黄浦江上游来水对松浦大桥备用水源水质影响

黄 奔,戚浩强,吴军新,朱彩琳,刘水芹

(上海市水文总站,上海 200232)

黄浦江上游是上海重要城市水源,是上海市“两江并举、多源互补”总体原水布局的重要组成部分,承担了向上海市部分市区和青浦、松江、金山、奉贤等郊区水厂的原水供应[1],其重要战略价值在2022年9月长江水源地发生咸潮入侵影响后已得到体现。黄浦江干流的松浦大桥取水口是黄浦江上游饮用水水源保护区范围内备用取水口。保护该地的水质品质,有利于保障上海居民生活用水的战略安全。

黄浦江上游松浦大桥断面受上游内陆河段来水的影响和长江口潮汐的作用,是一条中等强度的感潮河流[2]。河段水流的流向、流速、流量经常发生剧烈变化。因此,水质问题存在反复性和复杂性[3]。如图1所示,黄浦江上游来水分为3支:北支为斜塘-泖河(接太河)-拦路港-淀山湖;中支为园泄泾-大蒸港(接俞汇塘、浙江省红旗塘);南支为泖港-秀州塘及掘石港-胥浦塘[4],主要承泄太湖、江苏泖淀、浙江杭嘉湖大部分来水,在米市渡汇合为黄浦江干流[5]。

图1 黄浦江上游水系及监测点位

本文对上游来水、潮流量变化对松浦大桥断面水质数据影响进行数据分析,探讨松浦大桥备用水源地水质变化原因,以期为上海水环境保护和治理提供参考。

1 断面选取和分析方法

1.1 监测断面与数据来源

在黄浦江干流和上游3支来水分别选取松浦大桥断面、斜塘夏字圩断面、圆泄泾三角渡断面、胥浦塘蒋古渡断面作为代表断面。本文主要涉及溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮、总磷(TP)、总氮(TN)共6个水质指标。所有水质指标均源于2017年—2022年上海市水文总站连续监测数据。此外,2017年—2022年黄浦江干流松浦大桥断面潮流量监测数据来源于上海市水文总站水情在线实时监测系统。

1.2 分析方法

根据黄浦江水系污染特征[6],在单因子评价基础上,选取其中的DO、CODMn、BOD5、氨氮及TP 5个项目进行水质污染指数计算,综合分析水质污染状况[7]。为定量分析松浦大桥备用水源地水质与潮流量、上游来水的关联和差异,本文利用SPSS软件引入了相关分析等数理统计方法[8]。其中,水质污染指数如式(1)～式(2)。

(1)

(2)

其中:P——水质污染指数,无量纲;

Pi——单项污染指数,无量纲;

Ci——污染物实测质量浓度,mg/L;

Si——评价标准值(以地表水Ⅲ类水质为标准),mg/L;

n——参与评价项目数。

DO污染指数计算如式(3)。

(3)

其中:P′i——t下的DO污染指数;

t——温度,℃;

C饱(t)——t下的饱和DO质量浓度,mg/L;

C′i——t下的DO实测质量浓度,mg/L;

C标(t)——t下的DO标准值,mg/L,标准值参考《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)进行换算。

2 黄浦江上游3支来水水质变化情况

根据上海市水文总站2017年—2022年对斜塘夏字圩断面、圆泄泾三角渡断面、胥浦塘蒋古渡断面的连续监测数据,分析黄浦江上游来水主要监测指标DO、CODMn、BOD5、氨氮、TP、TN的变化趋势,并运用水质污染指数综合分析水质污染变化趋势。

上游3支来水单因子参数年均值变化如图2所示。斜塘夏字圩和圆泄泾三角渡的DO年均值呈振荡上升趋势,水质类别为Ⅱ类及以上,其中最高值出现在2021年;胥浦塘蒋古渡的DO年均值呈“上升-下降”趋势,水质类别为Ⅲ类,最高值出现在2019年。3支来水CODMn年均值均呈先下降后上升的趋势,其中胥浦塘蒋古渡水质改善趋势相当明显,最小值出现在2021年,水质类别从Ⅳ类提升到Ⅲ类。斜塘夏字圩和圆泄泾三角渡基本维持在Ⅲ类水标准,其中2019年达到了Ⅱ类水标准。斜塘夏字圩和圆泄泾三角渡BOD5年均值呈“上升-下降-再上升”趋势,总体呈上升趋势,水质类别基本维持在Ⅱ类水标准,2022年水质类别下降到Ⅲ类。胥浦塘蒋古渡的BOD5年均值呈“明显下降-小幅上升”趋势,水质类别从Ⅳ类提升到Ⅲ类。斜塘夏字圩和圆泄泾三角渡氨氮年均值呈现“降低-反弹-平稳”趋势,水质类别均为Ⅱ类。胥浦塘蒋古渡氨氮年均值呈现逐年下降趋势,水质类别从Ⅲ类提升到Ⅱ类。斜塘夏字圩和圆泄泾三角渡TP年均值小幅振荡上升趋势,水质类别整体维持在Ⅲ类水标准。胥浦塘蒋古渡TP年均值呈现逐年稳步下降趋势,水质类别从Ⅳ类提升到Ⅲ类。斜塘夏字圩TN年均值总体呈现小幅波动的稳定趋势。圆泄泾三角渡TN年均值呈“短暂上升-明显下降-小幅上升”趋势,整体下降趋势较为明显,最低值出现在2021年。胥浦塘蒋古渡TN年均值呈现“明显下降-触底反弹”趋势,最低值出现在2020年。胥浦塘蒋古渡2020年后TN的上升与氨氮的下降,提示水体中有机氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等其他方面氮源污染可能有所上升,值得警惕。

图2 黄浦江上游来水主要监测指标变化趋势

从各支流监测指标变化趋势来看,斜塘夏字圩和圆泄泾三角渡变化趋势较为相似,整体呈现“改善-反弹”趋势,其中整体变差的指标有BOD5和TP。BOD5在2022年的上涨,使得其水质类别由Ⅱ类下降到Ⅲ类,影响较为突出;TP指标虽有上升,但未影响其水质类别。胥浦塘蒋古渡的主要监测指标呈现明显改善的趋势,尤其是BOD5、TP的改善,在水质类别从Ⅳ类提升到了Ⅲ类的过程中起到了很大贡献。从整体趋势来看,上游来水在2021年后存在水质污染小幅回潮现象,这可能与上游来水的水质污染情况有关。

如图3所示,黄浦江上游3支来水水质污染指数变化趋势图,2017年—2022年斜塘夏字圩和圆泄泾三角渡变化趋势较为相似,可以分为均为“上升-下降-再上升”3个阶段。第一阶段(2017年—2018年)为小幅上升阶段,第二阶段(2018年—2019年)为水质改善阶段,第三阶段(2019年—2022年)为触底反弹持续上升阶段。斜塘夏字圩和圆泄泾三角渡水质污染指数虽有波动,但整体水质情况良好。2017年—2022年胥浦塘蒋古渡则呈现“持续改善-小幅反弹”的两个阶段。第一阶段(2017年—2021年)为持续改善阶段,水质污染指数由1.03下降到0.67,下降幅度达到35.0%;第二阶段(2021年—2022年)为小幅反弹阶段,水质污染指数从0.67上升到0.74。因此,综合来看,目前上游来水经过长期有效管控和治理,水质得到稳定改善。

图3 黄浦江上游来水水质污染指数趋势

3 黄浦江上游松浦大桥断面水质变化情况的相关性分析

3.1 黄浦江上游松浦大桥断面水质年际变化趋势

对2017年—2022年松浦大桥断面监测数据(表1)进行分析,DO呈平稳上升趋势,均维持在Ⅱ类以上水平。值得关注的是,2022年年均值水质类别提升到Ⅰ类水平,增幅约为14.9%。CODMn呈现波动下降趋势,总体下降趋势,水质类别常年介于Ⅱ～Ⅲ类。BOD5质量浓度常年在1.9～3 mg/L,2022年有小幅反弹。氨氮从2017年—2020年呈连续下降趋势,经过2021年反弹后,在2022年又下降,水质类别常年处于Ⅱ类水平,降幅约为36.8%。TP质量浓度常年在0.11 mg/L左右波动,呈现比较稳定的趋势。TN在2017年—2021年总体呈下降趋势,降幅为26.1%,2022年TN有所反弹。综上,6年间黄浦江上游干流水源地水质改善明显,并呈现稳定趋势。

表1 松浦大桥断面主要监测指标年均值统计

由水质污染指数变化趋势(图4)可知,2017年—2022年松浦大桥断面水质污染指数呈现“小幅上升-明显下降-趋于稳定”态势。结果显示,黄浦江上游备用水源地水质近年来处于稳中向好的趋势。

图4 松浦大桥断面水质污染指数变化

3.2 松浦大桥断面潮流量变化与水质变化的相关性

如表2所示,2017年—2022年,黄浦江年落潮量基本围绕“320亿m3”上下波动,年涨潮量整体呈现“先下降后上升”趋势,年净泄量整体呈现“先上升后下降”趋势。落潮量和净泄量波动范围较小。

表2 松浦大桥断面潮流量

如表3所示,本文对水质污染指数与年潮流量进行相关性分析,可知近年来水质污染指数与年潮流量无显著相关性。

表3 松浦大桥断面超流量与水质污染指数相关系数

根据污染物通量计算(表4),在上游年潮流量基本稳定的情况下,随着黄浦江上游松浦大桥断面污染平均浓度的下降,污染物总通量也得到了稳步下降。同时,进一步佐证了黄浦江上游水源地区域水环境治理成效的持续显著。

表4 松浦大桥断面污染物通量

3.3 上游来水水质与干流松浦大桥断面水质相关性分析

如表5所示,近6年松浦大桥断面与上游来水的水质参数相关性分析表明,松浦大桥水质与上游来水的各项指标存在不同程度的相关性。具体来看,与胥浦塘蒋古渡来水水质对比来看,CODMn和氨氮具有高度显著相关(CODMn:r=0.912,p<0.01; 氨氮:r=0.792,p<0.05)。CODMn和氨氮是水质污染指数统计中的主要相关指标,所以两处水质污染指数相关系数达到0.832(p<0.05)。与圆泄泾三角渡来水水质对比来看,虽然两处DO、CODMn相关性较强(p<0.05),TN高度显著相关(p<0.01),但氨氮、TP相关性程度不高,从而导致两处水质污染指数中等相关性(r=0.509);与斜塘夏字圩来水水质对比来看,仅TN指标存在相关性(r=0.746,p<0.05),其他指标无明显相关性。因此,胥浦塘蒋古渡和圆泄泾三角渡的水质提升对黄浦江上游松浦大桥水源地水质有改善意义,其中胥浦塘蒋古渡作用更明显。

表5 松浦大桥断面与黄浦江上游来水水质参数相关系数

结合图3、图4结果,本文认为,上游圆泄泾三角渡、斜塘夏字圩两支流水质与松浦大桥断面水质常年较为接近,且水质保持在总体稳定。在此基础上,胥浦塘蒋古渡来水水质的持续改善是松浦大桥断面水质持续向好的主要原因。值得注意的是,2021年以后3支来水的水质污染指数均高于松浦大桥水质污染指数,得益于上游来水水量水质的控制,使得污染物汇入量小于环境承载能力,从而3支来水汇合后污染物浓度在松浦大桥断面得到降低。

4 结论

黄浦江上游水源地水质在2017年—2022年呈现稳中向好趋势。近年来,上游圆泄泾三角渡、斜塘夏字圩2支流来水水质常年总体处于良好状态,胥浦塘蒋古渡来水水质得到明显提升。胥浦塘蒋古渡来水水质改善对黄浦江上游水源地水质提升贡献最大。水质污染指数与黄浦江潮流量的相关性分析表明,近年来黄浦江潮流量对黄浦江上游水源地水质无显著影响。结合上游来水变化情况来看,上游来水污染物汇入量下降,减轻了水源地环境承载负荷,从而使得自净能力得到盈余,水质不断得到了进一步的改善。下一步,应进一步完善管理法规、强化执法监督,有效控制水源地点源及农业面源污染,提高农村生活污水处理率,加强跨省合作机制建设和流域沟通,加强联合监测与建立预警平台,促进黄浦江上游水源地的水环境质量处于更好水平。