天津三岔口国控断面水质变化特征分析

梁丹丹

(西北大学 城市与环境学院，陕西 西安 710127)

海河是我国七大江河之一，流域面积26.5万 km2，是我国华北地区最大的水系。海河干流是子牙、大清、南运、北运、永定河5大水系的入海通道，同时还有排涝、蓄水、供水、航运、旅游和环境保护等综合功能。

海河的水质监测工作一直以来都受到了国家和地方政府的高度重视。其水质自动监测工作也被国家环保部和国家环境监测总站列为十五期间的重点工作之一。在此期间为了实时监测海河水的水质，防止各类突发事件对人们的生活生产带来危害，2000年12月在天津三岔口设置了水质自动监测站。

天津三岔口水质自动监测站位于天津市河北区平安街海河东岸。点位坐标为 117°11＇21.9″E，39°08＇22.5″，属于海河流域，海河干流(入海口)，距水站15 km。

目前我国的水质自动监测站几乎覆盖了河流、湖泊、水库、饮用水源地、近岸海域等各类所有水域，这些自动监测站时时监测着水体的水质变化情况，客观地记录水质状况，并且及时发现水质异常变化，进而更快地对水质污染做出相应的措施防止流域污染情况发生，为研究水体扩散自净规律等提供条件。

本项目通过记录天津三岔口国控断面2004-2013年的水体不同污染因子(pH值、溶解氧溶解氧DO、高锰酸盐指数CODMn、氨氮NH3-N)的数据，分析天津三岔口水质状况，探究各污染因子季节及年迹变化特征。数据主要来源于中华人民共和国环境保护部数据中心，同时辅以国家地表水水质自动监测网站来获得。

根据国家气象部门对四季的划分方法，本项目将阳历的3～5月划为春季，6～8月划为夏季，9～11月划为秋季，12月～来年2月划为冬季。并参照地表水环境质量标准[1]确定各污染因子监测值是否超标。

1 天津三岔口水质现状

天津三岔口设置水质断面以来运行状况良好，实时监测水温、pH值、溶解氧、高锰酸盐指数等指标，得到的大量连续的监测数据为分析天津三岔口水质现状提供了可靠的依据。

通过探究各污染因子各年平均在十年间的年迹变化，从而准确把握天津三岔口水质现状。在各污染因子年迹变化的研究中，pH值及氨氮含量十年间变化都不大，但高锰酸盐指数及溶解氧含量的监测值变动比较大。DO的最大最小平均值分别出现在在2007年和2012年，而 CODMn最大最小平均值则出现在2011年与2007年(见图1)。

图1 各污染因子年迹变化

在天津三岔口十年间各季节水体各污染因子变动的研究中，天津三岔口水质状况比较稳定，一年中pH值的变化不大，只在水量比较充沛的季节较低，这可能是由于酸雨造成的[2]。

溶解氧值在夏秋季节时较低，春冬季节含量较高，而高锰酸盐指数则在夏秋季节相对较高，氨氮含量在夏季时会有突然变高的趋势(见图2)。

图2 各污染因子季节变化特征

通过对十年间各污染因子的实时监测，可以确定天津三岔口水质状况基本稳定，且各项监测指标均可达到地表Ⅴ类或劣Ⅴ类水体，总体达到Ⅴ类水体，水体污染状况逐渐得到改善，水质状况不断提高并达到更高标准的水体。海河在非引黄或引滦补水期间，由于上游无天然水源补给，海河水出现富营养化特征(见表1)。

表1 各污染因子超标倍数

2 污染因子特性分析

2.1 各污染因子特征值分析

将2004—2013年的四个季节数据进行整体分析，得出各污染因子的最大值、最小值以及平均值，并进行观察比较(见表2)。

表2 各污染因子特征值

对pH值的特征值分析中，夏秋季节pH值明显低于春冬季节，由于夏秋季节降水强度较大，还伴有酸雨的可能，使得pH值有所降低。但总体看来，pH值基本变化不大，在同一季节时，pH值的最大值与最小值之间相差2左右。

对溶解氧特征值分析中，夏秋季节明显低于春冬季节，冬季溶氧平均值最高达11.5 mg/L，且同季节中最大值与最小值之间相差较大。天津三岔口冬季溶氧较高原因可能有以下三点:天然水体中溶解氧的含量与温度、外界大气压及空气中的氧分压有很大的关系[2]，当温度升高时溶解氧的含量会随之降低。冬季温度较低，在同样其他条件时溶解氧相对较高。

高锰酸盐指数是作为评价水体受有机污染和还原性无机物污染的综合指标。在对高锰酸盐指数的特征值分析中，尽管夏秋季节最大值小于春冬季节，但从平均值来看，夏秋季节是明显高于春冬季节的。同季节中高锰酸盐指数的最大值与最小值之间相差较大，总体上此监测指标可达到地表水Ⅴ类水体。

氨氮以游离态氮或铵盐的形式存在于水体中，测定水体中所有氮含量有助于评价水体受污染状况及自净的程度。在对氨氮的特征值分析中，夏秋季节监测值高于春冬季节，一般7～9月份为汛期，降雨强度较大，大量污染物被冲刷进入河道中，使得水体的自净能力下降，水质健康状况受到很大影响。同一季节中氨氮含量最大值与最小值之间相差较大。

在对各污染因子的特征值分析研究中，pH值最大值与最小值相差不大且各季节平均值较为接近;溶解氧含量则最大值及各季节平均值之间相差较大;高锰酸盐监测值相对而言较为稳定;氨氮最大值与最小值之间相差较大，而夏秋冬季节的平均值是较为接近的。

2.2 各污染因子相关性分析

据调查研究，各污染因子同一季节时相关性系数差异较大，且同样两种污染因子之间相关性在季节不同时相差也较大。

1)春季时，各污染因子之间相关性都不大，其中pH值与DO相关性较大些为0.165，其次为 CODMn与 NH3-N的相关性较大，DO与NH3-N的相关性也相对较大。pH值与 DO呈现正相关，这是藻类光合作用、水生生物呼吸作用、有机物质氧化分解等因素相互作用的综合体现[4]。据相关研究表明pH值、DO均有明显的日变化规律，且二者呈显著正线性相关[5]。CODMn与 NH3-N也呈现微小的正相关，CODMn表征水体中有机物的含量，若此含量高则一定程度上导致了NH3-N的量的升高。DO含量高，水体中微生物较活跃，也会使得NH3-N的量增多。

表3 各污染因子相关性系数

2)夏季时，相关性相对较大的为pH值与DO，DO与NH3-N以及 pH值与 NH3-N，相关性系数分别为:0.602、0.33和0.207。在夏季所研究的四种污染因子之间，NH3-N与COD的相关性最差，只有 0.004。在研究中发现 pH值与NH3-N之间以及DO与NH3-N之间是呈负相关的，DO与pH值的正相关性也较为明显。

3)秋季时，各污染因子相关性最大的是 pH值与DO，相关系数为0.473，其次为 DO与 NH3-N，相关系数为 0.363，并且DO与NH3-N呈现明显的负相关，即秋季时，随着溶氧的增加，水体中NH3-N含量减少;pH值与各污染因子之间都体现出了一定的相关性，与DO和CODMn呈现一定的正相关，与NH3-N呈现一定的负相关;DO与CODMn的相关性不大。

4)冬季时，天津三岔口四项监测指标之间相关性最大的为 CODMn与 NH3-N，相关性系数为0.28，其次，相关性较大的是pH值与 CODMn，相关性系数为 0.146。在 pH值与CODMn的相关性中明显存在的是负相关，即随着 DO的含量的增多水体中有机物含量越少。pH值与 DO、CODMn及 NH3-N都存在一定的正相关性，但是相关性系数都不大;DO与CODMn的相关性较小。

溶解氧的状况与水环境污染程度是有很大相关性的[6]。溶解氧浓度在3 mg/L以下时，水环境大多呈污染状态，并且此时水环境健康状况很不稳定。溶解氧浓度在3～5 mg/L之间时，水环境有较多情况呈现出健康状态，并且污染指标表现出一定的相关性。溶解氧浓度在5 mg/L以上时，半数以上的水环境呈健康状态，污染指标表现稳定。并且在溶解氧浓度较低水平的情况下，依然存在高锰酸盐指数以及氨氮等污染指标程度较低的情况;在溶解氧浓度较高时，也存在高锰酸盐指数以及氨氮等污染指标同样呈现较高水平的情况，在此方面应加深研究，以发现更多用于治污防污的规律。

夏季时溶解氧与高锰酸盐指数的相关性相较其他季节来说较高，且两者呈现出负相关的关系，pH值与高锰酸盐指数之间相关性较大，与溶解氧含量相关性也较大。

3 结语

通过以上研究，可以判断作为Ⅴ类一般景观用水的要求，天津三岔口的水质情况是基本达标的，并且可以逐步达到Ⅲ类水体的水质标准。天津三岔口水质在2004～2013年间，水质状况基本稳定。高锰酸盐指数与溶解氧的含量随年迹变化较大，这与其外界条件的变化及人们的生产生活活动密切相关，除溶解氧含量各季节变动幅度很大之外高锰酸盐指数、pH值与氨氮含量随季节变动不大。

对各污染因子的特征值进行分析，pH值最大值与最小值相差不大且各季节平均值较为接近;溶解氧含量则各季节最大值及平均值之间相差较大;高锰酸盐监测值相对而言较为稳定;氨氮最大值与最小值之间相差较大，而夏秋冬季节的平均值是较为接近的。同时也发现，冬季溶解氧含量明显高于其他三个季节，并且每年的第三个季度 NH3-N的含量会增高。

各污染因子相关性分析中，同一季节两不同污染因子之间或两相同污染因子在不同季节之间的相关性系数都是相差很大的。这可能受到了温度等其他因素的影响，并且与周围环境发生的变化以及人们生产生活是十分相关的，在此方面还应继续进行研究，以期更好地防治水体污染。

在对海河天津三岔口水质现状、污染因子污染特性进行分析后，得出海河天津三岔口国控水质断面水质状况基本稳定，没有大幅度的变化。

[1]GB3838-2002.国家地表水环境质量标准[S].北京:中国环境科学出版社.2002.

[2]王海英.天津海河三岔口水质污染状况浅析[J].绿色科技.2013，07:159-160:159-160.

[3]魏鹏，黄良民，冯佳和，等.珠江口广州海域 COD与 DO的分布特征及影响因素.生态环境学报.2009，18(5).

[4]黄岁樑，臧常娟，杜胜蓝，等.pH、溶解氧、叶绿素 a之间相关性研究Ⅰ:养殖水体[J].环境工程学报.2011，5(6).

[5]黄岁樑，臧常娟，杜胜蓝，等.pH、溶解氧、叶绿素 a之间相关性研究Ⅱ:非养殖水体[J].环境工程学报.2011，5(8).

[6]宋晓霄，闫浩文，田秉晖，等.海河流域污染状况与常规污染指标数据分析[J].南水北调与水利科技.2012，01:98-101.