化學(xué)需氧量年均濃度呈現(xiàn)波動變化，但均滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，變化范圍為13.9～16.8 mg/L；2010和2011年甚至滿足地表水Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，分別為13.9和14.3 mg/L。氨氮年均濃度在2007年略有升高外，總體呈現(xiàn)明顯的下降趨勢；2006～2009年年均值滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，變化范圍為0.51～0.83 mg/L；2010-2015年年均值滿足地表水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，變化范圍為0.39～0.48 mg/L。采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行分析，化學(xué)需氧量年均濃度呈現(xiàn)不顯著的下降趨勢，而氨氮年均濃度則呈現(xiàn)顯著下降趨勢。

圖1 淮河干流污染物濃度年度變化

采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對淮河干流沿程9個斷面的化學(xué)需氧量和氨氮年均濃度的變化趨勢分別進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示。近十年淮河干流有5個斷面化學(xué)需氧量年均濃度均呈現(xiàn)下降趨勢、4個斷面呈現(xiàn)上升趨勢，淮濱水文站和王家壩斷面甚至出現(xiàn)顯著上升的趨勢；而所有斷面的氨氮年均濃度均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。

表1 淮河干流斷面污染物濃度年度變化 mg/L

對干流9個斷面化學(xué)需氧量和氨氮十年平均的濃度值按照從上游到下游的順序繪制沿程變化曲線，如圖2所示。從上游到下游，化學(xué)需氧量年均濃度呈現(xiàn)先下降后升高的變化，位于安徽省蚌埠市的蚌埠閘上為最低點(diǎn)，12.5 mg/L；最下游的淮河大橋為最高點(diǎn)，18.0 mg/L。而氨氮年均濃度則呈現(xiàn)波動上升的趨勢，從長臺關(guān)甘岸橋至石頭埠呈現(xiàn)上升趨勢，石頭埠到淮河大橋又呈現(xiàn)波動變化，最上游的長臺關(guān)甘岸橋為最低點(diǎn)，0.25 mg/L；最下游的淮河大橋為最高點(diǎn)，0.71 mg/L。

圖2 淮河干流沿程污染物濃度年度變化

2.1.2 年內(nèi)變化

淮河干流所有斷面化學(xué)需氧量和氨氮近十年月均濃度的變化曲線如圖3所示。可以看出淮河干流化學(xué)需氧量濃度變化和季節(jié)沒有特別明顯的相關(guān)性，濃度在14.7～16.7 mg/L之間波動變化。而氨氮濃度則呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，6-10月豐水期濃度值較低，在0.28～0.37 mg/L之間；而1-4月枯水期明顯高于其他月份，3月份最高為1.01 mg/L。分別分析淮河干流9個斷面十年中每年的月度變化，也都呈現(xiàn)同樣的特征。

圖3 淮河干流污染物濃度月度變化

2.2 淮河支流變化特征

2.2.1 年際變化

采用淮河主要支流的23個斷面的化學(xué)需氧量和氨氮近十年的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。淮河主要支流所有斷面化學(xué)需氧量和氨氮的年均濃度的變化曲線如圖4所示。化學(xué)需氧量年均濃度呈現(xiàn)波動變化，但均為Ⅳ類水質(zhì)，變化范圍為23.5～29.3 mg/L；2006年最高，2012年最低。氨氮年均濃度在2007年略有升高外，總體呈現(xiàn)明顯的下降趨勢；2006-2008年均為劣Ⅴ類水質(zhì)，變化范圍為2.15～2.95 mg/L；2009-2011年均為Ⅴ類水質(zhì)，變化范圍為1.59～1.93 mg/L；2012和2013年分別為1.01和1.03 mg/L，均為Ⅳ類水質(zhì)；2012和2013年分別為1.01和1.03 mg/L，均為Ⅳ類水質(zhì)；2014和2015年分別為0.80和0.73 mg/L，均滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行分析，化學(xué)需氧量濃度呈現(xiàn)不顯著的下降趨勢，而氨氮濃度則呈現(xiàn)顯著下降趨勢。淮河主要支流化學(xué)需氧量和氨氮年均濃度總體的變化趨勢與干流相似，但水質(zhì)均劣于淮河干流。

圖4 淮河支流污染物濃度年度變化

采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對淮河北岸的洪汝河、沙穎河、渦河、澮河、沱河、新汴河和新濉河7條主要支流和淮河南岸的浉河、潢河、史灌河、灃河、池河和白塔河6條主要支流的化學(xué)需氧量和氨氮年均濃度的變化趨勢分別進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。近十年淮河主要支流中，只有澮河和灃河的化學(xué)需氧量年均濃度呈現(xiàn)顯著下降趨勢，洪汝河呈現(xiàn)顯著上升趨勢，其余6條河呈現(xiàn)不顯著下降趨勢、4條河呈現(xiàn)不顯著上升趨勢，洪汝河甚至出現(xiàn)顯著上升趨勢；而所有支流的氨氮年均濃度均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。從污染物濃度值看，淮河北岸的河流水質(zhì)劣于淮河南岸河流。

2.2.2 年內(nèi)變化

淮河支流所有斷面化學(xué)需氧量和氨氮近十年月均濃度的變化曲線如圖5所示。可以看出淮河主要支流化學(xué)需氧量濃度變化和季節(jié)沒有特別明顯的相關(guān)性，濃度在23.5～27.9 mg/L

表2 淮河主要支流污染物濃度年度變化 mg/L

之間波動變化，均為Ⅳ類水質(zhì)。而氨氮濃度呈現(xiàn)出季節(jié)變化特征，1-3月濃度較高，為劣Ⅴ類水質(zhì)，最高濃度值2.42 mg/L出現(xiàn)在2月；隨著降雨徑流的增加，濃度也逐漸降低，到豐水期特別是8月份濃度值最低，為1.04 mg/L；之后濃度逐漸升高；4-6月和12月為Ⅴ類水質(zhì)，7-11月為Ⅳ類水質(zhì)。

圖5 淮河支流污染物濃度月度變化

2.3 沂沭泗水系變化特征

2.3.1 年際變化

采用沂沭泗水系16個斷面的化學(xué)需氧量和氨氮近十年的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。沂沭泗水系化學(xué)需氧量和氨氮的年均濃度的變化曲線如圖6所示，化學(xué)需氧量和氨氮年均濃度均呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。化學(xué)需氧量年均濃度由2006年的31.2 mg/L持續(xù)下降到2015年的18.2 mg/L，下降了41.7%；氨氮年均濃度由2006年的2.14mg/L持續(xù)下降到2015年的0.42 mg/L，下降了80.4%。2006-2010年“十一五”期間，化學(xué)需氧量均為Ⅳ類水質(zhì)；2011-2015年“十二五”期間，化學(xué)需氧量均滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。氨氮2006年為劣Ⅴ類水質(zhì)，2007年為Ⅳ類水質(zhì)；2008年以后均滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行分析，化學(xué)需氧量濃度和氨氮濃度也均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。

圖6 沂沭泗水系污染物濃度年度變化

2.3.2 年內(nèi)變化

沂沭泗水系所有斷面化學(xué)需氧量和氨氮近十年月均濃度的變化曲線如圖7所示。可以看出沂沭泗水系化學(xué)需氧量濃度變化和季節(jié)沒有特別明顯的相關(guān)性，濃度在19.8～24.1mg/L之間波動變化。而氨氮濃度則呈現(xiàn)出一定的季節(jié)變化特征，6-10月豐水期濃度值較低，在0.50～0.77 mg/L之間；而1-4月枯水期明顯高于其他月份，1月份最高為1.32 mg/L。

圖7 沂沭泗水系污染物濃度月度變化

3 影響因素分析

一般污染物排放量和地表水資源量是影響地表水質(zhì)的兩個重要因素。采用水利部淮河水利委員會發(fā)布的《淮河片水資源公報》(2006-2014年)中淮河流域地表水資源量、城鎮(zhèn)入河排污口化學(xué)需氧量和氨氮入河排放量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

從表3中可以看出，“十一五”期間，除了2009年，其余年份地表水資源量較常年594.9億m3均偏多；但“十二五”期間，每年地表水資源量較常年均偏少。地表水資源量的偏多，有利于污染物濃度的降低；而地表水資源量的偏少，則不利于污染物濃度的降低。

表3 淮河流域地表水資源量

從圖8中可以看出化學(xué)需氧量和氨氮入河排放量均呈持續(xù)下降。化學(xué)需氧量由2006年的85.2萬t降至2014年的41.3萬t，下降了51.5%。化學(xué)需氧量由2006年的10.0萬t降至2014年的3.7萬t，下降了63.0%。采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行分析，化學(xué)需氧量和氨氮入河排放量也均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。

圖8 淮河流域入河污染物排放量變化

可見淮河流域地表水的化學(xué)需氧量和氨氮濃度的下降與地表水資源量的變化沒有明顯的相關(guān)性；而污染物排放量的減少則是影響淮河流域化學(xué)需氧量和氨氮濃度的主要因子。近十年水污染防治和減排力度的加大，加強(qiáng)工業(yè)廢水深度治理、有效削減排污總量；完善城鎮(zhèn)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施、有效控制城鎮(zhèn)污染，強(qiáng)化分區(qū)保護(hù)戰(zhàn)略、優(yōu)化區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等措施的有效實(shí)施，是淮河流域地表水質(zhì)好轉(zhuǎn)的主要原因。

4 結(jié) 論

采用國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)對近十年來淮河流域地表水中水污染防治主要減排指標(biāo)化學(xué)需氧量和氨氮的濃度變化特征進(jìn)行了初步分析。主要結(jié)論如下：

(1)淮河干流、主要支流和沂沭泗水系的化學(xué)需氧量年均濃度呈現(xiàn)不同的變化特征。近十年淮河干流和主要支流的化學(xué)需氧量年均濃度均呈現(xiàn)波動變化，干流濃度的變化范圍為13.9～16.8 mg/L，均滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；支流濃度的變化范圍為23.5～29.3 mg/L，均為Ⅳ類水質(zhì)；干流水質(zhì)優(yōu)于主要支流。而沂沭泗水系的化學(xué)需氧量年均濃度則呈現(xiàn)顯著下降趨勢，由31.2 mg/L持續(xù)下降到18.2 mg/L。淮河干流、主要支流和沂沭泗水系的化學(xué)需氧量濃度年內(nèi)變化則和季節(jié)均沒有特別明顯的相關(guān)性。

(2)淮河干流、主要支流和沂沭泗水系的氨氮年均濃度均呈現(xiàn)顯著下降的趨勢，分別由0.74、2.57和2.14 mg/L降至0.43、0.73和0.42 mg/L。淮河主要支流氨氮濃度高于淮河干流。淮河干流從上游到下游氨氮濃度呈現(xiàn)波動上升的趨勢。淮河北岸支流的氨氮濃度高于淮河南岸支流，特別是沙穎河、渦河和新濉河的濃度相對較高。淮河干流、主要支流和沂沭泗水系的氨氮濃度年內(nèi)也呈現(xiàn)出相似的季節(jié)變化特征，基本都是豐水期濃度低于枯水期濃度。

(3)淮河流域地表水化學(xué)需氧量和氨氮濃度的變化與地表水資源量的相關(guān)性不明顯，而污染物排放量的減少則是影響污染物濃度的主要因子。近十年水污染防治和減排力度的加大，是淮河流域水質(zhì)好轉(zhuǎn)的主要原因。

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