丹江口水庫近十年水質變化趨勢分析

王文靜 高鵬程 周 明 周裕紅

(長江委水文局漢江水環境監測中心，湖北 襄陽 441022)

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丹江口水庫近十年水質變化趨勢分析

王文靜 高鵬程 周 明 周裕紅

(長江委水文局漢江水環境監測中心，湖北 襄陽 441022)

為了解丹江口水庫水質變化趨勢，對2004～2013年丹江口水庫水質監測結果進行分析。選取典型斷面，采用污染率分擔法、季節性Kendall檢驗法和綜合營養狀態指數法，對水庫主要污染因子的演變趨勢和水庫富營養化等狀況進行分析研究。結果表明，丹江口壩上、陶岔和浪河口下總氮污染分擔率均超過50%；張灣斷面主要污染物為糞大腸菌群。整體來看，張灣斷面污染治理有所收效，水質趨于穩定；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類穩定，需進一步加強治理。陶岔和浪河口下兩斷面均為中營養狀態。建議加強對水質逐步惡化項目的治理，加強防護與控制管理。

水庫水質；水質污染；富營養化；丹江口水利樞紐

1 概 述

南水北調工程是我國南北水資源優化配置和調度的一項利國利民的重大工程，丹江口水庫作為全國最大的飲用水源保護區，得到了社會各界的高度關注[1-4]，確保“一江清水向北流”是南水北調中線工程成功的關鍵。多年連續監測資料表明，目前，丹江口水庫水質總體良好，保持在地表水Ⅰ～Ⅱ類，能夠滿足工程調水水質要求。了解水資源的質量狀況，并有針對性地對污染物的排放實施控制，對保證當地和調水區的人民健康、生態平衡、經濟快速穩定發展具有重要的理論和現實意義。

本文采用污染率分擔法、季節性Kendall檢驗法和綜合營養狀態指數法對丹江口水庫近10 a的監測資料進行了統計計算，分析水庫水質變化趨勢，供南水北調中線工程水源地水質監測及水環境質量保護的科學決策參考。

2 斷面選擇與統計評價方法

2.1 斷面選擇

為了更好地反映丹江口水庫的整體水質情況，本文選取了丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河5個典型斷面進行分析。其中，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個斷面位于丹江口水庫庫中，反映庫區水質狀況；張灣位于入庫支流老灌河上，反映入庫支流的水質狀況；白河位于入庫干流上，同時是陜西-湖北的省界斷面，來水量大，反映入庫干流的水質狀況。每年按月對水質進行常規監測，監測項目有pH值、懸浮物、總硬度、電導率、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發酚、氰化物、氟化物、硫酸鹽、氯化物、六價鉻、砷、鎘、鉛、銅、總磷、總氮、糞大腸菌群等30余項。

2.2 污染分擔率法

丹江口水庫水質評價采用污染分擔率法(也稱單因子評價法)，通過比較各項指標的污染指數Pi，確定水質污染程度。若Pi<1，表明該項指標未超標，若Pi>1，則表明該項指標超標，而且Pi值越大，表示該項指標污染越嚴重。根據各項污染指標的污染分擔率大小來確定主要污染指標[5]。將污染指標的分擔率按由大到小的順序排列，取分擔率之和占60%以上的前若干項污染指標作為該河流或水系的主要污染指標。污染分擔率：

Ki=Pi/P×100%

(1)

式中，Ki表示某水體第i項污染物所占的分擔率，%；Pi表示單項污染指數，Pi=Ci/C0(Ci表示該斷面第i項污染指標的年平均值，C0表示第i項污染指標的評價標準值)，為該項目實測值與評價標準值之比；P表示各單項污染指數之和，P=∑Pi。

溶解氧污染指數：

(2)表1 污染分擔率計算結果

2.3 季節性Kendall檢驗方法原理

季節性Kendall檢驗是Mann-Kendall檢驗的一種推廣，1982年由Hirsch等人提出[6]，同年由Smith、Hirsch和Slack做了進一步的修正。該檢驗方法的思路是利用多年收集的數據，分別計算各季節的Mann-Kendall檢驗統計量S及方差Var(S)，再把各季節的統計量相加，計算總統計量。如果季節數和年數足夠大，那么可以通過比較總統計與標準正態表來進行統計顯著性趨勢檢驗。季節性Kendall方法的最大優點就是可檢驗出可用資料系列存在漏測值、未檢出值的情況，同時可考慮季節變化對水質的影響。

季節性Kendall檢驗的原理是將歷年相同月(季)的水質資料進行比較，如果后面的值(時間上)高于前面的值記為“+”號，否則記作“-”號。如果“+”居多，則可能為上升趨勢，反之，則可能為下降趨勢，如果相等則為無趨勢。

2.4 水庫富營養化評價等級

根據中國環境監測總站推薦使用的綜合營養狀態指數[TLI(Σ)]法對水庫富營養比進行評價[7]。采用0～100的一系列連續數字對湖泊營養狀態進行分級：TLI(Σ)<30為貧營養；30≤TLI(Σ)≤50為中營養；TLI(Σ)>50為富營養；5070為重度富營養。

3 結果與討論

3.1 主要污染物

對選取的丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河5個斷面數據進行統計分析。以2013年監測數據為例，執行GB 3838-2002《地表水環境質量標準》Ⅱ類標準，計算了各污染物分擔率，見表1。

由表1可知，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個斷面的統計項目中，總氮的污染分擔率均超過50%，超標嚴重，其他統計項目則可達到Ⅰ類水質標準。張灣斷面的高錳酸鹽指數、氨氮和總磷3個項目統計值超過Ⅱ類水質標準但仍滿足Ⅲ類水質標準，糞大腸菌群超標嚴重，為Ⅴ類水，且污染分擔率達到73.97%。白河斷面總氮和糞大腸菌群超標，兩者污染分擔率之和超過70%，其他統計項目則均可達到Ⅰ類水質標準。綜上，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個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分析

對主要污染物，采用季節性Kendall檢驗方法進行水質變化趨勢分析，并采用水質變化趨勢分析軟件PWQ Trend進行分算。計算數據為2004～2013年丹江口水庫水質監測月均值數據，采用季節性Kendall檢驗方法計算，結果見表2。

表2 丹江口水庫部分斷面主要污染物變化趨勢分析成果(2004～2013年)

注：“-”表示該項目未參評；“+ +”表示高度顯著上升趨勢；“+”表示顯著上升趨勢；“0”表示無趨勢；“--”表示高度顯著下降趨勢；“-”表示顯著下降趨勢。

由表2可知，丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個斷面的變化趨勢基本保持一致，總氮和總磷均呈高度顯著上升趨勢，高錳酸鹽指數呈高度顯著上升趨勢或顯著上升趨勢。結合表1，3個斷面的高錳酸鹽指數污染分擔率均低于10%，且近年來保持在Ⅰ～Ⅱ類，因此，高錳酸鹽指數的Kendall變化趨勢尚未對水質變化產生影響。總磷在污染分擔率計算結果中占第2位，3個斷面均為15%左右。在月均值中，總磷偶有超過Ⅱ類標準，達到Ⅲ類的情況。這一變化應當引起相關部門的重視。

丹江口庫區總氮超標一直是社會各界關注的焦點。丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個斷面的總氮均呈現高度顯著上升趨勢，基本穩定為Ⅳ類。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個斷面年均最大值均達到地表水Ⅳ類限值(1.5 mg/L)。多年監測資料表明，丹江口庫區總氮的主要來源為硝酸鹽氮，其含量遠低于GB3838—2002中集中式生活飲用水地表水源地補充項目標準限值(10 mg/L)。由此看來，并不能因總氮超標而否定丹江口水庫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，高錳酸鹽指數無明顯趨勢。2004～2007年張灣斷面的水質評價一直為劣Ⅴ類。近年來，水質評價基本保持在Ⅴ類。總體來看，老灌河作為漢江和丹江的一級支流中環境容量最小的河流，近年來對老灌河的治理措施逐步取得成效，污染有所控制。白河作為來水量最大的入庫干流，總氮、總磷和高錳酸鹽指數3個指標與丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個斷面基本保持一致，均呈顯著上升趨勢；糞大腸菌群指標則呈顯著下降趨勢。

為了更好地分析總氮呈現高度顯著上升的原因，對2004～2013年近10 a的數據資料作進一步統計分析。如圖1所示，丹江口壩上、陶岔、浪河口下和白河4個斷面的總氮指標近10 a整體變化趨勢基本保持一致，說明從上游白河、浪河口下到壩上再到陶岔這一段總氮未發現明顯變化，這與丹江口水庫呈現出漢庫水體補給丹庫水體的水流運動規律，以及壩前斷面的水質變化趨勢基本與漢庫水質相似的規律保持一致。

圖1 丹江口壩上、陶岔、浪河口下、白河4個斷面總氮年均值統計

3.3 富營養化趨勢分析

隨著南水北調中線工程的不斷推進，保證“一庫清水”成為重中之重，水庫富營養化也越來越引起社會各界的重視。總氮作為綜合營養狀態指數法中的重要參數均有顯著上升趨勢，且自2010年濃度明顯升高，為了更好地剖析水質變化趨勢及其影響，為相關部門決策提出更可靠的依據，本文進一步對陶岔和浪河口下兩個水功能區斷面近幾年富營養化趨勢進行了分析，詳見表3。

從表3可以看出，陶岔和浪河口下斷面均為中營養，近4 a的TLI(∑)變化浮動較小，基本保持穩定；富營養化的主要控制因素為總氮指標，氮源的累積對水庫富營養化產生潛在風險。近幾年，隨著庫區污染防治加強，庫區總氮濃度基本保持為Ⅳ類，但進一步下降的趨勢不明顯。丹江口水庫總氮偏高與上游水土流失、農業面源污染、工業和城鎮生活污染有關。建議進一步加強污染綜合防治，針對不同類型河流污染特征，綜合考慮入庫河流水質、水量，統籌實施點源和面源污染防治。同時，應加快城鎮污水處理廠建設步伐，提高脫氮要求[7-8]。

表3 陶岔和浪河口下斷面富營養化評價結果(2010～2013年)

4 結 論

本文選取丹江口庫區5個典型斷面，即丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河進行分析，得出如下結論。

(1) 由污染率分擔法計算得知，庫區總體水質良好，部分斷面個別項目超標，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) 用季節性Kendall檢驗法對主要污染物進行趨勢分析得出，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，總氮超標嚴重，需加強治理；張灣和白河斷面的糞大腸菌群則呈高度顯著下降趨勢。

(3) 用綜合營養狀態指數法對陶岔和浪河口下兩個水功能區斷面進行的水質評價得出，該斷面均為中營養狀態，應加強水生態監測和水華預警監測。

目前，丹江口水庫水質可以滿足南水北調工程調水水質要求。但對于水質逐步惡化項目的治理，應引起高度重視。丹江口水庫庫區多為山地，通過降雨匯流易將有機物及氮磷營養物質帶入水庫水體，因此，要保證丹江口水庫水質長期穩定，必須加強庫區生態監測，改善農業種植結構，切實保護植被，減少面源污染。此外，還須加強對庫周點源污染的監測力度，只有堅決做到工業污水及生活污水達標排放，才能從根本上保證“一庫清水向北流”。

[1] 尹煒，史志華，雷阿林．丹江口水庫水環境問題分析研究[J]．人民長江，2011，42(13):90-94．

[2] 徐志仿，徐銅，蒲前超．丹江口庫區及上游水資源保護與管理[J]．人民長江，2011，42(2):16-20．

[3] 辛小康，尹煒，楊芳．基于肯德爾法的丹江口水庫水質演變趨勢研究[J]．人民長江，2012，43(13) :91-94．

[4] 李思悅，張全發．運用水質指數法評價南水北調中線水源地丹江口水庫水質[J]．環境科學研究，2008，21 (3):61-68．

[5] 環境保護部．地表水環境質量評價辦法(試行)[S]．2011．

[6] Hirsch R M, Slack J R, Smith R A．Techniques of trend analysis for monthly water quality data[J]．Water Research, 1982，18(1) : 107-121．

[7] 余德輝，金相燦．中國湖泊富營養化及其防治研究[M]．北京: 中國環境科學出版社，2001.

[8] 宋國強，張衛東， 殷明，等．丹江口水庫總氮監測與綜合分析[J]．環境科學與技術，2009，32(11) :140-142．

(編輯：朱曉紅)

2016-09-15

王文靜，女，長江委水文局漢江水環境監測中心，助理工程師.

1006-0081(2016)11-0028-04

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