王文靜 高鵬程 周 明 周裕紅

(長江委水文局漢江水環(huán)境監(jiān)測中心，湖北 襄陽 441022)

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丹江口水庫近十年水質(zhì)變化趨勢分析

王文靜 高鵬程 周 明 周裕紅

(長江委水文局漢江水環(huán)境監(jiān)測中心，湖北 襄陽 441022)

為了解丹江口水庫水質(zhì)變化趨勢，對2004～2013年丹江口水庫水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析。選取典型斷面，采用污染率分擔(dān)法、季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，對水庫主要污染因子的演變趨勢和水庫富營養(yǎng)化等狀況進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明，丹江口壩上、陶岔和浪河口下總氮污染分擔(dān)率均超過50%；張灣斷面主要污染物為糞大腸菌群。整體來看，張灣斷面污染治理有所收效，水質(zhì)趨于穩(wěn)定；白河斷面主要污染物為總氮和糞大腸菌群。丹江口壩上、陶岔、浪河口下和白河的總氮基本保持Ⅳ類穩(wěn)定，需進(jìn)一步加強(qiáng)治理。陶岔和浪河口下兩斷面均為中營養(yǎng)狀態(tài)。建議加強(qiáng)對水質(zhì)逐步惡化項目的治理，加強(qiáng)防護(hù)與控制管理。

水庫水質(zhì)；水質(zhì)污染；富營養(yǎng)化；丹江口水利樞紐

1 概 述

南水北調(diào)工程是我國南北水資源優(yōu)化配置和調(diào)度的一項利國利民的重大工程，丹江口水庫作為全國最大的飲用水源保護(hù)區(qū)，得到了社會各界的高度關(guān)注[1-4]，確保“一江清水向北流”是南水北調(diào)中線工程成功的關(guān)鍵。多年連續(xù)監(jiān)測資料表明，目前，丹江口水庫水質(zhì)總體良好，保持在地表水Ⅰ～Ⅱ類，能夠滿足工程調(diào)水水質(zhì)要求。了解水資源的質(zhì)量狀況，并有針對性地對污染物的排放實(shí)施控制，對保證當(dāng)?shù)睾驼{(diào)水區(qū)的人民健康、生態(tài)平衡、經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

本文采用污染率分擔(dān)法、季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對丹江口水庫近10 a的監(jiān)測資料進(jìn)行了統(tǒng)計計算，分析水庫水質(zhì)變化趨勢，供南水北調(diào)中線工程水源地水質(zhì)監(jiān)測及水環(huán)境質(zhì)量保護(hù)的科學(xué)決策參考。

2 斷面選擇與統(tǒng)計評價方法

2.1 斷面選擇

為了更好地反映丹江口水庫的整體水質(zhì)情況，本文選取了丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河5個典型斷面進(jìn)行分析。其中，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個斷面位于丹江口水庫庫中，反映庫區(qū)水質(zhì)狀況；張灣位于入庫支流老灌河上，反映入庫支流的水質(zhì)狀況；白河位于入庫干流上，同時是陜西-湖北的省界斷面，來水量大，反映入庫干流的水質(zhì)狀況。每年按月對水質(zhì)進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，監(jiān)測項目有pH值、懸浮物、總硬度、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、揮發(fā)酚、氰化物、氟化物、硫酸鹽、氯化物、六價鉻、砷、鎘、鉛、銅、總磷、總氮、糞大腸菌群等30余項。

2.2 污染分擔(dān)率法

丹江口水庫水質(zhì)評價采用污染分擔(dān)率法(也稱單因子評價法)，通過比較各項指標(biāo)的污染指數(shù)Pi，確定水質(zhì)污染程度。若Pi<1，表明該項指標(biāo)未超標(biāo)，若Pi>1，則表明該項指標(biāo)超標(biāo)，而且Pi值越大，表示該項指標(biāo)污染越嚴(yán)重。根據(jù)各項污染指標(biāo)的污染分擔(dān)率大小來確定主要污染指標(biāo)[5]。將污染指標(biāo)的分擔(dān)率按由大到小的順序排列，取分擔(dān)率之和占60%以上的前若干項污染指標(biāo)作為該河流或水系的主要污染指標(biāo)。污染分擔(dān)率：

Ki=Pi/P×100%

(1)

式中，Ki表示某水體第i項污染物所占的分擔(dān)率，%；Pi表示單項污染指數(shù)，Pi=Ci/C0(Ci表示該斷面第i項污染指標(biāo)的年平均值，C0表示第i項污染指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)值)，為該項目實(shí)測值與評價標(biāo)準(zhǔn)值之比；P表示各單項污染指數(shù)之和，P=∑Pi。

溶解氧污染指數(shù)：

(2)表1 污染分擔(dān)率計算結(jié)果

2.3 季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)方法原理

季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)是Mann-Kendall檢驗(yàn)的一種推廣，1982年由Hirsch等人提出[6]，同年由Smith、Hirsch和Slack做了進(jìn)一步的修正。該檢驗(yàn)方法的思路是利用多年收集的數(shù)據(jù)，分別計算各季節(jié)的Mann-Kendall檢驗(yàn)統(tǒng)計量S及方差Var(S)，再把各季節(jié)的統(tǒng)計量相加，計算總統(tǒng)計量。如果季節(jié)數(shù)和年數(shù)足夠大，那么可以通過比較總統(tǒng)計與標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)表來進(jìn)行統(tǒng)計顯著性趨勢檢驗(yàn)。季節(jié)性Kendall方法的最大優(yōu)點(diǎn)就是可檢驗(yàn)出可用資料系列存在漏測值、未檢出值的情況，同時可考慮季節(jié)變化對水質(zhì)的影響。

季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)的原理是將歷年相同月(季)的水質(zhì)資料進(jìn)行比較，如果后面的值(時間上)高于前面的值記為“+”號，否則記作“-”號。如果“+”居多，則可能為上升趨勢，反之，則可能為下降趨勢，如果相等則為無趨勢。

2.4 水庫富營養(yǎng)化評價等級

根據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站推薦使用的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)[TLI(Σ)]法對水庫富營養(yǎng)比進(jìn)行評價[7]。采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級：TLI(Σ)<30為貧營養(yǎng)；30≤TLI(Σ)≤50為中營養(yǎng)；TLI(Σ)>50為富營養(yǎng)；5070為重度富營養(yǎng)。

3 結(jié)果與討論

3.1 主要污染物

對選取的丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河5個斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。以2013年監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，執(zhí)行GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，計算了各污染物分擔(dān)率，見表1。

由表1可知，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個斷面的統(tǒng)計項目中，總氮的污染分擔(dān)率均超過50%，超標(biāo)嚴(yán)重，其他統(tǒng)計項目則可達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。張灣斷面的高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總磷3個項目統(tǒng)計值超過Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)但仍滿足Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，糞大腸菌群超標(biāo)嚴(yán)重，為Ⅴ類水，且污染分擔(dān)率達(dá)到73.97%。白河斷面總氮和糞大腸菌群超標(biāo)，兩者污染分擔(dān)率之和超過70%，其他統(tǒng)計項目則均可達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。綜上，丹江口壩上、陶岔、浪河口下3個斷面的主要污染物為總氮，張灣斷面的主要污染物為糞大腸菌群，白河斷面的主要污染物為總氮和糞大腸菌群。

3.2 主要污染物演變趨勢分析

對主要污染物，采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)方法進(jìn)行水質(zhì)變化趨勢分析，并采用水質(zhì)變化趨勢分析軟件PWQ Trend進(jìn)行分算。計算數(shù)據(jù)為2004～2013年丹江口水庫水質(zhì)監(jiān)測月均值數(shù)據(jù)，采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)方法計算，結(jié)果見表2。

表2 丹江口水庫部分?jǐn)嗝嬷饕廴疚镒兓厔莘治龀晒?2004～2013年)

注：“-”表示該項目未參評；“+ +”表示高度顯著上升趨勢；“+”表示顯著上升趨勢；“0”表示無趨勢；“--”表示高度顯著下降趨勢；“-”表示顯著下降趨勢。

由表2可知，丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個斷面的變化趨勢基本保持一致，總氮和總磷均呈高度顯著上升趨勢，高錳酸鹽指數(shù)呈高度顯著上升趨勢或顯著上升趨勢。結(jié)合表1，3個斷面的高錳酸鹽指數(shù)污染分擔(dān)率均低于10%，且近年來保持在Ⅰ～Ⅱ類，因此，高錳酸鹽指數(shù)的Kendall變化趨勢尚未對水質(zhì)變化產(chǎn)生影響?？偭自谖廴痉謸?dān)率計算結(jié)果中占第2位，3個斷面均為15%左右。在月均值中，總磷偶有超過Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到Ⅲ類的情況。這一變化應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)部門的重視。

丹江口庫區(qū)總氮超標(biāo)一直是社會各界關(guān)注的焦點(diǎn)。丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個斷面的總氮均呈現(xiàn)高度顯著上升趨勢，基本穩(wěn)定為Ⅳ類。2004～2013年，丹江口壩上斷面總氮年均值最低為1.12 mg/L，最高為1.51 mg/L。陶岔斷面總氮年均值最低為1.11 mg/L，最高為1.50 mg/L。浪河口斷面總氮年均值最低為1.15 mg/L，最高為1.50 mg/L。3個斷面年均最大值均達(dá)到地表水Ⅳ類限值(1.5 mg/L)。多年監(jiān)測資料表明，丹江口庫區(qū)總氮的主要來源為硝酸鹽氮，其含量遠(yuǎn)低于GB3838—2002中集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項目標(biāo)準(zhǔn)限值(10 mg/L)。由此看來，并不能因總氮超標(biāo)而否定丹江口水庫作為飲用水源的合理性。

張灣斷面的糞大腸菌群和總磷均呈顯著下降趨勢，高錳酸鹽指數(shù)無明顯趨勢。2004～2007年張灣斷面的水質(zhì)評價一直為劣Ⅴ類。近年來，水質(zhì)評價基本保持在Ⅴ類?？傮w來看，老灌河作為漢江和丹江的一級支流中環(huán)境容量最小的河流，近年來對老灌河的治理措施逐步取得成效，污染有所控制。白河作為來水量最大的入庫干流，總氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)3個指標(biāo)與丹江口壩上、陶岔和浪河口下3個斷面基本保持一致，均呈顯著上升趨勢；糞大腸菌群指標(biāo)則呈顯著下降趨勢。

為了更好地分析總氮呈現(xiàn)高度顯著上升的原因，對2004～2013年近10 a的數(shù)據(jù)資料作進(jìn)一步統(tǒng)計分析。如圖1所示，丹江口壩上、陶岔、浪河口下和白河4個斷面的總氮指標(biāo)近10 a整體變化趨勢基本保持一致，說明從上游白河、浪河口下到壩上再到陶岔這一段總氮未發(fā)現(xiàn)明顯變化，這與丹江口水庫呈現(xiàn)出漢庫水體補(bǔ)給丹庫水體的水流運(yùn)動規(guī)律，以及壩前斷面的水質(zhì)變化趨勢基本與漢庫水質(zhì)相似的規(guī)律保持一致。

圖1 丹江口壩上、陶岔、浪河口下、白河4個斷面總氮年均值統(tǒng)計

3.3 富營養(yǎng)化趨勢分析

隨著南水北調(diào)中線工程的不斷推進(jìn)，保證“一庫清水”成為重中之重，水庫富營養(yǎng)化也越來越引起社會各界的重視?？偟鳛榫C合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法中的重要參數(shù)均有顯著上升趨勢，且自2010年濃度明顯升高，為了更好地剖析水質(zhì)變化趨勢及其影響，為相關(guān)部門決策提出更可靠的依據(jù)，本文進(jìn)一步對陶岔和浪河口下兩個水功能區(qū)斷面近幾年富營養(yǎng)化趨勢進(jìn)行了分析，詳見表3。

從表3可以看出，陶岔和浪河口下斷面均為中營養(yǎng)，近4 a的TLI(∑)變化浮動較小，基本保持穩(wěn)定；富營養(yǎng)化的主要控制因素為總氮指標(biāo)，氮源的累積對水庫富營養(yǎng)化產(chǎn)生潛在風(fēng)險。近幾年，隨著庫區(qū)污染防治加強(qiáng)，庫區(qū)總氮濃度基本保持為Ⅳ類，但進(jìn)一步下降的趨勢不明顯。丹江口水庫總氮偏高與上游水土流失、農(nóng)業(yè)面源污染、工業(yè)和城鎮(zhèn)生活污染有關(guān)。建議進(jìn)一步加強(qiáng)污染綜合防治，針對不同類型河流污染特征，綜合考慮入庫河流水質(zhì)、水量，統(tǒng)籌實(shí)施點(diǎn)源和面源污染防治。同時，應(yīng)加快城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)步伐，提高脫氮要求[7-8]。

表3 陶岔和浪河口下斷面富營養(yǎng)化評價結(jié)果(2010～2013年)

4 結(jié) 論

本文選取丹江口庫區(qū)5個典型斷面，即丹江口壩上、陶岔、浪河口下、張灣和白河進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論。

(1) 由污染率分擔(dān)法計算得知，庫區(qū)總體水質(zhì)良好，部分?jǐn)嗝鎮(zhèn)€別項目超標(biāo)，丹江口壩上、陶岔、浪河口下主要污染物為總氮，張灣斷面主要污染物為糞大腸菌群，白河主要污染物為總氮和糞大腸菌群。

(2) 用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)法對主要污染物進(jìn)行趨勢分析得出，丹江口壩上、陶岔、浪河口下和白河斷面總氮均呈高度顯著上升趨勢，總氮超標(biāo)嚴(yán)重，需加強(qiáng)治理；張灣和白河斷面的糞大腸菌群則呈高度顯著下降趨勢。

(3) 用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對陶岔和浪河口下兩個水功能區(qū)斷面進(jìn)行的水質(zhì)評價得出，該斷面均為中營養(yǎng)狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)水生態(tài)監(jiān)測和水華預(yù)警監(jiān)測。

目前，丹江口水庫水質(zhì)可以滿足南水北調(diào)工程調(diào)水水質(zhì)要求。但對于水質(zhì)逐步惡化項目的治理，應(yīng)引起高度重視。丹江口水庫庫區(qū)多為山地，通過降雨匯流易將有機(jī)物及氮磷營養(yǎng)物質(zhì)帶入水庫水體，因此，要保證丹江口水庫水質(zhì)長期穩(wěn)定，必須加強(qiáng)庫區(qū)生態(tài)監(jiān)測，改善農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，切實(shí)保護(hù)植被，減少面源污染。此外，還須加強(qiáng)對庫周點(diǎn)源污染的監(jiān)測力度，只有堅決做到工業(yè)污水及生活污水達(dá)標(biāo)排放，才能從根本上保證“一庫清水向北流”。

[1] 尹煒，史志華，雷阿林．丹江口水庫水環(huán)境問題分析研究[J]．人民長江，2011，42(13):90-94．

[2] 徐志仿，徐銅，蒲前超．丹江口庫區(qū)及上游水資源保護(hù)與管理[J]．人民長江，2011，42(2):16-20．

[3] 辛小康，尹煒，楊芳．基于肯德爾法的丹江口水庫水質(zhì)演變趨勢研究[J]．人民長江，2012，43(13) :91-94．

[4] 李思悅，張全發(fā)．運(yùn)用水質(zhì)指數(shù)法評價南水北調(diào)中線水源地丹江口水庫水質(zhì)[J]．環(huán)境科學(xué)研究，2008，21 (3):61-68．

[5] 環(huán)境保護(hù)部．地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)[S]．2011．

[6] Hirsch R M, Slack J R, Smith R A．Techniques of trend analysis for monthly water quality data[J]．Water Research, 1982，18(1) : 107-121．

[7] 余德輝，金相燦．中國湖泊富營養(yǎng)化及其防治研究[M]．北京: 中國環(huán)境科學(xué)出版社，2001.

[8] 宋國強(qiáng)，張衛(wèi)東， 殷明，等．丹江口水庫總氮監(jiān)測與綜合分析[J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32(11) :140-142．

(編輯：朱曉紅)

2016-09-15

王文靜，女，長江委水文局漢江水環(huán)境監(jiān)測中心，助理工程師.

1006-0081(2016)11-0028-04

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