自動(dòng)監(jiān)測在太湖流域河流污染物通量計(jì)算中的應(yīng)用＊

（江蘇省環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇南京 210019）

準(zhǔn)確掌握河流污染物通量是落實(shí)總量控制制度、減少環(huán)境污染跨界糾紛的重要前提，可為跨界污染舉證和污染治理決策提供依據(jù)。在斷面通量監(jiān)控技術(shù)方面，Webb[1]等人構(gòu)建了多種時(shí)段通量計(jì)算方法，富國[2]對5種河流污染物通量估算方法進(jìn)行了對比分析。國內(nèi)學(xué)者們將通量計(jì)算方法應(yīng)用在對淮河干流水質(zhì)斷面污染物年通量估算、九龍江污染物入海通量估算、洞庭湖水質(zhì)及出入湖主要污染物通量估算等領(lǐng)域[3-5]。目前國內(nèi)外主要借助人工監(jiān)測進(jìn)行河流污染物通量計(jì)算。太湖流域河網(wǎng)密布、閘壩眾多，水文復(fù)雜，范圍廣闊等特征，污染物匯入量的核定工作量巨大，需要較長的時(shí)間周期。由于人工監(jiān)測頻次較低，在對工業(yè)污染物的匯入量、河流主要污染物總量的監(jiān)測之后，僅以一次值來推算污染物的月排放總量、年度排放總量，或以一個(gè)地區(qū)的監(jiān)測數(shù)據(jù)來推算整個(gè)流域的排放量，大大地忽視了水文條件變化、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的時(shí)間階段性和空間差異性和隨機(jī)性影響，使估算值與實(shí)際污染物總量相差懸殊，數(shù)據(jù)來源的代表性不足，通量計(jì)算結(jié)果科學(xué)性無法滿足當(dāng)前環(huán)境管理需求。因此，探索通過水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)來核定區(qū)域氮、磷等主要污染物入湖總量是今后水質(zhì)監(jiān)測發(fā)展的必然趨勢。

1.研究方法

污染物通量計(jì)算常用方法有以下6種，如表1所示。

表1 污染物通量計(jì)算的6種方法比較[2]

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數(shù)；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時(shí)濃度；Qi為測定以上各種濃度時(shí)水流瞬時(shí)流量。

方法A計(jì)算方法：通過計(jì)算測得瞬時(shí)濃度平均值與瞬時(shí)流量平均值之積，得到某一時(shí)間點(diǎn)的平均瞬時(shí)通量，取時(shí)間單位為t，則K取值為將t化為年。K與平均瞬時(shí)通量的乘積及為年通量。

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數(shù)；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時(shí)濃度；為測定以上各種濃度某一時(shí)段內(nèi)的平均流量。

方法B計(jì)算方法：通過將某一時(shí)段內(nèi)測得的濃度取平均值并求和，得到該時(shí)段的平均濃度之和。求時(shí)段平均濃度之和與這個(gè)時(shí)段內(nèi)的平均流量之積，得到該時(shí)段內(nèi)的平均通量，取時(shí)間單位為t，則K取值為將t化為年。K與時(shí)段平均通量的乘積及為年通量。

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數(shù)；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時(shí)濃度；Qi為測定以上各種濃度時(shí)水流瞬時(shí)流量。

方法C計(jì)算方法：先將瞬時(shí)通量CiQi取平均值，再將個(gè)時(shí)段內(nèi)各瞬時(shí)平均通量求和，得到一個(gè)平均的時(shí)段通量，取時(shí)間單位為t，則K取值為將t化為年。K與這個(gè)時(shí)段平均通量的乘積及為年通量。

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數(shù)；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時(shí)濃度；為測定以上各種濃度某一時(shí)段內(nèi)的平均流量。

方法D計(jì)算方法：將各個(gè)瞬時(shí)濃度與時(shí)間段內(nèi)的平均流量相乘并求和，得到該時(shí)間段的一個(gè)平均時(shí)段通量，取時(shí)間單位為t，則K取值為將t化為年。K與這個(gè)時(shí)段平均通量的乘積及為年通量。

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數(shù)；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時(shí)濃度；Qi為測定以上各種濃度時(shí)水流瞬時(shí)流量；為測定以上各種濃度某一時(shí)段內(nèi)的平均流量。

方法E計(jì)算方法：取時(shí)段內(nèi)各個(gè)瞬時(shí)濃度與瞬時(shí)流量的乘積并求和，得到該時(shí)段內(nèi)的總通量，將此總通量除以時(shí)段總流量，得到時(shí)段通量平均濃度，將此濃度與時(shí)段平均流量相乘，即得到了一個(gè)平均時(shí)段通量，取時(shí)間單位為t，則K取值為將t化為年。K與這個(gè)時(shí)段平均通量的乘積及為年通量。

Ci為污染物瞬時(shí)濃度，F(xiàn)i為瞬時(shí)流量（或累計(jì)流量相減），T為采樣時(shí)間間隔。對于缺失數(shù)據(jù)的時(shí)間段，根據(jù)自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的月均值補(bǔ)全后參與計(jì)算。對于暫無流量數(shù)據(jù)的，可以利用每日的調(diào)水量數(shù)據(jù)進(jìn)行入湖總量核算。

2.數(shù)據(jù)來源與通量計(jì)算

選擇太湖流域某典型河流2009年的自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)合手工監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用上述6種方法進(jìn)行污染物通量計(jì)算，其中手工數(shù)據(jù)的監(jiān)測頻次為每月一次，自動(dòng)數(shù)據(jù)的監(jiān)測頻次為4h一次，并使用手工數(shù)據(jù)校準(zhǔn)。方法A-E采用手工數(shù)據(jù)不同時(shí)段的均值進(jìn)行計(jì)算，方法F采用自動(dòng)數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值核算。

計(jì)算結(jié)果表明，基于自動(dòng)監(jiān)測（方法F）的太湖流域各項(xiàng)主要污染物年通量處于中位，年通量分別為：高錳酸鹽指數(shù)為2923.37t/年、氨氮為640.08t/年、總氮2777.69t/年、總磷109.91t/年。方法F提高了監(jiān)測頻次，大大增加了樣本數(shù)量，使得其估算結(jié)果更為接近真實(shí)情況，相比其他方法也更具代表性，如表2所示。

表2 太湖流域某典型河流6種不同方法通量計(jì)算結(jié)果

在6種不同的方法中，高錳酸鹽指數(shù)的平均值為2760.14 t/年，最小值為2238.66t/年(方法C)，最大值為3436.57t/年(方法B)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為456.15，變異系數(shù)為16.53%。氨氮的平均值為713.85t/年，最小值為628.41t/年(方法A)，最大值為825.93t/年(方法E)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為90.66，變異系數(shù)為12.70%；總氮的平均值為2434.24t/年，最小值為1844.05t/年(方法A)，最大值為3355.19t/年(方法B)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為575.54，變異系數(shù)為23.64%；總磷的平均值為108.82t/年，最小值為91.08t/年(方法A)，最大值為128.07t/年(方法B)，標(biāo)準(zhǔn)偏差為14.60，變異系數(shù)為13.42%，如表3所示。

表3 太湖流域典型河流6種不同方法通量計(jì)算結(jié)果分析

3.結(jié)果與討論

（1）在6種不同的方法中，基于自動(dòng)監(jiān)測的太湖流域各項(xiàng)主要污染物年通量處于中位。由于提高了監(jiān)測頻次，增加了樣本數(shù)量，使得其估算結(jié)果更為接近真實(shí)情況，相比其他方法更具代表性。太湖流域某典型河流年通量分別為：高錳酸鹽指數(shù)為2923.37t/年、氨氮為640.08t/年、總氮2777.69t/年、總磷109.91t/年。

（2）與斷面瞬間通量計(jì)算相比，時(shí)段通量的估算難度相對較大。由于時(shí)段的跨度越大，期間通量波動(dòng)變化的方式也就越復(fù)雜，而采用有限次的實(shí)測數(shù)據(jù)加以推測，估算結(jié)果代表性不足。污染物年通量估算的誤差主要來源于流量、水情、采樣點(diǎn)的代表性、水質(zhì)分析方法、監(jiān)測頻率等。本文建立了基于高頻次高數(shù)據(jù)量的自動(dòng)監(jiān)測污染物通量計(jì)算方法，通過增加水文條件和水質(zhì)情況在空間和時(shí)間上的樣本數(shù)量，使估算結(jié)果更具代表性。