太子河流域污染物排放及指标累计贡献率分析

2022-09-15甘宇

水科学与工程技术 2022年4期

甘宇

（辽宁省葫芦岛水文局，辽宁葫芦岛 125300）

1 概述

本溪市位于辽宁东部，地形呈哑铃形分布，因受地形影响，浅层地下水埋深在0.6～7.5m之间，该区域主要为第四系孔隙水和浅承压水，市内有大中小河流200多条，在水资源评价中，按流域可划分为太子河、浑江、叆河3个四级区，按行政分区可划分为7个县级评价区、36个评价子单元。太子河流域两岸堤防长164.3km，堤距800～1800m，防洪标准为50年一遇，设计流量5050m3/s。流域平均径流深288.1mm，月间、年间差异较大，在雨季和旱季表现出鲜明的季节特征，由于特殊气象条件河流会出现干涸现象，太子河流域年均水资源14.48亿m3，开发利用率仅22.75%。该流域内有观音阁、汤河和貝窝水库3座水库，是本地区工业、农业及生活用水的重要水源。

从本溪市水质点源污染方面分析，本溪市浑江流域和太子河流域老官砬子以上区域的地表水水质较好，基本上达到Ⅱ类标准。而老官砬子以下，由于大峪沟、溪湖沟、千金沟、本钢建材厂、福金沟、郑家河沟等排污口的污水汇入，太子河水质恶化至劣Ⅴ类。细河流域下马塘以上，由于没有大量的排污，水质较好达到Ⅱ类标准；下马塘以下，由于南芬区大量生活污水和各厂矿的污水排放，细河流经北台厂区后水质急剧下降为劣Ⅴ类，最终汇入太子河。

从本溪水质面源污染方面分析，根据2018年数据，全市污废水排放总量为9495万t，主要污染物中，工业化学需氧量产生量4.21万t，去除率98.41%；工业氨氮产生量0.39万t，去除率94.11%。水体中的主要超标污染物是氨氮及高锰酸盐指数。其中氨氮污染物的来源主要是农业化肥的使用。农村生活污水直接排放没有经过处理，城镇虽经过处理，但由于污水处理厂处理能力低，处理不及时、不彻底同样会对水体产生污染。故选取万元单位GDP废水排放量、城镇污水处理率及单位农田面积氮磷肥施用量作为生态环境状况的评价指标。

2 本溪太子河流域污染物排放

2.1 废水排放及处理情况

根据本溪市2010—2018年的污水排放量及处理率，如表1。

表1 城市污水排放量单位：万t

根据表1可以看出本溪市的生活污水排放量虽然有一定波动，但在相对稳定范围内变化。每年的工业废水排放量变化很大，整体呈先增加后减少的趋势，近3年稳定在较低的一个水平。城镇污水包括生活和工业污水排放量，一直维持在1亿t以内，且生活污水所占比例明显增加。城市污水处理率继续提高，从2010年的84.53%提高到2018年的99.55%。为了定量分析污水排放量的变化趋势，利用MK趋势分析方法计算各年污水排放量的Z值，结果如表1。由计算结果可知，2010—2018年间本溪市生活污水排放量呈不显著的增加趋势，由此可知，本溪市的废水排放的增加主要是生活污水排放的增加引起的。与此对应的是，城市污水处理率则呈极其显著的增加趋势［1］。

2.2 工业主要排放物及处理情况

本溪地区工业主要排放物以化学需氧量排放及氨氮排放量为典型指标进行分析。根据《本溪统计年鉴》中工业COD的排放与产生以及工业NH3-N排放数据如表2。利用Mann-Kendall趋势检验分析2010—2018年间上述4项指标变化趋势。

由表2可看出，本溪市的工业COD产生量呈现先增长后减少的趋势，这与该地经济发展及工业产值有极强的相关性。而工业NH3-N量除2018年外都比较稳定。对于排放量，工业COD和NH3-N的排放量呈现持续减少趋势，这与污水处理率不断提高直接相关。

表2 工业主要污染物产生及排放量单位：万t

分析各污染物产生量及排放量的变化趋势可看出，2010—2018年年间本溪市主要污染物的产生量来看，工业COD的产生呈不显著的减少趋势，而工业氨氮产生量为不显著的增加趋势。对于排放量，COD达到了极其显著的减少水平，工业NH3-N则达到了显著的减少水平。总之，本溪市污染物的产生量虽有增有减，但排放量已显示出显著下降。

3 化肥施用量分析

考虑到水质监测指标值TN、TP及NH3-N的含量较高，因此对可能导致这些指标较高的化肥施用量进行相应分析。整理《本溪市统计年鉴》中氮肥、钾肥、磷肥施用量数据如表3。

表3 农田化肥施用量

由表3可看出，本溪市2010—2018年间氮肥施用量最多，均用量都在420kg/hm2左右。氮、磷、钾3项合计达600kg/hm2，高于我国平均化肥用量328.5kg/hm2，同样大幅高于世界平均化肥施用量120kg/hm2。本溪市化肥量接近世界平均水平4倍，远高于我国和世界平均水平。因此研究区化肥的过量使用问题严重，对水质影响程度较高。

MK趋势分析的Z值结果表明2010—2018年间本溪市氮肥和磷肥施用量表现为显著减少趋势，钾肥为不显著的减少趋势。对于均量，氮肥呈现1.5水平的减少趋势，钾肥呈现不显著的减少趋势，磷肥为没有增加也没有减少趋势。

综上所述，研究区化肥施用量有一定减少趋势，但不论同国内还是世界的平均水平相比，化肥施用总量和均量仍维持在非常高的水平，太子河流域水体中TN、TP和NH3-N浓度较高与化肥长期大量施用有很大关系。

4 各污染指标累计贡献率分析

4.1 水质监测指标及污染物排放量的相关性

以观音阁水库为例，利用Pearson相关系数判断各水质监测指标和污染物排放量之间的相关性，利用双尾检验判断相关性结果的显著性［2］，结果如表4。

表4 各水质监测指标与污染物排放指标的Pearson相关系数及其显著性分析结果

结果表明，BOD指标与生活污水排放量呈极显著的正相关关系，说明BOD指标的升高与生活污水的排放有直接关系，且与氮肥施用量关系较大，COD指标与各指标的相关关系皆达不到显著程度，但与生活污水排放及工业COD的排放呈正相关关系，说明COD指标的升高与上述两指标的排放密切相关。NH3-N与生活污水排放量呈显著正相关关系，但也与生活污水的排放密切相关。 TN虽与各指标的相关性都达不到显著程度，但与生活污水排放量、磷肥施用量和钾肥施用量的相关性相对较高。 TP与TN相同，与各指标间的相关性都达不到显著程度，但与磷肥施用量之间达到了最大的正相关关系［3-4］，与工业COD、NH3-N的产生量及氮肥施用量呈负相关关系。

综上所述，除TP外各指标浓度的增加均与生活污水排放量有直接或间接的关系［5-6］，说明减少生活污水的排放或生活污水处理后再排放，将对水体的治理有很大帮助，且4个指标浓度的增加均与化肥施用量息息相关。

4.2 各污染物指标间贡献率分析

进一步分析各污染物排放量对指标的贡献程度，利用SPSS软件进行各指标间的贡献率分析［7-9］，进一步探讨对污染物指标影响最大因素。

根据贡献率分析的结果，对除NH3-N外各指标影响最大因素为生活污水排放量，其中对BOD影响占56.75，COD占51.72%，TN占49.97，TP占53.12%。且对于NH3-N 影响最大的因素为钾肥施用量为52.49%，生活污水排放有很大影响，为34.42%。由此可见，生活污水的排放及化肥的施用是导致水体污染的主要因素［10］，与上述研究结论相符。