基于地表水在線自動監測數據對河流污染類型的分析研究

安溪縣環境監測站 林鑫裕

隨著環境監測技術的發展，我國多數地區已通過設置地表水在線自動監測系統對河流水質進行監控，本文通過分析某城鎮河流出口處設置的水質在線自動監測系統獲取的pH、DO、電導率、水溫、濁度、總磷、氨氮、總氮、高錳酸鹽指數等2021年3月-6月的一些數據，對河流水質出現的污染情況進行分析研究，同時根據已有的污染原因調查，分析出現3種類型水質污染的水質變化趨勢，為河流污染成因分析提供一定的科學依據。

一、地表水水質自動站所采用的監測分析方法

該水站屬國家直接管控水站，所采用的分析方法：水溫-熱電阻溫度傳感器法、pH-玻璃電極法、溶解氧-極譜法、電導率-電極法、濁度-90度散射法、高錳酸鹽指數-高錳酸鉀氧化法、氨氮-納氏試劑分光光度法、總磷-鉬酸銨分光光度法、總氮-堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法。

二、河道污染類型分析

（一）多級水壩截流型水質污染

多級水壩截流型水質污染主要的特征是溶解氧異常超標。河流溶解氧的來源主要有2個，一是水體的流動帶動空氣中氧氣的溶解，二是水中藻類的光合作用產生的溶解氧；而地表水中耗氧主要途徑也有多條：水生生物活動耗氧、水壩發電驅趕飽和溶解氧、污染物（如氨氮、還原性物質）耗氧。從2016年福建省普及建設水質自動站以來，我省有多條河流多次發生溶解氧異常情況，以晉江西溪某水站2021年5月份中的某次溶解氧連續超標數據[1]，繪制成圖1、表1。

圖1 水質自動監測站中溶解氧與其他指標圖（注：虛線對應次坐標軸）

表1 溶解氧與其他指標皮爾遜相關指數

以溶解氧、流量等參數開始明顯變化為時間節點，事件開始前2-3天各參數均值為本底值，監測數值變化幅度最大的一天數據為極值。

變化幅度=（極值-本底值）/本底值*100%，可得出表2。

圖3 底泥/清淤污染型污染指標變化圖（虛線對應次坐標軸）

表2 水壩截流型水質變化幅度統計表

由圖1中可見溶解氧有明顯的變化，甚至超標（≤5.0mg/L），而其他指標有明顯變化且與溶解氧高度相關的指標有流量、氨氮、高錳酸鹽指數。通過皮爾遜相關指數結合圖1分析變化趨勢，高錳酸鹽指數正相關且相關性較高，主因是藻類的光合作用增強，溶解氧上升，產生的有機物也增加，高錳酸鹽指數隨之上升，而水生生物的活動增強時，消耗溶解氧增加，高錳酸鹽指數下降，這是正相關，顯然高錳酸鹽指數不是溶解氧下降的主因，兩者應該是表征水質的同類型指標；氨氮指標為負相關且相關性也較高，本底較低，但蓄積后濃度提升幅度大，雖然仍處于Ⅱ地表水（≤0.5mg/L），但也是造成本次溶解氧升高的主要原因之一；而從該自動站所處的位置（上下游8公里內有3級水電站，第二、三級水壩的平均水深小于5米，水質自動監測站位處第三級電站水壩內），近年來多次單純溶解氧超標事件，結合溶解氧監測數據（水站所處位置第三級處溶解氧下降到3mg/L左右時，第二級經常是4-5mg/L，第一級電站則有6-7mg/L）與電站水流量數據、氣象、所處位置等分析得出造成超標的主要原因：一是水電站蓄水發電，造成河水流速緩慢，空氣中的氧難以溶解；二是水壩已導致污染物（氨氮）的蓄積，快速消耗溶解氧；三是水電站發電造成飽和溶解氧被驅趕，溶解氧隨水壩逐級下降；四是底泥沉積遇到季節性氣溫上升，底棲生物活動劇烈，耗氧迅速；五是水壩排沙濁度上升，水中的藻類光合作用能力下降，復氧緩慢；六是陰雨天氣光照不足，光合作用減弱甚至沒有。

（二）初期雨水導致生活污水污染型

我省多數城市（鎮）已普遍實現雨污分流，污水已基本能集中收集處理，但收集率并不能達到100%，且城市（鎮）等仍有不少商家店鋪將生活污水接入雨水管道，直接排入城市河道，導致降雨時水質自動站容易出現污染事件，同樣，以同一水站5月上旬某次降水前后的水站數據[2]，繪制得圖2和表3，為雨期水質自動站數據變化圖（虛線對應次坐標軸）

圖2 雨期水質自動站數據變化圖（虛線對應次坐標軸）

表3 初期雨水污染型水質變化幅度統計表

初期雨水生活污水污染型的水質也有較明顯的特征，濁度變化幅度最大，可達到480%，是最直接指標；氨氮、總磷先上升后下降變化幅度大，上升幅度分別達到142%、165%，原因是城市（鎮）的污染物被雨水沖刷流入水體，導致濃度上升，之后被逐漸沉淀或者生物作用分解合成，可認為一次污染物導向指標；總氮、高錳酸鹽指數、電導率先下降后上升，雨水使水中原有的污染物濃度被稀釋，而后一次污染物被分解或者合成生成二次污染物，使這三項指標上升，可認為是二次污染導向指標；溶解氧先上升后下降，最后再上升，原因是雨水初期增加空氣中氧的溶解，之后污染物的生物分解作用耗氧導致溶解氧下降，最后污染物降低，耗氧減少溶解氧逐漸恢復。

（三）底泥/清淤污染型

該類型的污染特征也比較明顯。早期的某些小流域由于治污力度較小，生活污水污染較重，底泥長期沉積，甚至發黑發臭，清淤時攪動水體，若未配套污水回收治理工程，極易造成干流的水污染，該自動站三月份數據[3]就是排查出來的典型的清淤/底泥污染時的水質變化數據。

通過圖3表4前6天的數據，可以看出該類型的污染最主要的特征：一是短時間內氨氮迅速提升，上升幅度最大，達到237%，原因是底泥中銨鹽大量沉積，攪動后大量釋放溶解到水中；總磷、電導率、濁度中等程度上升,上升幅度50%-70%，當然這三個指標與清淤污水排入河道的量有直接關系，本次觀測到的清淤污水匯入量相對河水流量來說是比較小的；二是高錳酸鹽指數及溶解氧迅速下降（本次事件期間均無雨水補充，該流域已連續數個月無降水，可以排除大流量河水的稀釋，同時調閱所處電站的流量數據，也證明了這點），可以判斷原因是氨氮上升迅速耗氧，同時大量底泥中的微生物長期處于饑餓狀態，迅速分解消耗有機物與溶解氧，使高錳酸鹽指數下降。上述的變化至第七天后各項指標開始好轉，原因是及時制止了污水排放行為，污染物開始沉淀，水質回升。

表4 底泥污染型水質變化幅度統計表

三、總結

本文所述地表水幾類水污染類型均有較為明顯的特征，多級水壩截流型污染最顯著的特征是溶解氧的下降，初期雨水污染型水質的特征是濁度的顯著上升并伴隨氨氮總磷的上升，底泥/清淤污染型水質特征是氨氮大幅上升以及是高錳酸鹽指數及溶解氧迅速下降。