1997-2011年长江徐六泾江段流量与水质变化

1997-2011年长江徐六泾江段流量与水质变化
闫芊;陈立兵;郭文;蒋海涛
【摘要】将5-9月和10至次年4月分别作为汛期和非汛期,对1997-2011年长江徐六泾江段的流量与水质变化作趋势分析,探讨徐六泾江段水质污染的变化规律及主要原因.结果表明,徐六泾江段多年平均流量为(27 927±4 699) m3·s-1,最高值出现在1998年,最低值出现在2011年.徐六泾江段汛期流量显著高于非汛期,两者的比值为1.73～2.95.非汛期的COD浓度高于汛期,且其年均值与流量呈显著负相关;14 a中CODMn浓度呈整体下降趋势,且与流量呈显著正相关;BOD5浓度表现为非汛期高于汛期,14 a中汛期BOD5浓度呈下降趋势,但非汛期和年均值变化不明显;氨氮质量浓度范围为0.07～0.83 mg·L-1,一般表现为非汛期高于汛期,并在2002年出现最高值之后趋于平稳;总磷质量浓度范围为0.012～0.450 mg·L-1,其变化趋势同氨氮类似.氮和磷是长江徐六泾江段的主要污染因子.
【期刊名称】《生态与农村环境学报》
【年(卷),期】2013(029)005
【总页数】4页(P577-580)
【关键词】流量;水质;徐六泾;长江
【作者】闫芊;陈立兵;郭文;蒋海涛
【作者单位】长江流域水资源保护局上海局,上海200120;长江流域水资源保护局上海局,上海200120;长江流域水资源保护局上海局,上海200120;长江流域水资源保护局上海局,上海200120
【正文语种】中文
【中图分类】X-651;X82
受三峡工程、南水北调和长江河道整治等重大水利工程的影响，长江入海径流发生了变化［1］。

长江河口地区工农业发达，人口密集，近年来由于沿江城市生活污水和工农业废水的大量排放，长江口水体污染日益严重［2］。

徐六泾是经过河口长期演变和人类活动而形成的人工控制节点［3］，它是长江河口区的起点，控制着南北支的分流比和物质通量［4］，徐六泾水质和流量变化对于河口区的水质与水量具有警示作用。

目前关于长江口地区的水质空间变化以及潮流量变化等方面已有大量研究［5－9］，但针对长江口控制节点长时间尺度上的流量及水质变化规律研究并不多见。

笔者分析了1997—2011 年长江干流徐六泾江段的流量变化，探讨了溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)和总磷(TP)在汛期和非讯期的分布特征及长期变化规律，试图了解徐六泾江段水质污染的变化规律及主要原因，以期为长江水资源管理提供数据支持和科学依据。

1 研究区域概况与数据处理
1.1 研究区域概况
长江徐六泾(31.78° N，120.93° E)江段位于长江—南通—常熟断面上，距口门85 km，属北亚热带南部湿润季风气候区，四季分明，雨水充沛。

年平均气温
14.6 ～15.1 ℃，年平均水温17.6 ℃，年平均日照时间2 100 ～2 200 h，年总辐射量110 ～117 kJ·cm－1，年平均降水量1 000 ～1 076 mm。

徐六泾江段为感潮河段，潮型属不规则半日潮。

年均最高潮位5.50 m，年均最低潮位0.68 m，平均潮差1.96 m。

涨潮时表面最大流速0.99 m·s－1，最小流速0.77 m·s－1。

1.2 数据来源与处理
徐六泾流量数据来自长江水利委员会，水质数据来自长江水利委员会1997—2011 年的例行监测，监测位置位于常熟市浒浦镇，监测数据均取中泓线，监测频率为每月1 次。

监测项目包括DO、CODMn、BOD5、NH3-N 和TP。

各监测项目的分析方法参照SL 219—98《水环境监测规范》。

以5—9 月作为汛期，10 至次年4 月作为非汛期。

根据《江苏省水功能区划》(2003 年3 月实施)，徐六泾断面属于长江常熟开发利用区中的长江常熟饮用、工业用水区，执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中的Ⅱ类水标准。

采用SPSS 16.0 软件进行单因素方差分析和相关性分析。

2 结果与分析
2.1 入海流量变化分析
1997—2011 年徐六泾年均流量以及汛期、非汛期流量变化见图1，月平均流量见图2。

图1 1997—2011 年徐六泾流量变化Fig.1 Changes in flow rate at Xuliujing Section in 1997－2011
由图1 ～2 可见，1997—2011 年徐六泾年均流量为(27 927 ±4 699)m3·s－1，14 a 中最高值出现在1998 年，流量均值为39 308 m3·s－1，最低值出现在2011 年，流量均值为21 160 m3·s－1。

5—9 月连续5 个月出现流量高值，其径流量占全年流量的61.0%。

汛期与非汛期的流量比值处于1.73 ～2.95 之间，汛期流量显著高于非汛期(P=0.005)。

图2 1997—2011 年徐六泾月平均流量Fig.2 Average monthly flow rate at Xuliujing Section in 1997－2011
2.2 水质变化分析
2.2.1 ρ(DO)变化
DO 是衡量水体自净能力的重要标志。

DO 浓度与水温有密切关系，表现出明显的季节变化，非汛期DO 浓度高于汛期。

徐六泾各月ρ(DO)范围为5.7 ～12.0 mg·L －1，除3 个自然月〔2000 年8 月、2002 年7 月和2003 年7 月ρ(DO)分别为5.9、5.7和5.9 mg·L－1〕监测值低于GB 3838—2002 中的Ⅱ类标准限值(6 mg·L－1)外，其余月份全部达标，年均值均达标。

由图3 可见，1997—2011 年，非汛期和年均ρ(DO)整体均呈现升高趋势，汛期ρ(DO)变化规律不明显。

2000 年前汛期、非汛期和年均ρ(DO)波动均比较大，2000 年之后相对稳定。

相关性分析表明，年均ρ(DO)与流量呈显著负相关关系(P=0.003)。

图3 1997—2011 年徐六泾水体ρ(DO)的变化趋势Fig.3 Trend of the changes
in DO at Xuliujing Section in 1997－2011
2.2.2 ρ(CODMn)变化
CODMn常被作为表征地表水受有机污染和还原性无机物污染程度的综合指数。

徐六泾各月ρ(CODMn)监测值范围为1.4 ～3.9 mg·L－1，均能达到GB 3838—2002 中的Ⅱ类水标准(≤4 mg·L－1)，年均值也都能到Ⅱ类水标准。

由图4 可见，1997—2011 年ρ(CODMn)呈整体下降趋势。

相关性分析表明，ρ(CODMn)与流量呈显著正相关(P =0.015)，流量较大的年份ρ(CODMn)也相应较高。

汛期与非
汛期ρ(CODMn)则差异不显著(P =0.398)。

图4 1997—2011 年徐六泾水体ρ(CODMn)的变化趋势Fig.4 Trend of the changes in CODMn at Xuliujing Section in 1997－2011
2.2.3 ρ(BOD5)变化
BOD5 表征水体中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解所消耗的溶解氧量。

1997—2011 年徐六泾水体ρ(BOD5)变化范围为0.2 ～3.5 mg·L－1。

由图5 可见，徐六泾水体ρ(BOD5)年均值均达到GB 3838—2002 中的Ⅱ类水标准(≤3 mg·L－1)。

图5 1997—2011 年徐六泾水体ρ(BOD5)的变化趋势Fig.5 Trend of the changes in BOD5 at Xuliujing Section in 1997－2011
各月监测值除2010 年2 月出现1 次超标外(达到Ⅲ类水标准)，其余各月均达到Ⅱ类水标准。

徐六泾水体ρ(BOD5)整体表现为非汛期较高，汛期较低。

14 a 间，汛期ρ(BOD5)呈下降趋势，非汛期和年均ρ(BOD5)变化不明显。

相关性分析表明，年均ρ(BOD5)与流量相关性不显著(P=0.296)。

2.2.4 ρ(NH3-N)变化
NH3-N 是长江水质超标的主要因素之一。

1997—2011 年徐六泾水体ρ(NH3-N)变化见图6。

徐六泾水体ρ(NH3-N)月监测值变化范围为0.07 ～0.83 mg·L－1，有25 个自然月出现超标现象，即未能达到GB 3838—2002 中的Ⅱ类水标准
(≤0.5 mg·L－1)，但达到Ⅲ类水标准(≤1.0 mg·L－1)，年均值均达到Ⅱ类水标准。

大部分年份水体ρ(NH3-N)表现为非汛期高于汛期，仅在1997、1999、2005和2010 年出现汛期较高的情况。

年均ρ(NH3-N)最低值出现在1998 年，为0.15 mg·L－1;1998 年后由于面源污染加重，年均ρ(NH3-N)表现出升高趋势，2002
年出现最高值，为0.49 mg·L－1，之后基本维持平衡。

相关性分析表明，年均
ρ(NH3-N)与流量相关性不显著(P=0.227)。

图6 1997—2011 年徐六泾水体ρ(NH3-N)的变化趋势Fig.6 Trend of the changes in NH3-N at Xuliujing Section in 1997－2011
2.2.5 ρ(TP)变化
TP 也是长江水质超标的主要因子。

1997—2011 年徐六泾水体ρ(TP)变化见图7。

近14 a 间，徐六泾水体ρ(TP)月监测值范围为0.012 ～0.450 mg·L－1，有47 个自然月监测值出现超标现象，有时甚至达到GB 3838—2002 中的Ⅳ类水标准
(≤0.3 mg·L－1)，年均ρ(TP)均能达到Ⅲ类水标准(≤0.2 mg·L－1)(图7)。

大部分
年份均表现为非汛期ρ(TP)高于汛期，仅在1999、2003、2004、2009和2010
年出现汛期ρ(TP)较高。

14 a 间年均ρ(TP)的整体变化趋势与ρ(NH3-N)类似。

1997—2002 年呈先下降后上升的态势，拐点出现在1998年，ρ(TP)为0.039 mg·L－1，该年份ρ(NH3-N)也相对较低。

这可能与1998 年水量较大，对污染物有所稀释有关。

2002 年ρ(TP)出现最高值，为0.170 mg·L－1，之后呈逐渐下降
趋势。

相关性分析表明，年均ρ(TP)与流量相关性不显著(P=0.340)。

图7 1997—2011 年徐六泾水体ρ(TP)的变化趋势Fig.7 Trend of the changes
in TP at Xuliujing Section in 1997－2011
3 讨论
NH3-N 和TP 超标是长江徐六泾江段水体污染的主要特点。

水体中NH3-N 主要
源于污水中含氮类有机物的分解，如化工和冶金等工业废水，以及降水导致的农药和化肥流失等［10］。

TP 是控制水体富营养化的主要指标，磷过量会造成水体污秽异臭。

对太湖湖区的研究也表明湖区部分主要敏感水域出现氮、磷超标现象，TN 和TP 超标较为严重［11］。

各水质因子中，DO、CODMn 分别与流量表现出显著相关性。

DO 与流量的相关性很大程度是由于水温变化造成的，水温高时一般为汛期，流量较大，而此时DO 一般较低;反之，水温低时一般为非汛期，流量变小，DO 随之升高。

CODMn 与
流量呈负相关关系，这可能是由于CODMn污染大部分由上游水体携带而来，流
量增大时，上游有机污染物和还原性无机污染物被冲刷到下游，造成CODMn增高;流量较低时，上游带来的污染物也相对较少，CODMn也较低;BOD5、NH3-N、TP 与流量相关性不显著，说明流量不是引起NH3-N 和TP 污染的主要因素，氮、磷超标主要受水体周边面源污染影响。

2002 年成为徐六泾水质变化的拐点，各水质指标在2002 年之前波动较大，2002 年之后趋于平稳。

这可能是由于“十一五”期间，国家采取的节能减排措施对长江沿线污染控制产生了一定效果，工业废水达标排放率和城市生活污水集中处理率均
逐年上升。

除CODMn以外，其他指标大多表现为非汛期高于汛期。

这可能是由于徐六泾水
体受周边点源污染影响较重，汛期流量增大时，对污染有所稀释［12］。

据调查，徐六泾站上、下游15 km 以内排入长江的排污企业一共有3 家，分别是某纸业公司、氟化工园区污水厂和污水处理厂，年排入江污水量约3 000 万t。

因此，加强对长江点源排污的监督管理，同时控制面源污染，划定长江纳污红线，是保护长江水资源的必由之路。

致谢:感谢Michigan State University 何凯宇博士和浙江省水利河口研究院熊李虎博士给予的帮助和指导!
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