洪水期水质水量变化规律分析

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1、收稿日期: 1997- 02- 17 洪水期水质水量 变化规律分析 时晓飞 王桂玲 (河北省水环境监测中心 石家庄 050031) 目前水质监测规范规定 ,河道水质站 1 年内取 6 12 次水样进行分析 ,因此在“水质简报”和“水资源 公报”编制中常以月、汛期、非汛期和年的平均值对 水质进行评价 ,这样做是否符合河道水质的实际变 化呢?尤其是河北省来水的时程分配不均匀 , 70 %以 上的来水量集中在汛期 ,且汛期来水又主要由几次 洪水所造成 ,因此研究和探讨洪水期水质的变化规 律很有必要。探求水质和水量结合评价方法在开发 利用和管理水资源方面具有重要意义。 为此 , 1996 年 汛期 ,

2、分别在子牙河系的冶河、大清河系的拒马河、 永定河系的清水河段进行了次洪水过程的水质监 测 ,初步分析研究了洪水期次洪水的水质变化规律。 1 研究河段的选取 为探讨不同水质污染状况下的河流洪水期水质 变化规律 ,选取污染源组成、污染物种类不同 ,具有 代表性的 3 个河段进行监测。此次监测恰逢子牙、大 清河系发生“ 96 8 ”特大洪水 ,为研究提供了机遇。 为 探讨河段不同洪水过程的水质变化规律 ,分别对全 年的第一场洪水、最大洪水、最后一次洪水过程按水 位流量的变化进行稠密取样分析。 1. 1 具体选定河段的基本情况 张家口站位于永定河支流清水河上 ,流域面积 为 2 300 km 2 ,多

3、年平均径流量为 0. 974 亿 m 3 ,枯季 有断流现象。污染源以崇礼县的工业企业排污为主 , 张家口市上游的皮革厂、药厂排放的污水及一定量 的居民生活污水也汇入其中 ,入河废污水量 11. 49 万 t /a。流域内农药平均用量不足 5. 0 kg /hm 2,化肥的 使用量不足 200 kg /km 2。 主要有害物质为氨氮和高 锰酸盐指数。 紫荆关站位于大清河支流拒马河上游 ,流域面 积 1 760 km 2,多年平均径流量为 3. 114 亿 m3。紫荆 关水文站上游 1. 5 km处有“五一”渠引水入安各庄 水库。 涞源县占测站以上流域面积的 95 % ,因此 ,污 染源以涞源县

4、排污为主。据调查 ,流域内共有排污企 业 108 个 ,以治金建材为主。 污水排放总量 1624. 06 万 t /a,经处理排放的仅 721. 38 万 t /a,生活污水排放量 921. 30 万 t /a,化肥使用量 4 789 t /a,农药使用量 13. 619 t /a。本流域矿业极其发达 ,采矿矿渣造成的面 源污染非常严重。 平山站位于子牙河支流冶河上 ,流域面积 4 620 km 2 ,多年平均径流量为 8. 850 亿 m 3。除上游有从山 西入境的污水外 ,本省的污染源以井陉和平山两县 排污为主 ,共有排污企业 100 个 ,废污水排放量为 3 836. 3 万 t /a,

5、仅井陉县排放的悬浮物、化学耗氧量、 五日生化耗氧量共达 3. 66 万 t /a 。平山县氨氮、挥发 酚的排放量为 228. 4 t /a。化肥使用量 300 600 kg / hm 2 ,农药平均使用量不足 7. 5 kg /km 2。 1. 2 近年各河段的水质情况 据 1990 1995 年监测资料 ,按地面水环境质量 标准 ( GB3838- 88)评价 ,近年各河段水质状况: 张家口河段水质很差。1990 1992 年水质为 类 , 1993 1995 年都为 类或大于类水质 ,主要超 标物质为非离子氨、铁、高锰酸盐指数、酚、五日生化 耗氧量。 紫荆关河段水质较差。1990 1995

6、 年间的平水 期、枯水期都为类或大于 类水质 ,丰水期水质能 达到 类。主要超标物质为铅、铁、汞等重金属及五 日生化耗氧量。 平山河段水质逐年变差。1990 、1991 年水质一般 为 类 ,主要超标物质为化学耗氧量及氨氮。 1992 1995 年主要为、类水质 ,丰水期能达到 类水质。主要超标物质为高锰酸盐指数、酚、亚硝酸 盐氮、非离子氨。 2 次洪水过程水质分析 洪水过程水质按地面水环境质量标准 ( GB3838 - 88)分析评价 ,氨氮按 ( GB3838- 88)标准分析评 价。 2. 1 各河段取样情况 张家口河段本次评价控制 3 次洪水过程: 1996 年 7 月 9 10 日为

7、全年第 1 场洪水 ,涨水、退水阶段分别 取样 2 次 ,洪峰取样 1 次; 1996 年 7 月 19 日 20 日为最 大洪水 ,涨水阶段、峰顶各取样 1 次 ,退水阶段取样 2 水质与水环境 海河水利 1998.No. 4 次; 1996 年 8 月 20 日为最后 1 次洪水 ,主要为退水阶段 的监测 ,按不同流量级取样 5 次。 评价参数为: 流量、 氨氮、高锰酸盐指数、砷、酚、铜、汞、铅、铁、总硬度。 紫荆头河段本次评价控制了 3 次洪水过程: 1996 年 7 月 5 日第 1 场洪水 ,涨水及洪峰阶段各取样 1 次、退 水阶段取样 3 次; 8 月 4 日 6 日最大洪水为峰顶

8、取样 1 次、涨水及退水阶段各取样 2 次 ; 8 月 28 日为最后 1 次 洪水过程 ,涨水阶段按不同流量级取样 3 次 ,峰顶及 退水阶段各 1 次。 评价参数: 流量、氨氮、高锰酸盐指 数、砷、酚、铅、铁。 平山河段此次研究因遇特大洪水 ,受水毁影响 , 只控制 1996 年 7 月 10 日第 1 次洪水及 8 月 3 4 日最大 1 次洪水。 第 1 次洪水涨水、峰顶、退水阶段各取样 1 次; 最大洪水过程主要为涨水阶段监测 ,涨水阶段取样 6 次 ,洪峰取样 1 次。评价参数: 流量、氨氮、高锰酸盐指 数、砷、总硬度、硫酸盐。 2. 2 全年第一次洪水水质变化规律 年度第 1 次

9、洪水对研究河段的污水一方面有稀 释降解作用 ,另一方面由于雨水淋解流域下垫面物 质、洪水冲刷河道、沿途挟带 ,在面源、点源共同影响 下河流水质发生显著变化。 河段以点源为主时 ,洪水的稀释降解使污染物 浓度会随流量增加而减小 ,随流量的减小又增大 ,如 平山河段的高锰酸盐指数、砷浓度的变化规律。 河段以面源为主时 ,污染物浓度先随流量增大 大而增大 ,又随流量的减小而减小 ,其浓度峰值均出 现于洪峰附近。张家口河段的高锰酸盐指数、氨氮、 铁 (铁浓度 ) ,紫荆关河段的高锰酸盐指数、氨氮、酚、 铜、铅、铁浓度的变化均呈以上规律 ,如张家口河段 铁浓度由于面源影响 ,洪水涨水阶段水质逐渐变差 ,

10、 退水阶段又转好。 2. 3 最大洪水过程水质变化规律 若洪水总量较小、涨落平缓 ,而且河段面污染较 轻时 ,又经过第 1 场洪水的稀释降解 ,故年度最大洪 水过程污染程度减轻。洪水过程中评价参数的浓度 会随流量增加而减小 ,由于点源的持续性 ,流量回落 到基流时污染物浓度又增大。张家口河段的高锰酸 盐指数、氨氮氨氮浓度 ,紫荆关河段的铜、铅、铁浓 度 ,均呈此规律变化。 若年度最大洪水过程水量大、陡涨陡落 ,对河道 多年沉积物的冲刷、塌方、泥石流等使面源成为主要 影响因素 ,污染物浓度会随流量增加而增大 ,随流量 减小而减小。 平山河段的高锰酸盐指数 (指数 )、氨 氮 ,张家口河段的铜、铅

11、、铁浓度 ,紫荆关河段的铁、 砷浓度变化均呈以上规律。 2. 4 年度最后 1 次洪水过程水质变化规律 经过汛期洪水的冲刷稀释作用 ,水质有好转趋 势 ,但因污染源的持续汇人 ,最后 1 场洪水又会受其 影响。 污染物浓度随流量增加而增大 ,随流量减小而 减小 ,流量回落到基流时浓度又增大。 紫荆关河段的 高锰酸盐指数、氨氮、铜、铅、铁浓度随流量的变化呈 以上规律 (如铁浓度 1. 99 mg /L 0. 45 mg /L 5. 75 mg /L) ,张家口河段主要为退水阶段的监测 ,高锰酸 盐指数、氨氮、砷、铅、铁都随流量减小而减小 ,当流 量达基流时 ,含量又增大。 如高锰酸盐指数浓度由

12、9. 3 mg /L降至 3. 2 mg /L,后又增大到 9. 3 mg /L 。 3 以输送量计算值评价次洪水过程水质 根据次洪水的取水样时间 ,划出具代表性的部 分洪量 ,即可加权计算出洪水过程每项污染物平均 含量 ,以此评价 3 次洪水过程的水质: 张家口站 3 次洪 水均评价为大于类 ,但 3 次洪水综合污染指数分别 为 10. 0 、 7. 5 、 5. 7,污染程度呈递减趋势。紫荆关站 8 月 4 日洪水过程为类水 ,其余 2 次洪水过程均为大 于 类水质 , 3 次洪水的综合污染指数分别为 11. 4 、 3. 4 和 4. 7,年度最大洪水水质最好。 平山站 2 次洪水 皆评

13、价为类水 ,综合污染指数分别为 5. 7 、 6. 8 。由 于年度最大洪水对流域和河道的冲刷强烈 ,故污染 程度加重。 通过比较分析 ,洪水过程中面源对水质起决定 作用。 水量大时面源作用相当明显 ,水质未有明显好 转;面源污染轻时 ,洪水水量的稀释降解作用使水质 好转。 但不同河系、不同洪水过程水质水量变化规律 又有所不同 ,如: 由于张家口河段有机污染较轻 ,洪水起到稀释 降解作用。经过几次洪水 ,氨氮、酚、铅、铁浓度一次 次降低。 高锰酸盐指数年度最大洪水浓度比第 1 场洪 水降低 ,但最后 1 场洪水浓度又增大。 由于山区采矿 , 最大洪水的冲刷使铜浓度增大 ,但在最后 1 场洪水时

14、 浓度又降低。 紫荆关河段洪水的稀释降解作用比较明显 ,高 锰酸盐指数、氨氮、亚硝酸盐氮、酚、铅随年度第 1 场 洪水、年度最大洪水、年度最后 1 次洪水浓度渐小。由 于采矿的持续性 ,铜、铁含量在年度最大洪水浓度 41 1998.No. 4洪水期水质水量变化分析 表 1 洪水过程分时段监测与常用评价水质水量方法比较 站 名 时 间 评 价 方 法 水质 类别 水量 /万m3 时 间 评 价 方 法 水 质 类 别 水量 /万m3 时 间 评 价 方 法 水 质 类 别 水量 /万m3 张 家 口 7 月 9 1 0 日 分 时 段 0 24. 272 6. 977 63. 48 常用 94.

15、 729 7 月 1 9 2 0 日 分 时 段 0 4. 574 54. 03 227. 27 常用 285. 87 8 月 2 0 日 分 时 段 53. 79 36. 37 73. 85 56. 43 常用 220. 44 紫 荆 关 7 月 5 日 分 时 段 17. 42 0 45. 926 常用 63. 346 8 月 4 日 分 时 段 2 172. 62 9 917. 35 0 690. 13 常用 12 780. 1 8 月 2 8 日 分 时 段 0 0 0 284. 337 常用 284. 337 平 山 7 月 1 0 日 分 时 段 0 0 0 315. 5 0 常用

16、315. 5 8 月 3 - 4 日 分 时 段 31. 35 407. 57 0 30 912. 33 0 常用 31 351. 25 降低 ,但最后 1 场洪水浓 度又增大 ,这说明山区 开矿形成的大面积面源 污染并不能仅靠几场洪 水就能清洗。 平山河段由于恰逢 大暴雨 ,暴雨强度很大 , 洪水冲刷挟带面源影响 水质。高锰酸盐指数、 氮、砷年度最大洪水浓 度比第 1 场洪水浓度增 大 ,总硬度、硫酸盐由于 水量的稀释作用浓度减 小。 4 水量与水质综合评 价 洪水过程中水质水 量密不可分。加强洪水 期的水质监测 ,按不同 时段评价洪水过程的水质水量 ,同现行“水质简报”、 “水资源公报”编制时所用的水质评价方法评价进行 比较 ,详见表 1 。 从表 1 可以看出 ,张家口河段 7 月 9 10 日洪水总 水量 94. 729 万 m 3。 退水阶段由于铁超标 8. 8 倍评价 为类水 ,水量占整个洪水过