九龙江水环境质量评价资环 1112 纪敏敏 2011543040 摘要: 九龙江流域的水环境安全关系着地区经济发展. 本研究综合运用了污染指数法、季 节性肯达尔检验和富营养化评价标准对九龙江流域主要的断面的监测指标进行水质评价和 变化特征分析. 研究发现九龙江水质状况整体较好,但是有些地方超过水质标准,有些地 方水质较好. 营养程度评价发现江东桥和西陂库区大多处于中营养阶段,但是有向轻度富 营养化发展的趋势. 九龙江水质受多种因素的影响,其中主要是畜禽养殖污染、工业和农 业面源污染.关键词: 综合指数; 季节性肯达尔检验; 富营养化; 水质; 九龙江0 引言改革开放以来,随着经济社会的不断发展,九龙江流域经济的快速增长, 人口的快速增加,对水域资源的开发利用,同时城市工业化程度不断提高,九龙 江水质受到了严重污染九龙江流域在北纬24° 12'—25° 44',东经116° 50’ —11802'之间,是闽南最大河流,福建省第二大江九龙江发源于博平岭山 脉东麓和戴云山脉南端,自西向东横穿漳州平原、龙海平原、汇注厦门港人海 其主要干流有北溪和西溪,北溪流域面积9640KM2,全长274KM;西溪流域面积 3940KM2,河长172KM。
她是漳州市的母亲河,有着丰富、优质的淡水水源1 研究区域概况九龙江是福建省第二大河流,流域面积约14 241 km2,约占全省土地面积 的 12%,是龙岩、漳州、厦门3 个地区的主要饮用水源地,也是流域工农业发展 的依托,是闽南地区经济和社会发展的重要资源. 近几年来,九龙江流域两岸 工农业经济、人口快速增长,带来的污水排放量不断增加,加上农业、畜禽养殖 污染日益加重和河流梯级开发的影响,导致九龙江流域水质发生了重大变化,局 部水体污染严重,影响了流域的经济和社会发展.对九龙江流域的水质特征进行 分析和评价,对保护流域水质和合理开发水资源有重要的现实意义.整个流域历年的监测项目主要为无机指标、大肠菌群和细菌总数等少量生 物指标以及有机污染综合指标 COD BOD5 等而对有机污染物的监测甚少因此, 为了全面了解九龙江流域水质污染状况,有必要对九龙江流域水体中污染物存在 情况进行一次全面的监测调查,以便为九龙江流域水资源保护, 水污染综合整 治及生态保护规划提供科学依据2 水质评价研究方法及数据源2.1 水质评价方法目前,常用的水环境质量综合评价的方法有指数评价法、模糊综合评判法、 灰色数学法、神经网络法等。
选取指数评价法作为本论文的评价方法下面我们 先选取代数叠加的综合指数法来评价2.1.1数据来源目前在九龙江流域共设有17 个水质监测断面( 北溪11 个、西溪6 个)为 能从整体上了解九龙江流域的水质状况,分别在北溪上游、 中游和下游以及西 溪段末端各选择一个主要水质监测断面: 北溪的雁石桥( 北2,控制断面) 、西 陂( 北7,控制交接) 、江东桥( 北11,控制交接) 和西溪上坂断面( 西6,控制!肿I.爭屯S交接)(图1).八」—•諏“严粤-■' r 血1莎幻例图1.九龙江主要断面位置示意图九龙江流域纬度较低,属于亚热带季风气候,水系属山区性河流,主要特点 是水量丰富,径流的年际变化不大,季节性变化明显,河床比降大,水流急. 雁 石桥断面在北溪上游支流雁石溪的中部,位于新罗区城区下游,也处在九龙江的 主要畜禽养殖区范围之内.2.1.2水质综合污染指数评价法鉴于九龙江的水质状况特点,筛选出具有代表性体的4 个参数指标: 高锰酸 盐指数(CODMn)、五日生化需氧量(BOD 5)、氨氮(NH 3-N)和总磷(TP), 其中BOD 5仅在雁石桥断面作年际变化特征分析.根据各断面污染物浓度值数据 完整性程度选择性地采用了2000—2009 年之间的单月监测数据,选取1 月、 11 月代表枯水期, 3 月、 9 月代表平水期, 5 月、 7 月代表丰水期。
综合污染指数法的数学表达式为:P = Pii = 1p = £_ i S i 式中, Pi:i 项污染物的分指数;Ci:i 项污染物的浓度, mg/L; Si:i 项污染物的标准值, mg/L对 pH 值,有:pH7.0 - pH7.0 - pHsdpHpH - 7.0pH - 7.0su(当pH值 < 7.0)(当pH值〉7.0)DO=46/^31 .6 + T)(当 DO > DO ) js(当 DO < DO )js式中,pHsd:地表水环境质量标准中规定的pH值的下限; pHsu:地表水环境质量标准中规定的pH值的上限对溶解氧,有:DO - DOS = f jDO , j DO - DO fsDOS = 10 - 9 jDO, j DOs式中:DOj — 河流断面溶解氧浓度, mg/L;DO s —溶解氧的地表水水质标准, mg/LDO f —饱和溶解氧浓度, mg/L;T—为水温,°CI=EElij I=C./ Siij i iJ=1 i=1式中:i为污染物;j为监测断面;YIj为某断面的综合污染指数值;EIi为某类 污染物的综合指数值;Ii为某类污染参数的污染分指数值;C i为某类污染物的监 测统计值;Sj为某类污染物的III类水质标准.数据选用2007年度水质监测统计 数据,选择主要监测指标 CODMn、NH 3-N、TP 分析九龙江的 4 个断面不同水 期的水质变化.2.1.3 水体综合营养状态指数评价法采用综合营养状态指数法,随着流域社会经济的发展,大量开发梯级水电站, 河流“ 湖库化” 现象严重.本研究选择了在水体营养评价中起主要作用的营养 因子总氮、总磷和高锰酸盐指数三项指标对库区范围内的西陂和江东桥进行初步 的营养状态评价.综合营养状态指数评价法计算公式为:mTL⑵=z W TLIj ( j)j=1式中:TLI(》:)综合营养状态指数;Wj:第j种参数的营养状态指数的相关权重;TLI①:代表第j种参数的营养状态指数。
以叶绿素a作为基准参数,则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为:r2W 二 ij—jm乙 r 2ijj = 1式中:r 一第种参数与基准参数chia的相关系数;m—评价参数的个数中国湖泊(水库)的chia与其它参数之间的相关关系r及r2见表1ij ij表1中国湖泊(水库)部分参数与chia的相关关系r及□值参数Chi aTPTNSDcodmMnr..□10.840.82-0.830.83r2..ii10.70560.67240.68890.6889注:该表引自金相灿等著《中国湖泊环境》,表中y来源于中国26个主要湖泊调查数据的计算结果 营养状态指数计算公式为:(1) TLI(chi)=10(2.5+1.086inchi)(2) TLI(TP)=10(9.436+1.624inTP)(3) TLI(TN) =10(5.453+1.694inTN)(4) TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)(5) TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)式中:叶绿素a chi单位为mg/m3透明度SD单位为m;其它指标单位均为mg/L2.2富营养化评价方法、季节性Kendall检验方法2.2.1富营养化评价标准营养状态分级(EI =营养状态指数)评价项目赋分值EnTP / mg・L- 1TN / mg・L- 1CODMn / mg・L- 1贫营养10 200. 001 0. 0040. 02 0. 050.15 0.40中营养30 40 500. 010 0. 025 0.050 0. 1 0. 3 0. 51 2 4轻度富营养600. 118中度富营养70 800. 2 0. 62 610 25重度富营养90 1000. 9 1. 39 1640 602.2.2营养状态评价鉴于九龙江北溪梯级开发导致的北溪河道“湖库化”现状,本研究选取TP、 CODMn 2个指标对西陂和江东桥电站库区进行营养程度的初步评价,用NH3-N浓 度数据进行辅助分析. 营养程度评价则根据评价标准将指标浓度值转换为评分 值,监测值处于表列值两者之间者采用相邻点数值, 2 项参评指标评分取均值后, 再查营养状态指数得到营养状态等级(表2).由表2和断面的NH3-N浓度值估 测总氮数值,可以得出断面所在电站库区的营养状态都处在中营养状态,且都存 在向轻度富营养化发展的趋势,进而推测九龙江北溪的电站库区营养状态存在富 营养化迹象.表2.2004—2009年江东桥、西陂库区营养状态评价年份 江东桥营养状态指数 西陂营养状态指数 营养状态200450.052.5中营养200550.052.5中营养200650.052.5中营养200750.034.5中营养200850.050.0中营养200945.050.0中营养2.2. 3季节性Kendall检验方法进行水质变化特征分析Kendall 检验是一种仅考虑数据相对排列的非参数检验方法,其主要优点是 随机变量的基本概率分布并不居于重要地位. 该检验可用于资料系列存在漏测 值、未检出值以及变量分布与正态分布无关的时间序列.季节性Kendall检验 将水质资料在历年相同月份间进行比较,因而避免了季节性的影响. 本次分析 采用水利部水质监测与评价研究中心信息系统研究室开发的PWQTrend( Professional Water QualityTrend) 水质污染发展趋势分析专业软 件,该软件是基于季节性Kendall检验的水质趋势分析软件,能够给出趋势的定 量描述。
由于西溪上坂断面数据未达到PWQTrend软件分析的要求,本研究暂未对上 坂断面进行趋势定量说明.利用PWQTrend软件分别对雁石桥断面和西陂、江东桥库区进行季节性肯达 尔检验分析变化趋势,当显著性水平a V 0. 01,说明检验具有高度显著性水 平;当a V 0. 05,说明检验是显著的.其中雁石桥断面数据是从2000—2007 年,西陂和江东库区数据时从2004—2009 年. 从表2 得出北溪上游的雁石桥水 质存在下降的趋势,特别是CODMn和NH 3-N显著上升,TP和BOD 5的变化趋势 不明显. 上游入河污染物源强大、点多面广,且和人口与经济发展因素相互作 用,导致该断面的水质变差.至于TP和BOD 5在分析中趋势不明显,从雁石桥 断面数据( 图2、图5) 可以看出变化曲线存在对称的现象,这样导致在计算过程 中无法显示趋势. 西陂和江东桥的水质在2004—2009 年总体较好,达到流域水 环境功能要求.而且江东桥的TP浓度变化有显著的下降趋势,其他指标均没有 明显的趋势. 可见在库区梯级开发电站的最初几年里,水质并没有逐年变差的 迹象.但是在本研究趋势分析中江东桥库区的TP浓度出现下降的趋势,其原因 还值得深入探讨.表3九龙江季节性Kendall检验结果断面项目显著水平/P趋势雁石桥CODMn0. 009 2咼度显著上升NH 3-N0. 001 0咼度显著上升TP0. 385 5无明显趋势。