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        羅時江水質(zhì)的時空變化特征分析

        2021-01-27 11:06:50
        環(huán)境科學導刊 2021年1期
        關鍵詞:沙坪河村洱海

        李 萍

        (大理州環(huán)境監(jiān)測站, 云南 大理 671000)

        0 引言

        洱海是云南省第二大高原淡水湖泊,是大理市的主要飲用水源地,又是蒼山洱海國家級自然保護區(qū)和國家級風景名勝區(qū)的核心,具有調(diào)節(jié)氣候、保護生物多樣性、為流域內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展提供水源保障等多種功能[1]。近年來,隨著洱海流域社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,洱海水質(zhì)富營養(yǎng)化問題日漸突出,洱海治理保護面臨巨大的壓力[2]。

        羅時江是洱海重要的補給水源之一,年平均徑流量約為1.1億m3,占洱海多年平均徑流量的13%。羅時江屬彌苴河水系,位于彌苴河西側(cè),流域位于東經(jīng)100°03′~100°10′,北緯25°56′~26°04′,發(fā)源于洱源縣右所中和村和兆邑村交界處,上游屬洱源縣,下游屬大理市,流向從北向南,全長18.29km,流經(jīng)右所、鄧川、上關三鎮(zhèn),是洱源縣及大理市上關鎮(zhèn)農(nóng)田灌溉、排洪除澇的多功能河道[3]。

        近年來由于羅時江周邊社會經(jīng)濟的發(fā)展,導致污染嚴重,水質(zhì)已遠遠達不到水環(huán)境功能區(qū)劃Ⅱ類水體要求,給洱海帶入了大量氮、磷等污染物,加劇了洱海富營養(yǎng)化進程。

        對羅時江水質(zhì)的時空變化特征進行分析研究,對于治理羅時江,保護洱海,恢復洱海水質(zhì)功能具有十分重要的意義。

        1 監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析方法

        1.1 水質(zhì)監(jiān)測斷面及參數(shù)選取

        根據(jù)羅時江流向,由上游至下游選擇蓮河村、溪長村、沙坪橋3個具有代表性的水質(zhì)監(jiān)測斷面,監(jiān)測時段為2011—2019年,每月監(jiān)測1次,監(jiān)測項目為《GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準》表1中的24項。根據(jù)《云南省地表水水環(huán)境功能區(qū)劃(2010—2020年)》和《云南省大理白族自治州洱海保護管理條例(修訂)》,羅時江執(zhí)行《GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準》Ⅱ類。水質(zhì)監(jiān)測斷面基本情況見表 1。

        表1 羅時江水質(zhì)監(jiān)測斷面基本情況

        1.2 分析方法

        環(huán)境污染變化趨勢的定量分析,最常用的是Daniel趨勢檢驗,采用spearman 秩相關系數(shù),確定分析斷面多時段的水質(zhì)變化趨勢及變化程度[4-5]。

        di=Xi-Yi

        式中:di:變量Xi與Yi的差值;Xi:周期I到周期N按濃度值從小到大排列的序號;Yi:按時間排列的序號。

        將rs的絕對值同 spearman 秩相關系數(shù)統(tǒng)計表中的臨界值Wp 進行比較。

        當rs>Wp,表明變化趨勢有顯著意義:

        rs為負值,表明在評價時段內(nèi)有關統(tǒng)計量指標變化呈下降或好轉(zhuǎn)趨勢;

        rs為正值,表明在評價時段內(nèi)有關統(tǒng)計量指標變化呈上升或加重趨勢。

        當rs≤Wp,表明變化趨勢沒有顯著意義,說明在評價時段內(nèi)水質(zhì)變化穩(wěn)定或平穩(wěn)[4-5]。

        綜合污染指數(shù)是評價水質(zhì)狀況的一個重要指數(shù)。羅時江水質(zhì)綜合污染指數(shù)計算選取的污染物種類為《GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準》表1中除水溫、pH、DO、TN和糞大腸菌群以外的 19 項指標[6]。

        污染指數(shù)計算公式:Ai=Ci/Cio

        式中:Ai:I項指標的污染指數(shù);Ci:I項指標的監(jiān)測值;Cio:I項指標的Ⅲ類標準限值;n:參與污染分指數(shù)計算的指標項目數(shù)[6]。

        2 水質(zhì)時空變化特征分析

        2.1 水質(zhì)時間變化趨勢分析

        2.1.1 水質(zhì)綜合狀況的年際變化分析

        按《GB 3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標準》和《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)》對2011—2019年羅時江3個斷面每月監(jiān)測結果進行綜合評價,如表2。

        表2 羅時江2011—2019年每月監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合評價結果表

        由表2可以看出,羅時江的水質(zhì)類別主要以IV類和劣V類水質(zhì)為主,這兩類水質(zhì)所占比例(平均值)分別達34.67%、25.65%,說明羅時江整體水質(zhì)較差。從水質(zhì)類型分布的年際變化情況來看,羅時江水質(zhì)總體呈逐漸好轉(zhuǎn)趨勢,具體表現(xiàn)為III類水質(zhì)所占比例總體呈上升趨勢,由2011年的13.89%上升至2019年的42.42%,劣Ⅴ類水質(zhì)所占比例總體呈下降趨勢,由2011年的36.11%下降至2019年的9.09%。

        2.1.2 主要指標的年均濃度變化分析

        采用秩相關系數(shù)法對2011—2019年羅時江3個監(jiān)測斷面的DO、CODCr、NH3-N、TP等主要指標年均濃度進行分析評價,主要指標年均濃度秩相關系數(shù)見表3。

        表3 羅時江3個斷面主要指標年均濃度秩相關系數(shù)

        羅時江3個斷面DO年均濃度秩相關系數(shù)rs>0,且rs絕對值大于臨界值,表明3個斷面DO年均濃度呈上升趨勢,上升趨勢從統(tǒng)計學上來說是顯著的。3個斷面CODCr年均濃度rs<0,且rs絕對值小于臨界值,表明3個斷面CODCr年均濃度呈下降趨勢,下降趨勢從統(tǒng)計學上來說是不顯著的。

        蓮河村TP、溪長村NH3-N年均濃度秩相關系數(shù)rs<0,表明蓮河村TP、溪長村NH3-N年均濃度呈下降趨勢;蓮河村NH3-N、溪長村TP、沙坪橋NH3-N、TP年均濃度rs>0,表明3個斷面上述指標年均濃度呈上升趨勢。3個斷面TP、NH3-N年均濃度rs絕對值均小于臨界值,表明上述變化趨勢從統(tǒng)計學上來說是不顯著的。

        2.1.3 各斷面綜合污染指數(shù)的年度變化趨勢

        對3個監(jiān)測斷面9a的數(shù)據(jù)進行分析,計算出綜合污染指數(shù),并求出秩相關系數(shù)rs。由此了解各斷面的水質(zhì)隨時間變化的特征。

        表4 羅時江主要斷面2011—2019年綜合污染指數(shù)

        由表4可知,羅時江蓮河村、溪長村、沙坪橋3個斷面的綜合污染指數(shù)的秩相關系數(shù)均為負值,說明羅時江3個主要斷面的水質(zhì)污染均呈下降趨勢。羅時江整體水質(zhì)呈好轉(zhuǎn)趨勢。秩相關系數(shù)rs的絕對值均小于臨界值0.600,表明羅時江3個主要斷面的水質(zhì)污染下降趨勢從統(tǒng)計學上來說是不顯著的。

        2.1.4 主要指標的年內(nèi)變化

        根據(jù)2018年3月—2019年2月水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù),對羅時江3個斷面DO、CODCr、NH3-N和TP等主要指標濃度逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)進行整理分析,變化趨勢如圖1—圖4。

        羅時江3個斷面的DO濃度空間差異不大,具有季節(jié)變化特點。DO濃度是冬春季較高,隨著水溫的升高,溶解氧濃度降低,在夏季降到最低,8月份3個斷面都出現(xiàn)較低的溶解氧現(xiàn)象,8月份后DO濃度呈上升趨勢。

        羅時江3個斷面的CODCr、NH3-N、TP濃度空間差異不大,月變化趨勢基本一致,具有明顯的季節(jié)性變化特征:春夏季較高,在春季達到峰值,冬季最低。

        2.2 空間變化特征

        本文采用箱形圖對羅時江2011—2019年每月監(jiān)測數(shù)據(jù)進行描述統(tǒng)計分析,能夠客觀地反映數(shù)據(jù)的離散分布情況,盡可能地排除異常值的影響[7]。箱形圖的箱子是圖形的主體,箱子中間的線,是數(shù)據(jù)的中位數(shù),代表了樣本數(shù)據(jù)的平均水平;箱子的上下限,是數(shù)據(jù)的上下四分位數(shù),箱子包含了50%的數(shù)據(jù),箱子的寬度在一定程度上反映了數(shù)據(jù)的波動程度;箱子的上方和下方連著的橫線,代表著去掉異常值后的最大、最小值。在同一張箱形圖里可以將不同斷面的水質(zhì)指標分別進行比較。本文使用箱形圖可直觀地表現(xiàn)出羅時江水質(zhì)的分布結構,并對多組數(shù)據(jù)的空間分布進行分析,再以此為依據(jù)進行統(tǒng)計差異的顯著性分析[7]。

        觀察圖5,根據(jù)箱子中位線,可知沙坪橋斷面DO指標是最高的,其次為溪長村斷面,蓮河村斷面偏低。從箱子上下四分位數(shù)來看,波動程度從大到小依次為:沙坪橋斷面、溪長村斷面、蓮河村斷面。

        圖6、圖8顯示出沙坪橋斷面的CODCr、TP指標最小,其次為溪長村斷面,蓮河村斷面嚴重。從箱子上下四分位數(shù)來看,CODCr污染波動程度最大的是沙坪橋斷面,TP污染波動程度最大的是溪長村斷面。

        圖7顯示沙坪橋斷面的NH3-N指標最小,其次為蓮河村斷面,溪長村斷面嚴重。從箱子上下四分位數(shù)來看,污染波動程度從大到小依次為:蓮河村斷面、溪長村斷面、沙坪橋斷面。

        分析2011—2019年羅時江三個主要斷面月綜合評價結果,水質(zhì)優(yōu)的是沙坪橋斷面,其次為溪長村斷面,較差的是蓮河村斷面。對比箱型圖的結論,兩者并無矛盾,說明箱型圖的差異性分析較為可靠。

        綜上可知,沙坪橋斷面的水質(zhì)最優(yōu),溪長村斷面的水質(zhì)次之,蓮河村斷面的水質(zhì)較差。

        對羅時江3個主要斷面每月監(jiān)測數(shù)據(jù)進行水質(zhì)綜合評價,結果如表5所示。

        表5 羅時江2011—2019年月綜合評價結果表

        3 結論

        (1)分析年際變化選取的是2011—2019年: DO濃度呈上升趨勢, CODCr、NH3-N、TP濃度、綜合污染指數(shù)呈下降趨勢。整體來看,羅時江的水質(zhì)正在逐年改善。說明洱源縣、大理市治理羅時江是有成效的。

        (2)分析年內(nèi)水質(zhì)變化選取的是2018年3月—2019年2月的數(shù)據(jù),結合季節(jié)變化進行分析,發(fā)現(xiàn)秋冬的水質(zhì)高于春夏。春夏季主要受到降雨及農(nóng)業(yè)面源污染影響,水質(zhì)變差,所以春夏季節(jié)應注重羅時江水質(zhì)的污染防治,進一步加強面源污染的防治。

        (3)分析空間變化采用箱形圖對羅時江的3個監(jiān)測斷面4個水質(zhì)指標的數(shù)據(jù)進行描述統(tǒng)計分析,直觀地表現(xiàn)出沙坪橋斷面的水質(zhì)最優(yōu),溪長村斷面的水質(zhì)次之,蓮河村斷面的水質(zhì)最差。水質(zhì)上游到下游逐漸變好,說明隨著洱海流域各項污染治理措施的實施,對羅時江水質(zhì)變化起到了積極的作用,使羅時江水質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn),建議在今后的工作中繼續(xù)做好各項污染防治工作。

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