漕河常州段監(jiān)控?cái)嗝嫠|(zhì)變化趨勢(shì)分析

楊 鑫

(江蘇中吳環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 常州 213022)

1 引言

漕河是太湖西部地區(qū)主要水運(yùn)干線，是連接蘇南地區(qū)丹陽(yáng)、金壇、溧陽(yáng)三區(qū)市的水運(yùn)大動(dòng)脈。近些年，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城鎮(zhèn)化率持續(xù)提高，不合理開(kāi)發(fā)以及高強(qiáng)度的水資源利用已造成漕河常州段水質(zhì)出現(xiàn)一定程度污染。因此，選取漕河常州段主要監(jiān)控?cái)嗝娴慕?0年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別采用T值圖解法和季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法對(duì)化學(xué)需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)等指標(biāo)的空間、時(shí)間變化趨勢(shì)進(jìn)行分析[1～4]，揭示水質(zhì)趨勢(shì)變化情況，以為漕河常州段的水污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

漕河常州段共設(shè)置了9個(gè)例行監(jiān)控?cái)嗝?表1)，監(jiān)測(cè)因子主要為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中基本項(xiàng)目，且斷面水質(zhì)目標(biāo)參照《江蘇省地表水(環(huán)境)功能區(qū)劃》(2002)。選取2004～2013年各監(jiān)測(cè)斷面常規(guī)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，其中圖解法選取CODCr、NH3-N、揮發(fā)酚和溶解氧(DO)[5]；季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法選取CODCr、NH3-N和總磷(TP)。

表1 漕河例行監(jiān)測(cè)斷面統(tǒng)計(jì)

2.2 研究方法

2.2.1T值圖解法

通過(guò)計(jì)算有機(jī)污染綜合指數(shù)(T值)做出水質(zhì)變化曲線圖，以判斷水質(zhì)變化的趨勢(shì)和規(guī)律[6～8]。

(1)

式(1)中：T為有機(jī)污染綜合指數(shù)；LCODCr、LNH3-N、L揮發(fā)酚與LDO分別為CODCr、NH3-N、揮發(fā)酚和DO的監(jiān)測(cè)值(mg/L)；CCODCr、CNH3-N、C揮發(fā)酚與CDO分別為CODCr、NH3-N、揮發(fā)酚和DO的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)。

T值法評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：0～1為良好；1～2為一般；2～3為開(kāi)始污染；3～4為中等污染；>4為嚴(yán)重污染。

2.2.2 季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法

季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法首先由Hirsch等于1982年提出，它是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法，且是Mann-Kendall檢驗(yàn)的一種推廣[9,10]。對(duì)于該方法而言，零假設(shè)H0為隨機(jī)變量與時(shí)間獨(dú)立，設(shè)定一年中12個(gè)月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)具有同樣的概率分布。則n年p月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)矩陣：

(2)

式(2)中：x11,…,xnp為水質(zhì)觀測(cè)濃度的月平均值。

就p月中第i(i

(3)

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)值分析原則，第i月內(nèi)可以做比較的差值數(shù)據(jù)組個(gè)數(shù)mi可通過(guò)下式分析計(jì)算：

(4)

式(4)中，ni為第i月內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)值中非漏監(jiān)測(cè)值數(shù)量，即第i月內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)值中的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)量。

在零假設(shè)條件下，隨機(jī)序列si(i=1,2,…,p)近似服從高斯分布，因此si的均值、方差依次為：

均值：E(si)=0

(5)

肯德?tīng)枡z驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量τ定義為：τ=s/m。由此，在雙側(cè)檢驗(yàn)中，對(duì)于確定的檢驗(yàn)顯著性水平α，若|Z|≤Zα/2，則接受零假設(shè)。這里FN(Zα/2)=α/2，F(xiàn)N為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)，即

(6)

一般情況下取顯著水平α分別為0.1和0.01，當(dāng)α≤0.01時(shí)，|Z|>2.567，檢驗(yàn)結(jié)果具有高度顯著水平；當(dāng)0.01<α≤0.1時(shí)，1.645<|Z|<2.567，檢驗(yàn)結(jié)果是顯著的。當(dāng)α滿足上述二種條件下，如果τ為正值，則具有顯著或高度顯著上升趨勢(shì)；若τ為負(fù)時(shí)，水質(zhì)序列趨勢(shì)是下降的趨勢(shì)；若τ為零時(shí)，說(shuō)明無(wú)趨勢(shì)。

2.3 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)分析處理采用Excel 2016和中國(guó)水利水電研究科學(xué)院研制的PWQTrend水質(zhì)趨勢(shì)檢驗(yàn)軟件；圖形繪制采用Origin 9.2繪圖軟件。

3 結(jié)果與分析

3.1 水質(zhì)變化趨勢(shì)——A值法

本研究分枯、平、豐3水期以及年平均4種情況分析了漕河常州段有機(jī)污染狀況，根據(jù)9個(gè)斷面年均水質(zhì)變化曲線(圖1)，從時(shí)間上看，可知經(jīng)過(guò)近10年的污染治理，漕河常州段9斷面有機(jī)污染綜合指數(shù)均下降，水質(zhì)呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。2004～2013年9斷面T值下降率從大到小依次為別橋(39.79%)、指前橋(33.94%)、五工區(qū)(28.37%)、南新橋(25.94%)、黃埝橋(25.02%)、一水廠(24.08%)、鳳凰東橋(22.97%)、夏橋(20.62%)、新村里(17.34%)，除黃埝橋斷面(入常州斷面)外，其他斷面水質(zhì)污染水平均降低一等級(jí)(別橋斷面降低二等級(jí))；從空間上看，相對(duì)于功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)要求，漕河常州段溧陽(yáng)區(qū)域有機(jī)污染較金壇區(qū)域嚴(yán)重，其中2013年，溧陽(yáng)4斷面中3個(gè)斷面處于中度污染，而金壇5斷面3斷面已處于一般狀態(tài)。根據(jù)歷年枯、平、豐3期水質(zhì)柱形圖，發(fā)現(xiàn)絕大部分情況下，豐水期T值均大于枯、平水期，即豐水期有機(jī)污染較嚴(yán)重，說(shuō)明經(jīng)過(guò)近10年的環(huán)境綜合整治，該區(qū)域點(diǎn)源污染(工業(yè))整治取得成效，農(nóng)業(yè)面源成為主要污染源。

3.2 水質(zhì)變化趨勢(shì)——季節(jié)性Kendall法

用季節(jié)性肯德?tīng)枡z驗(yàn)法分析水質(zhì)變化趨勢(shì)時(shí)，序列長(zhǎng)度通常情況下選擇以5～12年[11，12]。在水質(zhì)變化趨勢(shì)分析中，水質(zhì)序列的長(zhǎng)短對(duì)趨勢(shì)檢驗(yàn)結(jié)果精度具有較大影響。較短水質(zhì)序列(2～3年)尚不能準(zhǔn)確判定趨勢(shì)性，而過(guò)長(zhǎng)的水質(zhì)序列將會(huì)有一種趨勢(shì)掩蓋或抵消另一種趨勢(shì)的跡象。因此，本文為確保趨勢(shì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確及可靠性，收集了漕河常州段9個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2004～2013年常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。著重選擇監(jiān)測(cè)時(shí)間序列長(zhǎng)、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確又在判別污染水體水質(zhì)上有代表的3大指標(biāo)NH3-N、CODCr和TP。9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)指標(biāo)水質(zhì)趨勢(shì)檢驗(yàn)分析結(jié)果詳見(jiàn)表2。

圖1 T值法水質(zhì)變化趨勢(shì)分析

由表2可以看出：①近10年，漕河常州段水質(zhì)整體上變化不明顯，其中27組分析結(jié)果中，15組無(wú)明顯升降趨勢(shì)(55.56%)，7組呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)(25.93%)，5組呈下降趨勢(shì)(18.52%)；②從污染類別看，總體上工業(yè)污染有所削減，黃埝橋、五工區(qū)樣點(diǎn)NH3-N高度顯著下降；農(nóng)業(yè)及生活污染逐步凸顯，黃埝橋、一水廠、南新橋、指前橋以及夏橋5樣點(diǎn)CODCr顯著上升。

表2 季節(jié)性Kendall 檢驗(yàn)法檢驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表2

4 結(jié)論

(1)2004～2013年漕河常州段9斷面有機(jī)污染綜合指數(shù)均下降，有機(jī)污染逐漸減輕；漕河常州段溧陽(yáng)區(qū)域有機(jī)污染較金壇區(qū)域嚴(yán)重，且豐水期有機(jī)污染相對(duì)偏重。

(2)2004～2013年漕河常州段水質(zhì)整體上變化不明顯，27組分析結(jié)果中，有15組無(wú)明顯升降趨勢(shì)(55.56%)；且總體上工業(yè)污染源有所削減，農(nóng)業(yè)面積逐漸凸顯。