太子河水质演变原因定量分析

彭俊，崔超，王秀颖

（1.松辽流域水资源保护局，吉林长春130021；2.辽宁省葫芦岛水文局，辽宁葫芦岛125000；3.辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

太子河水质演变原因定量分析

彭俊1，崔超2，王秀颖3

（1.松辽流域水资源保护局，吉林长春130021；2.辽宁省葫芦岛水文局，辽宁葫芦岛125000；3.辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

影响河流水质变化的因素有自然因素和人为因素，应科学地定量两者的影响程度。本文以太子河为例，以20世纪80年代为基准期，采用降水-特征污染物浓度统计关系模型分析评估了降水变化和人类活动对流域水质的影响。

水质演变；天然水质；定量分析；太子河

0 引言

太子河是辽宁省重要水系，发源于新宾县红石砬子山，流域面积13883km2，河长413km，与浑河相汇于三岔河称大辽河，在盘锦市汇入渤海湾。流经辽宁省中部工农业城市群：抚顺、本溪、辽阳、沈阳、鞍山，这里曾是中国工业的摇篮，为我国经济建设和改革开放做出过重大贡献，但生态环境质量也曾为粗放的经济体制付出了沉重代价，其中水资源质量问题尤为突出。近年来，人们对良好生态环境的渴望和需求，使得经济与环境的协调发展成为当下的重要命题。

水环境质量与自然条件（水文情势变化、河流自身的降解能力等）及人类扰动（点源、面源污染或者河流整治）密切相关，文献多采用主成分分析并建立多元线性回归模型、偏相关系数法、BP神经网络等方法驱动因子进行识别，本文仅对自然因素和人类影响进行识别，上述方法并不适用。本研究尝试采用降水表征自然因素，根据近30年降水及水质资料，将河流水质状况与同期的降水量进行比较分析，揭示自然因素与人类扰动对河流质量演变影响的变化情况，并对2种影响进行定量分离。

1 方法构建

1.1 研究方法

降水-特征污染物浓度统计关系模型构建：1）受人类活动对流域不同程度的扰动，河流水质在受人类活动显著影响后的序列在某种意义上异于原天然序列，将水质序列分为“天然阶段”和“人类活动影响阶段”，则人类活动影响期实测污染物浓度与基准期实测污染物浓度平均值差值为污染物浓度总变化量；2）以人类活动影响期的降水数据作为输入，输出则为人类活动影响期的“率定污染物浓度”；3）“率定污染物浓度”与基准期实测天然污染物浓度差值为降水影响部分；4）污染物浓度的总变化量与降水影响部分的差值为人类活动影响量。降水影响量与污染物浓度总变化量的比值为降水影响的贡献率，人类活动影响量与污染物浓度总变化量的比值为人类活动的贡献率。

1.2 特征污染物选择

选择太子河最下游水质站小姐庙作为分析对象，对小姐庙站的各监测项目的年均浓度值按照Ⅲ类水质目标进行水质评价，氨氮（NH3-N）是最主要超标污染物，超标频次为89%，超标倍数在0.59~5.95之间，另外NH3-N也是“三条红线考核”的主要指标，是污染物排放控制方案的主要因子，因此选择NH3-N浓度作为表征水质变化的特征因子，可反映太子河流域水质演变过程。

2 研究结果

研究以太子河20世纪80年代的降水量均值和NH3-N浓度均值作为未受人类活动影响的基准值，分别用PB和CB表示，两者可建立“天然阶段”关系式。90年代以后因经济加速发展，受人类活动影响较大，该时期作为人类活动影响阶段，图1给出了太子河的降水量和NH3-N浓度的年际变化情况。

图1 太子河降水量和NH3-N浓度序列

对PB和CB建立相关性，得到“天然阶段”降水量与NH3-N浓度的关系。假设某时期太子河未受人类扰动，可根据已建立的“天然阶段”关系式，计算得到该时期降水量计算得到NH3-N浓度值（CB-C），计算值（CB-C）与基准值（CB）的差值视为受自然因素影响导致的NH3-N浓度变化量（△CN），该时期实测NH3-N浓度值（CM）与计算值（CB-C）的差值视为受人类活动扰动影响引起的NH3-N浓度变化量（△CP），两者之和为NH3-N浓度变化总量（CTotal）。

3 结果分析

根据图1可知90年代后NH3-N的浓度经历了上升-上升-下降过程，分别在1994年、2000年出现峰值，根据NH3-N浓度变化趋势，本文将研究时间段分为90年代（1991—1997年）、90年代末—20世纪初（1998—2003年）、近10年（2004—2011年）3个时期，按照降水-特征污染物浓度统计关系模型对太子河水质变化贡献量进行定量分离，3个时期NH3-N浓度的总变化量分别为1.33 mg/L，6.45mg/L和2.92mg/L，经历先增大后减小的过程，人类活动对NH3-N浓度总变化量的贡献量也呈相同的变化趋势，见表1。从太子河流域的降水量和NH3-N浓度关系看，在90年代左右两者相关性较好。90年代末期，降水量稍有下降，但同期水质开始急剧下降，说明降水量的下降对水质变化的贡献量微弱，不是最主要的影响因素。近10年来，降水量减小，但同期水质有所好转，说明此时期人类活动对水质变化影响有所减弱，降水的贡献量有所增加。

表1 太子河水质变化贡献量定量分离结果

对人类活动的经济社会指标GDP和总人口数进行分析（见图2），以探讨太子河流域经济变化与水质演变的关系。2000年左右是太子河流域GDP、人口明显增长的拐点，此时太子河流经城市的经济进入快速发展阶段，工业废水、固体废物废气、城市生活污水、垃圾及面源污染导致太子河流域持续恶化。近10年来，随着粗放型发展模式的转变和水污染防治力度的增强，太子河流域NH3-N浓度呈降低趋势，水质呈转好态势。

图2 太子河GDP总人口变化趋势

4 结语

从上述分析可以得到如下结论：人类活动是太子河流域水质变化的主要影响因素，对河流NH3-N浓度的总变化量的贡献量在90%左右，自然因素的贡献量在10%左右；20世纪90年代、20世纪90年代末-21世纪初、近10年3个时期人类活动对水质变化的贡献量呈先增大后减小的变化过程；近10年，太子河流域GDP、人口明显增长的同时，加大了污染治理力度，污染物入河量有所减少，水质呈转好的趋势。

为确保经济发展与环境保护协调发展，首先要加强点源、面源治理，确保废污水入河量在太子河环境承载能力范围内，同时引导太子河流域区工业转型、产业经济结构优化升级，大力推广绿色农业和生态农业，做到以资源促发展，以发展保环境。

［1］杜斌，冯金鹏.太子河流域水污染现状分析［J］.吉林水利，2005（12）.

［2］胥学鹏，张峥，卢雁.太子河水质污染时空异质性分析［J］.现代农业科技，2011（05）.

［3］谭徐明.海河流域水环境的历史演变及其主要影响因素研究［J］.水利发展研究，2002（12）.

［4］汤姿，等.大连市耕地变化及人文驱动因子的定量研究［J］.辽宁师范大学学报(自然科学版)，2004（03）.

［5］周戎星.区域用水量驱动因子识别及其预测研究［D］.合肥工业大学，2014.

［6］叶春，等.大堤型湖滨带生态系统健康状态驱动因子——以太湖为例［J］.生态学报，2012（12）.

［7］王圃，等.基于用水量驱动因子的水量预测模型［J］.排灌机械工程学报，2014（12）.

［8］王国庆，张建云，贺瑞敏.环境变化对黄河中游汾河径流情势的影响研究［J］.水科学进展，2006（06）.

［9］杨默远，等.潮河流域降水—径流关系变化及驱动因子识别［J］.地理研究，2014（09）.

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