降雨影響下的九龍江支流總磷變化特征及趨勢

郭龍發(fā)

(漳州市環(huán)境應(yīng)急與事故調(diào)查中心，福建 漳州 363000)

水體富營養(yǎng)化引起藻類過度生長繁殖，造成水中溶解氧顯著降低，導(dǎo)致魚類和其他生物大量死亡，危及飲用水源安全。富營養(yǎng)化成為當前水體面臨的重要環(huán)境問題。磷作為水體富營養(yǎng)化的重要指標之一，其分布、遷移和變化等方面的研究不少[1-3]，降雨波動的非點源總磷污染影響具有分散性、隨機性和初期效應(yīng)等特點[4]，控制和處理的難度比較大。本文針對九龍江北溪支流為獨立水系的特點，采用當?shù)貧庀蟛块T觀測到降雨量作為徑流影響因素，以出境斷面水質(zhì)自動監(jiān)測站監(jiān)測的總磷數(shù)據(jù)代表支流總磷污染水平，將九龍江支流作為一個整體進行研究，探索總磷超標與徑流相關(guān)性背后隱含的規(guī)律，為環(huán)境管理部門水質(zhì)管理和應(yīng)急防范提供理論依據(jù)。

1 區(qū)域特點和水質(zhì)數(shù)據(jù)

九龍江位于福建省西南部，干流總長285 km，九龍江水系主要由北溪、西溪、南溪三大干流構(gòu)成。L支流為北溪重要支流之一，全長79.6 km，流域面積940 km2，下游分布著廈門、漳州多個飲用水源，L支流水質(zhì)對廈門、漳州兩市飲用水源安全具有重要意義。

在L支流出境斷面設(shè)置LB水質(zhì)自動在線監(jiān)測站，監(jiān)測項目包括總磷、氨氮等10項指標，水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類標準，系統(tǒng)每4 h自動采樣監(jiān)測分析1次。本研究收集了LB自動監(jiān)測站2012～2017年總磷監(jiān)測數(shù)據(jù)，代表了L支流向九龍江北溪匯入總磷的總體水平。地表徑流根據(jù)九龍江流域降水情況劃分為豐水期(5～9月)，平水期(2～4月)和枯水期(1、10～12月)。從年度、豐水期、平水期和枯水期進行歸類分析，降雨量數(shù)據(jù)使用氣象部門提供的數(shù)據(jù)按月進行統(tǒng)計，同對應(yīng)的總磷濃度進行對比分析，兩者的關(guān)聯(lián)、回歸，及總磷變化趨勢利用SPSS 17.0 軟件進行分析。

2 總磷濃度變化特征

2.1 總磷濃度月間變化

圖1 按月統(tǒng)計的L支流總磷變化

從L支流總磷濃度的月間變化來看，總磷濃度變化規(guī)律為豐水期>平水期>枯水期(見圖1)，豐水期和枯水期月間波動比較明顯，平水期變化幅度不大。總磷濃度最高出現(xiàn)在5月，最低出現(xiàn)在10月，對應(yīng)豐水期和枯水期，多年平均值分別為(0.299±0.1)mg/L和(0.164±0.034)mg/L，2012～2017年總磷月均濃度為0.085～0.398 mg/L。

2.2 總磷濃度年際變化

從L支流總磷濃度變化(見圖2)來看，豐水期從2012至2014年呈現(xiàn)逐步遞增的規(guī)律，在2014年出現(xiàn)一個高峰值，而后顯著下降于2017年達到最低值。全年、平水期和枯水期則是從2012至2013略有上升，在2013年出現(xiàn)一個不明顯的峰值，2014年后顯著下降至2017年達到最低值。在同年度內(nèi)，2012～2013年平水期濃度最高，其余幾個年度最高值均出現(xiàn)在豐水期。2016年不同徑流下總磷變化最不明顯，其次為2017年，而2014年變化最大，總磷濃度為豐水期>平水期>全年>枯水期。綜合以上分析，推斷L支流總磷變化在2014年出現(xiàn)一個分界點，將水質(zhì)變化劃分為2012～2014年和2015～2017年兩種不同形態(tài)。

圖2 基于多年和年際地表徑流的L支流總磷變化

3 降雨量變化對總磷濃度的影響

3.1 降雨量與總磷變化相關(guān)性

圖3 年降雨量與總磷變化相關(guān)性

圖4 月降雨量與總磷變化相關(guān)性

從2012～2017年，降雨量和總磷濃度的回歸分析(見圖3)來看，L支流的年降雨量和總磷濃度變化的線性關(guān)聯(lián)程度較低。而從月降雨量和總磷濃度變化的回歸分析(見圖4)來看，二者存在顯著(sig.=0.008)的線性函數(shù)關(guān)系，表明月間降雨量與L支流總磷濃度變化的關(guān)聯(lián)程度較為明顯。

3.2 降雨量對總磷變化影響

從不同時期降雨量和總磷濃度的相關(guān)性分析(見表1)來看，基于不同年度劃分，分析降雨量對L支流總磷變化的影響，可以發(fā)現(xiàn)2012～2017年，平水期降雨量與總磷呈負相關(guān)，豐水期和枯水期均與之呈正相關(guān)。2012～2014年和2015～2017年各時期降雨量和總磷均呈正相關(guān)。2012～2014年豐水期降雨量和總磷相關(guān)性達到顯著，呈正相關(guān)，其相關(guān)性系數(shù)為0.536。其余時期與總磷的相關(guān)性均不顯著。

表1 不同時期降雨量和總磷月均濃度相關(guān)性

注：“*”為在p<0.05水平上顯著相關(guān)。

結(jié)合圖1和圖2分析，表明降雨量對總磷濃度的影響并不存在絕對線性關(guān)系，總磷濃度變化還受其他因素影響。但隨著降雨量的增加，L支流總磷濃度有所增加，這表明年度內(nèi)降雨對于L支流匯水區(qū)域內(nèi)面源污染的淋溶沖刷效應(yīng)大于稀釋作用，這與九龍江西溪支流[5]呈現(xiàn)出相反的現(xiàn)象。

從圖5可知，在2012～2014年豐水期，L支流總磷濃度隨著降雨量增加而增加，豐水期的強降雨作用導(dǎo)致土壤中累積的磷，伴隨水土流失進入水體。綜合匯水區(qū)域面源污染分析，城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施不完善和畜禽養(yǎng)殖污染整治不到位也導(dǎo)致了污染物隨降雨沖刷進入L支流。

圖5 2012～2014年豐水期降雨量與總磷變化相關(guān)性

4 總磷來源與趨勢

水體中總磷的主要來源有四個：一是生活源污染，有相對固定的流量和水質(zhì)特征；二是種植業(yè)面源污染，情況相對復(fù)雜，受降雨影響顯著；三是畜禽養(yǎng)殖污染，水質(zhì)污染特征明確，也可歸為農(nóng)業(yè)污染源；四是工業(yè)點源污染，包括造紙、農(nóng)副食品加工等行業(yè)，L支流總磷來源涵蓋上述四個方面。從L支流年度總磷變化趨勢來看，枯水期濃度明顯低于年平均濃度，豐水期則高于年平均濃度，表明降雨的分布對總磷濃度存在一定的影響，豐水期充沛的降雨對L支流匯水區(qū)域總磷淋溶沖刷作用明顯。

游武等[3]對九龍江北溪研究發(fā)現(xiàn)，北溪水體氮磷營養(yǎng)鹽主要包括畜禽養(yǎng)殖、生活污染和農(nóng)田徑流，絕大部分來源于畜禽養(yǎng)殖(62%)。結(jié)合實際情況來看，2012～2017年間匯水區(qū)域內(nèi)種植業(yè)和工業(yè)源污染總體保持穩(wěn)定；城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)設(shè)施建設(shè)持續(xù)完善，提高生活污水收集處理率，2014年兩座污水處理廠處理污水量比2012年增加了45萬t；生豬養(yǎng)殖治理力度逐步加大，2013～2014年生豬存欄顯著消減。利用SPSS做總磷趨勢檢驗，總體方差齊，顯著性為0，結(jié)果顯示總磷濃度隨時間(年度)呈下降的趨勢，表明在徑流量總體保持穩(wěn)定時，L支流總磷濃度有逐步改善的趨勢。

5 結(jié)論

(1)總磷最高濃度出現(xiàn)在5月(豐水期)，最低濃度出現(xiàn)在10月(枯水期)，多年平均值分別為(0.299±0.1)mg/L和(0.164±0.034)mg/L。2012～2017年總磷濃度呈先略增后遞減，分界點出現(xiàn)在2014年。

(2)降雨量按(2012～2017年)、(2012～2014年)和(2015～2017年)三個時期豐水期、平水期及枯水期進行劃分，對總磷濃度影響略有差別，2012～2014年豐水期降雨量對總磷濃度影響最為明顯，其余時期影響不顯著。在徑流量總體保持穩(wěn)定時，L支流總磷濃度有逐步改善的趨勢。