蔡斌琴，楊永安，張海柱，許肖云，蔣紅斌

(遂寧市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,四川 遂寧 629000)

探索與實(shí)踐水環(huán)境中主要污染物排放總量控制，我國(guó)已走過(guò)數(shù)10年的發(fā)展歷程，目前已逐步形成約束化、量化管理的總量控制體系。在總量控制制度的推動(dòng)下，化學(xué)需氧量和氨氮排放總量大幅下降，水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)明顯改善[1]。但作為水生物生長(zhǎng)的必要元素-氮，通過(guò)大量生活污水、農(nóng)田排水或含氮工業(yè)廢水排入水體，使水中有機(jī)氮和各種無(wú)機(jī)氮化物含量增加，生物和微生物的大量繁殖，消耗水中溶解氧，使水體質(zhì)量惡化。湖泊、水庫(kù)中含有超標(biāo)的氮、磷類物質(zhì)時(shí)，造成浮游植物繁殖旺盛，出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[2]，故總氮是衡量水質(zhì)的重要指標(biāo)之一[3]，加之大量農(nóng)耕化肥碳銨、尿素及農(nóng)家肥的使用，沉積殘留的氮元素隨地表徑流進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，甚至水體污染異臭，出現(xiàn)赤潮現(xiàn)象。因此本文研究了涪江流域遂寧境內(nèi)總氮的時(shí)空分布及時(shí)間變化趨勢(shì)，為及時(shí)掌握涪江流域遂寧段水污染動(dòng)態(tài)奠定了基礎(chǔ)，為有效控制總氮的排放，改善該涪江流域遂寧段水質(zhì)質(zhì)量提供了有力的技術(shù)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

涪江，發(fā)源于四川省松潘縣與平武縣之間的岷山主峰雪寶頂，是長(zhǎng)江支流嘉陵江的右岸最大支流。涪江流經(jīng)四川省綿陽(yáng)市、遂寧市、重慶市等區(qū)域，在重慶市合川區(qū)匯入嘉陵江。涪江作為遂寧境內(nèi)最大的河流，由北而東南縱貫全市，境內(nèi)全長(zhǎng)171 km，流域面積5115.05 km2，多年平均徑流量550 m3/s[4]，占涪江流域面積的14%。

1.2 水樣采集和監(jiān)測(cè)方法

為研究涪江流域遂寧段水質(zhì)中總氮的時(shí)間和空間分布特征，每月月初選取了涪江干流的香山(入境斷面)、桂花、米家橋(2個(gè)控制斷面)和老池(出境斷面)作為研究點(diǎn)，具體點(diǎn)位詳見(jiàn)圖1。為了便于比較，根據(jù)監(jiān)測(cè)斷面位置，把涪江流域遂寧段分成3段，即香山-桂花(香-桂)段、桂花-米家橋(桂-米)段、米家橋-老池(米-老)段。

圖1 涪江遂寧段水系圖

水樣采集時(shí)，在河道中央處采集水樣1個(gè)，并加硫酸，使pH值≤2[3]。采樣結(jié)束后，立即對(duì)樣品進(jìn)行分析處理。氮素分析指標(biāo)為總氮，采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，分析時(shí)均采取分析空白樣，平行雙樣和加標(biāo)回收樣的質(zhì)控措施，分析結(jié)果為扣除空白后平行樣的均值。

1.3 評(píng)價(jià)方法

采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)(γs)分析水質(zhì)變化趨勢(shì)[5-6]。

式中：γs-秩相關(guān)系數(shù)；di-變量Xi與Yi的差值；Xi-周期1到周期n按濃度值從小到大排列的序號(hào)；Yi-按時(shí)間排列的序號(hào)。

將秩相關(guān)系數(shù)γs的絕對(duì)值同Spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表的臨界值Wp進(jìn)行比較。本文采用置信度在95%的臨界值Wp，n為12時(shí)，Wp取0.506。

當(dāng)|γs|>W則表明變化趨勢(shì)有顯著意義；

如果γs是負(fù)值，則表明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)變化呈下降趨勢(shì)或好轉(zhuǎn)趨勢(shì)；

如果γs為正值，則表明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)有關(guān)統(tǒng)計(jì)量指標(biāo)變化呈上升趨勢(shì)或加重趨勢(shì)；

當(dāng)|γs|≤Wp則表明變化趨勢(shì)沒(méi)有顯著意義,說(shuō)明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)水質(zhì)變化穩(wěn)定或平穩(wěn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

涪江干流遂寧段2018年度總氮變化情況，如圖2所示。從整體上分析，4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面總氮的變化趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)出先下降后升高再下降的趨勢(shì)，即“W”型，其原因可能是年初因降水量較少和氣溫較低，水流量較少，水力交換和自凈能力較弱，總氮濃度相對(duì)較高，隨著氣溫的升高和降水量增加，水力交換和自凈能力逐步增加，動(dòng)植物活動(dòng)增強(qiáng)，消耗氮素的量增加，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示總氮濃度在逐漸下降。但隨著雨季的到來(lái)，強(qiáng)降水導(dǎo)致農(nóng)耕化肥隨地表徑流進(jìn)入水體，致使總氮濃度顯著升高，遂寧市屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，降水主要集中在5～9月(見(jiàn)圖3)，該時(shí)段的降水量占全年降水量的90%以上。隨著降雨量減少，總氮濃度開(kāi)始下降，逐步達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)[7]，特別是氣溫進(jìn)一步降低，水力交換和自凈能力逐步減弱，動(dòng)植物活動(dòng)降低，總氮的濃度開(kāi)始逐漸升高。

圖2 涪江干流遂寧段總氮變化情況

圖3 遂寧市近8年來(lái)降雨量隨時(shí)間變化趨勢(shì)

為了更直觀地反映出大氣降水對(duì)涪江流域遂寧段總氮濃度的影響，研究了涪江流域干流總氮在枯水期、豐水期、平水期的變化趨勢(shì)。據(jù)報(bào)告[8]，四川一般1-4月及12月為枯水期、6-10月為豐水期、5月及11月為平水期。如圖4所示，4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面在平水期時(shí)的總氮濃度顯著低于枯水期和豐水期，這與圖2中呈現(xiàn)出的兩個(gè)波谷情況是一致的。

圖4 涪江干流遂寧段枯、豐、平水期總氮變化

Fig.4 Tendency of total nitrogen in Suining section of Fujiang River during dry,rich and normal periods

就4個(gè)斷面的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，整體上香山入境斷面總氮濃度最低，在1.46～2.63 mg/L范圍內(nèi)波動(dòng)；其月均值(1.80 mg/L)比出境斷面老池(2.18 mg/L)低17.4%，說(shuō)明涪江干流的總氮在遂寧境內(nèi)沒(méi)有受到嚴(yán)重污染。就分段具體分析來(lái)看，對(duì)總氮貢獻(xiàn)量最大的是香-桂段，總氮濃度上升了0.35 mg/L，占整個(gè)上升幅度為92.1%，其原因可能是：一是香-桂段流程較長(zhǎng)，該段流程長(zhǎng)約90 km，占涪江流域遂寧段的52.6%；二是香-桂段流經(jīng)了農(nóng)業(yè)大縣-射洪縣，大量農(nóng)藥化肥施用和畜禽養(yǎng)殖對(duì)水體中總氮的濃度影響顯著，據(jù)統(tǒng)計(jì)射洪縣規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖有298家；三是涪江流域香-桂段分別有梓江、郪江和芝溪河匯入涪江，其中2018年郪江和芝溪河水質(zhì)類別分別為Ⅲ類和劣Ⅴ類，盡管郪江水質(zhì)達(dá)標(biāo)，但其總氮濃度年均值為3.88 mg/L，且分別流經(jīng)同為農(nóng)業(yè)為主的大英縣和蓬溪縣，規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖分別176家和190家。而桂-米段和米-老段總氮濃度共上升了0.03 mg/L，這說(shuō)明了涪江干流水質(zhì)總氮受遂寧市城區(qū)城市生活污水排放和工業(yè)園區(qū)工業(yè)廢水排放影響不大。

2.2 涪江流域干流水質(zhì)秩相關(guān)性分析

為了進(jìn)一步考察涪江干流遂寧段總氮的變化趨勢(shì)，采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法對(duì)4個(gè)斷面2018年總氮的監(jiān)測(cè)結(jié)果定量分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 涪江流域干流水質(zhì)秩相關(guān)性

Spearman秩相關(guān)系數(shù)γs計(jì)算結(jié)果表明，涪江干流4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面總氮月均值的γs為0.8，表明整個(gè)水質(zhì)總氮呈上升趨勢(shì)，變化明顯；其中米家橋和老池?cái)嗝婵偟氏陆第厔?shì)，但變化不顯著，即水質(zhì)有所改善；香山斷面總氮有所上升，但變化都不顯著；而桂花斷面受郪江流域的影響總氮有上升趨勢(shì)，但不明顯，這可能與郪江和芝溪河支流水質(zhì)較差以及面源污染密切相關(guān)。

3 結(jié)論

(1)本文通過(guò)分析2018年涪江流域遂寧段4個(gè)斷面的總氮監(jiān)測(cè)結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)4個(gè)斷面整體上隨時(shí)間的變化趨勢(shì)是一致的，呈“W”型變化，其原因可能與氣溫、降水量等因素有關(guān)。

(2)通過(guò)分段分析發(fā)現(xiàn)，香-桂段對(duì)涪江流域遂寧段總氮濃度貢獻(xiàn)最大，高達(dá)92.1%，這與流程距離、農(nóng)村面源污染程度以及支流水質(zhì)狀況有關(guān)，同時(shí)也說(shuō)明了涪江干流流經(jīng)遂寧市主城區(qū)后水質(zhì)沒(méi)有受到嚴(yán)重污染，市城區(qū)生活污水、工業(yè)園區(qū)排放的廢水對(duì)總氮濃度影響不大。

(3)通過(guò)Spearman秩相關(guān)系數(shù)分析，涪江流域遂寧段總氮呈上升趨勢(shì)，變化明顯；米家橋和老池?cái)嗝婵偟氏陆第厔?shì)、香山斷面總氮有所上升，但變化均不顯著。