漕河常州段监控断面水质变化趋势分析

2022-03-04杨鑫

绿色科技 2022年2期

杨鑫

(江苏中吴环保产业发展有限公司，江苏常州 213022)

1 引言

漕河是太湖西部地区主要水运干线，是连接苏南地区丹阳、金坛、溧阳三区市的水运大动脉。近些年，随着区域经济的高速发展，城镇化率持续提高，不合理开发以及高强度的水资源利用已造成漕河常州段水质出现一定程度污染。因此，选取漕河常州段主要监控断面的近10年的水质监测数据，分别采用T值图解法和季节性Kendall检验法对化学需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)等指标的空间、时间变化趋势进行分析[1～4]，揭示水质趋势变化情况，以为漕河常州段的水污染防治提供科学依据。

2 数据来源与分析方法

2.1 数据来源

漕河常州段共设置了9个例行监控断面(表1)，监测因子主要为《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中基本项目，且断面水质目标参照《江苏省地表水(环境)功能区划》(2002)。选取2004～2013年各监测断面常规监测指标，其中图解法选取CODCr、NH3-N、挥发酚和溶解氧(DO)[5]；季节性Kendall检验法选取CODCr、NH3-N和总磷(TP)。

表1 漕河例行监测断面统计

2.2 研究方法

2.2.1T值图解法

通过计算有机污染综合指数(T值)做出水质变化曲线图，以判断水质变化的趋势和规律[6～8]。

(1)

式(1)中：T为有机污染综合指数；LCODCr、LNH3-N、L挥发酚与LDO分别为CODCr、NH3-N、挥发酚和DO的监测值(mg/L)；CCODCr、CNH3-N、C挥发酚与CDO分别为CODCr、NH3-N、挥发酚和DO的评价标准(mg/L)。

T值法评价分级标准为：0～1为良好；1～2为一般；2～3为开始污染；3～4为中等污染；>4为严重污染。

2.2.2 季节性Kendall检验法

季节性Kendall检验法首先由Hirsch等于1982年提出，它是一种非参数检验方法，且是Mann-Kendall检验的一种推广[9,10]。对于该方法而言，零假设H0为随机变量与时间独立，设定一年中12个月的水质监测数据具有同样的概率分布。则n年p月的水质监测数据矩阵：

(2)

式(2)中：x11,…,xnp为水质观测浓度的月平均值。

就p月中第i(i

(3)

根据水质监测值分析原则，第i月内可以做比较的差值数据组个数mi可通过下式分析计算：

(4)

式(4)中，ni为第i月内水质监测值中非漏监测值数量，即第i月内水质监测值中的水质监测数据数量。

在零假设条件下，随机序列si(i=1,2,…,p)近似服从高斯分布，因此si的均值、方差依次为：

均值：E(si)=0

(5)

肯德尔检验统计量τ定义为：τ=s/m。由此，在双侧检验中，对于确定的检验显著性水平α，若|Z|≤Zα/2，则接受零假设。这里FN(Zα/2)=α/2，FN为标准正态分布函数，即

(6)

一般情况下取显著水平α分别为0.1和0.01，当α≤0.01时，|Z|>2.567，检验结果具有高度显著水平；当0.01<α≤0.1时，1.645<|Z|<2.567，检验结果是显著的。当α满足上述二种条件下，如果τ为正值，则具有显著或高度显著上升趋势；若τ为负时，水质序列趋势是下降的趋势；若τ为零时，说明无趋势。

2.3 数据分析方法

数据分析处理采用Excel 2016和中国水利水电研究科学院研制的PWQTrend水质趋势检验软件；图形绘制采用Origin 9.2绘图软件。

3 结果与分析

3.1 水质变化趋势——A值法

本研究分枯、平、丰3水期以及年平均4种情况分析了漕河常州段有机污染状况，根据9个断面年均水质变化曲线(图1)，从时间上看，可知经过近10年的污染治理，漕河常州段9断面有机污染综合指数均下降，水质呈现好转的趋势。2004～2013年9断面T值下降率从大到小依次为别桥(39.79%)、指前桥(33.94%)、五工区(28.37%)、南新桥(25.94%)、黄埝桥(25.02%)、一水厂(24.08%)、凤凰东桥(22.97%)、夏桥(20.62%)、新村里(17.34%)，除黄埝桥断面(入常州断面)外，其他断面水质污染水平均降低一等级(别桥断面降低二等级)；从空间上看，相对于功能区目标水质要求，漕河常州段溧阳区域有机污染较金坛区域严重，其中2013年，溧阳4断面中3个断面处于中度污染，而金坛5断面3断面已处于一般状态。根据历年枯、平、丰3期水质柱形图，发现绝大部分情况下，丰水期T值均大于枯、平水期，即丰水期有机污染较严重，说明经过近10年的环境综合整治，该区域点源污染(工业)整治取得成效，农业面源成为主要污染源。

3.2 水质变化趋势——季节性Kendall法

用季节性肯德尔检验法分析水质变化趋势时，序列长度通常情况下选择以5～12年[11，12]。在水质变化趋势分析中，水质序列的长短对趋势检验结果精度具有较大影响。较短水质序列(2～3年)尚不能准确判定趋势性，而过长的水质序列将会有一种趋势掩盖或抵消另一种趋势的迹象。因此，本文为确保趋势分析结果的准确及可靠性，收集了漕河常州段9个水质监测点2004～2013年常规水质监测数据。着重选择监测时间序列长、数据准确又在判别污染水体水质上有代表的3大指标NH3-N、CODCr和TP。9个监测点3个指标水质趋势检验分析结果详见表2。

图1 T值法水质变化趋势分析

由表2可以看出：①近10年，漕河常州段水质整体上变化不明显，其中27组分析结果中，15组无明显升降趋势(55.56%)，7组呈现出上升趋势(25.93%)，5组呈下降趋势(18.52%)；②从污染类别看，总体上工业污染有所削减，黄埝桥、五工区样点NH3-N高度显著下降；农业及生活污染逐步凸显，黄埝桥、一水厂、南新桥、指前桥以及夏桥5样点CODCr显著上升。