基于季节性肯达尔检验法的水质变化趋势研究

房 鑫

(辽宁润中供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

基于季节性肯达尔检验法的水质变化趋势研究

房 鑫

(辽宁润中供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

浑河是辽宁省的中部地区的重要河流，流域内城镇处于高速工业化阶段，污染状况比较严重，且有进一步加重趋势。文章基于季节性肯达尔检验原理，利用PWQTrend 水质分析软件，对浑河干流抚顺段3个主要监测断面的主要污染因子，进行了水质变化趋势研究。研究提出的水质保护举措，对保障浑河干流的水环境安全具有重要价值。

浑河；季节性肯达尔检验法；水质变化趋势

1 研究区概况

抚顺市位于辽宁省东部，是我国重要的的工业基地。根据行政区划，抚顺市辖4区、3县和 2个开发区，总面积约1.13万km2[1]。抚顺市位于长白山支脉西延续部分的低山丘陵地区，地势呈东高西低的特点。抚顺市属于温带大陆性季风气候，夏季高温多雨、冬季寒冷漫长，多年平均降雨量477.5～937.5 mm。

浑河，是辽宁省的第二大河，古称沈水或小辽河，发源于抚顺市东部，流经抚顺、沈阳、辽阳、营口四市，注入辽东湾[2]。浑河全长415 km，流域面积2.5万km2，年平均径流量50～70亿m3。由于浑河流经辽宁中部城市群，这里人口稠密、工农业相对发达，因此浑河成为沿岸城市废水排放的主要渠道，污染状况日趋严重[3]。浑河干流在抚顺市境内长约305.2 km，根据抚顺市水环境功能区划分，干流不同河段的基本情况如表1所示。

2 季节性肯达尔检验法的基本原理

季节性肯达尔检验法的主要优势在于对监测资料存在非正态分布特征的趋势分析[4]。根据浑河干流抚顺段污染特征，本次研究选择CODmn、NH3-N、TN和TP作为浑河干流地表水污染程度的分析参数，根据2010—2015年每个月的监测数据对水质变化趋势进行分析。

表1 浑河干流抚顺段水环境功能区基本情况

季节性肯达尔检验法原理是将每年同一时段的数据进行前后比较，如果后一时段的数值较大，就记为“+”号，如果前一时段的数值较大就记为“-”号[5]，最后对“+”和“-”的个数进行统计，如果“+”个数较多，则认为指标为上升趋势，反之则为下降趋势。如果两种符号的数目大致相同则认为变化趋势不明显[6]。

在季节性肯达尔检验法中，零假设为随机变量，在时间上是独立的。如果设全年12个月的水质数据在分布上具有相同的概率[7]，可以建立由n年p月的水质实测数据构成的矩阵：

(1)

式中：Xnp为第n年p月的水质浓度监测值。

(1)对前p个月中第i个月的情况。设第i月内的水质序列中没有漏测的数值的个数为ni，将每个月实测数据之间的差值设为Xji-Xki。一般来说，设第i个月的正差值个数为pi，负差值个数为Qi，令Si=Pi-Qi在零假设下近似服从正态分布，其均值和方差的表达式分别如式(2)、式(3)所示：

E(Si)=0

(2)

(3)

(4)

(5)

趋势检验显著水平α的表达式为：

(6)

根据相关研究成果[8]，显著性水平α的临界值为0.1和0.01。当α≤0.01时，肯达尔检验具有高度显著性；当0.01≤α≤0.1时，肯达尔检验具有显著性。当t>0时，显著性呈上升趋势；当t<0时，显著性呈下降趋势；当t=0时，显著性无明显变化趋势。

3 浑河干流抚顺段水质变化趋势分析

根据以上研究过程选择对清原下、北杂木、水库出库口、和平桥、七间房等五个控制断面的水质变化趋势展开研究，计算结果如表2所示。

由表2中的数据可以看出浑河干流抚顺段水质有如下变化趋势：

(1)高锰酸盐指数。在分析计算的所有五个断面中出库口断面、七间房断面、清原下断面呈显著上升趋势；北杂木断面高度显著上升趋势；只有和平桥断面无明显变化。从总体情况来看，浑河干流高锰酸盐指数呈上升趋势变化，其中呈高度显著上升趋势的有20%，呈显著上升的占60%。可见浑河干流的 CODmn浓度仍然呈现出逐年增加的趋势，是今后需要着重控制的污染因子。从浓度中值来分析，和平桥和七间房断面的高锰酸盐污染最严重，但总体还保持在国标Ⅲ类水质要求的范围之内。北杂木和清原下两个断面的CODmn浓度虽表现为上升趋势但是污染较轻。

(2)氨氮指数。在所有的五个监测断面中，清原下断面呈高度显著上升趋势，占全部监测断面的 20%；北杂木断面和和平桥断面无明显变化趋势，占全部监测断面的40%；七间房断面和出库口断面呈明显下降趋势，占全部监测断面的 40%。对监测结果的浓度中值分析可以看出，北杂木断面能够达到国标Ⅱ类水体要求；清原下和出库口断面属于Ⅲ类水体水质；其余两个断面属于Ⅳ类水质，水质情况满足辽宁省地表水体污染控制标准，氨氮的控制情况整体良好。

(3)总氮指数。在所有的五个监测断面中，清原下断面、和平桥断面、七间房断面和出库口断面呈高度显著上升趋势，占整全部监测断面的80%。北杂木断面无明显趋势变化，占全部监测断面的10%。从浓度中值来看，出库口断面和清原下断面满足国标Ⅲ类水体范围，但是已经十分接近上限；和平桥断面和七间房断面属于Ⅳ类水体范围。究其原因，浑河及其支流流经的区域属于辽宁省的农业发达地区，农业生产中使用的大量氮肥会造成比较严重的面污染。此外，和平桥和七间房断面位于抚顺市区，接受了数量不等的城市生活污水和工业污染水源，因此控制总氮污染仍是浑河水质控制的重中之重。从总氮的浓度中值看，只有北杂木断面属于Ⅱ类水体水质，且变化趋势比较平稳。

(4)总磷。在所有的五个监测断面中，出库口断面和清原下断面呈高度显著上升趋势，占全部监测断面的 40%。北杂木断面呈显著上升趋势，占全部监测断面的 20%。和平桥断面无明显变化趋势，占整个监测断面的 20%。七间房断面呈显著下降趋势，占全部断面的20%。其中，北杂木断面总磷虽然呈上升趋势但由于水质基础好，水质仍属于国标Ⅱ级水质范围，其余断面也分别属于Ⅲ类和Ⅳ水体水质和范围内。

表2 浑河干流抚顺段水质趋势分析结果

4 结 论

季节性肯达尔检验法作为重要的趋势分析方法符合时代要求，美国各州在河流水质评价中多采用此方法。本文利用季节性肯达尔检验法对浑河干流抚顺段的水质变化趋势进行了分析，结果显示CODmn、氨氮、总氮、总磷等主要污染物指标总体上呈上升趋势，特别是总氮指标上升趋势更为明显。因此，抚顺市的水源保护工作有待加强。此外，从分析结果来看，浑河上游断面污染物增长趋势比较明显，抚顺市区段虽然污染水平较高，但基本处于稳定状态，且部分指标稳中有降。这说明抚顺市近年来在城市水污染治理方面取得了显著成绩，但是广大农村地区的污染状况不容乐观，特别是农业面源污染问题一直没有得到有效解决，应该引起有关部门的重视。

[1] 郎骏,孙晓菊,朱茂森.抚顺市构建节水型社会的必要性及措施[J].水土保持应用技术,2012(5):29-30.

[2] 吴宁.浑河健康评价及保护对策分析[J].黑龙江水利科技,2015(8):191-195.

[3] 薛丽.基于浑河灌溉期水平衡测试水量分析[J].黑龙江水利科技,2016(6):30-32.

[4] 沈叶青.上海市奉贤区近些年地表水水质变化趋势分析[J].黑龙江水利科技,2014(4):14-16.

[5] 牛亚芬,李闯,牛亚君.大兴安岭地区水质变化趋势分析[J].黑龙江水利科技,2010(5):113-114.

[6] 贾俊杰,逄勇,罗缙,等.肯达尔检验法在江阴市河流水质趋势分析中的应用[J].水资源与水工程学报,2014(3):83-89.

[7] Hirsch R M,Slack J R.Anonparametric trend test for seasonal data with serialdepedence[J].Water Resources Research, 1984,20(6):727-732.

[8] Ghalhari G,Dastjerdi J,Nokhandan M.Using Mann Kendal and t-test methods in identifying trends of climatic elements:A case study of northern parts of Iran[J].Management Science Letters,2012,2(3): 911-920.

Research on water quality change trend based on seasonal Kendall testing method

FANG Xin

(LiaoningrunzhongwatersupplyCo.,Ltd.，shenyang110000，China)

The Hunhe river is an important river in the middle of Liaoning Province, cities and towns within the basin in the high stage of industrialization,and it is more and more serious pollution in this area.This paper is based on the seasonal Kendall testing method,and uses PWOTrend software to study the main pollution fators on the change of water quality for three main monitoring sections in Fushun.The conclusions have important value to put forward the water quality protection measures and ensure the safety water environment of Hunhe river.

Hunhe river; seasonal Kendall test method; water quality change trend

房 鑫(1988-)，男，辽宁朝阳人，助理工程师， 主要从事水利工程设计与管理工作。E-mail:fx123@126.com。

P342

A

2096-0506(2017)02-0055-04