淮河流域水质污染时空变异特征分析_蒋艳

水利学报SHUILI XUEBAO 2011年11月第42卷第11期文章编号：0559-9350（2011）11-1283-06收稿日期：2011-06-11基金资助：国家自然科学基金-青年科学基金资助项目（50709033，40951025）；中国水科院科研专项（环集0903）作者简介：蒋艳（1974-），女，江苏人，博士，主要从事水文水资源和水环境保护研究。

E-mail ：jiangyan@淮河流域水质污染时空变异特征分析蒋艳，彭期冬，骆辉煌，马巍（中国水利水电科学研究院水环境研究所，北京100038）摘要：选取淮河流域的82个水质监测站，对各站点的1986—2005年水质监测数据进行统计分析，探讨了全流域内水体污染物浓度变化的时空变异特征，为淮河流域水污染治理、水环境保护以及生态修复提供依据。

采用时间序列法分析水体污染物浓度的时间变化规律，应用Mann-Kendall 检验法对流域范围内水体污染物浓度变化趋势进行了分析。

研究结果表明，淮河流域水质变化主要受到入河排污量、上游来水量、闸坝调控方式以及气候条件等方面因素的影响。

蚌埠站的水体污染物浓度多年变化规律表明，1995年是水体污染物浓度变化的转折点，1995年前水体污染物浓度不断恶化，1995年后水体污染物浓度逐渐好转。

DO 浓度的年内变化主要受到水温的影响，表现为冬季浓度高于夏季浓度；COD Mn 浓度同时受到闸坝调控方式以及区域来水量的影响，汛期浓度低于非汛期。

从全流域的水体污染物浓度变化规律看，有机污染物浓度呈显著上升趋势的河段主要分布在淮北支流上，说明在20世纪90年代后期，虽然流域进入相对丰水期以及进行了大规模的水污染联防工作，淮河流域水质污染得到了一定程度的改善。

但在2000年后，随着流域内入河污水量和污染物排放量的增加，淮河流域的水质污染依然严重。

关键词：淮河流域；水质污染；时间序列；Mann-Kendall ；溶解氧；氨氮；高锰酸盐指数中图分类号：X522文献标识码：A 1研究背景淮河流域面积为27万km 2，占国土面积的3.5％，水资源量占全国的3.4％，耕地却占到全国的15.2％，人口占全国的16.2％，水资源的利用率超过60％，超过了国际上内陆河合理开发利用程度30%的平均水平。

由于独特的气候条件、水系形态和地形地貌，淮河流域成为我国水旱灾害发生最为严重和频繁的地区之一。

淮河是我国第一条全面治理的大河，为了解决淮河的洪水问题和水资源短缺问题，截止2000年流域修建了约1.1万座蓄水水库和拦河节制闸蓄水工程，从而引起了天然径流过程的大幅度改变，同时未经过处理的大量工业废水和生活污水直接排入，排放总量远远超过了水环境容量，对河流生态环境造成了重大影响。

研究表明，自20世纪80年代以来，流域水质呈逐年恶化趋势［1-3］。

淮河流域天然水化学特征不同区域之间差异大且受人类活动和水污染影响，发生了较大变化［4-5］。

淮河流域水体污染将逐渐变为氨氮型污染［6-7］。

为了满足经济社会用水需求，众多水库、水闸等水利工程对河道径流实行高度调节控制，再加上气候原因与水资源利用超过其承载能力，造成大多数支流雨季行洪，旱季有水无流甚至河道断流的局面，这样的河道水文特征，对水污染物稀释自净能力极为不利，从两个方面加重了河流水质污染：一方面，淮河水质很大程度上取决于河道流量，污染峰值总出现在流量较小的枯季，当淮河流域天然来水量减少时，河道水质可能会严重恶化；另一方面，由于闸坝的限制，造成污染物的蓄积，在泄洪时造成污染的集中排放，致使污染排放量在局部时间内超过环境容量造成严重的水体污染，而且这种破坏对水体来说是难以恢复的。

因此，淮河水环境治理和生态修复的关键和基础是认——1283识当前水生态环境状况与变化趋势。

2数据资料与研究方法选取淮河流域82个重点水质监测站的溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）和高锰酸盐指数（COD Mn）3个水质监测指标，水质数据为淮河流域水资源保护局1986—2005年的原始水质监测数据，监测频率为每月1次。

各站点的监测次数最多为372次，最少为81次，平均为181次。

资料的起始最早为1962年，除板桥（基面）和五沟营站（河道基面）的资料分别截止到1991和1993年，超过90%以上站点的监测资料截止到2004或2005年，平均资料年限为19.5年。

本文所选取的82个水质监测站点，主要位于淮河干流，淮北支流涡河、沙颍河、洪汝河，淮南支流史河、淠河，以及流域东北部的沭河上（图1）。

采用时间序列法，分析水体污染物浓度的时间变化规律；采用Mann-Kendall检验法，进行全流域范围内多年水体污染物浓度变化趋势的分析。

图1淮河流域主要水质监测站点3淮河干流水体污染物浓度变化3.1水体污染物浓度变化依次选取淮河干流的淮滨、王家坝、鲁台子、淮南大涧沟、蚌埠、吴家渡、临淮关和小柳巷8个监测站点的水质监测资料，其中王家坝站是洪汝河入淮河干流的主要控制站，鲁台子是沙颍河入淮河的主要控制站，蚌埠闸控制断面是涡河入淮的主要控制站。

分析2004年的主要污染物COD Mn、NH3-N和DO的沿程浓度变化情况，结果见图2。

由图2可以看出，8个站点的NH3-N浓度为0.78~1.24mg/L，COD Mn浓度为4.19~6.97mg/L，DO浓度为5.92~8.17mg/L，达于地表水Ⅲ类—Ⅳ类水质标准。

从淮河干流水体污染物浓度的沿程变化来看，王家坝与淮河上游的淮滨断面相比，COD Mn污染物浓度明显升高，表明洪汝河的入流对淮河干流水质具有重要影响，在鲁台子站NH3-N浓度有所增加，说明沙颍河的入流对淮河干流水质的影响。

在蚌埠闸后附近存在着蚌埠市城市饮用水水源地，各污染源排放口受到严格控制，从图2可以看出蚌埠闸的水质较好，同时说明涡河入流使淮河干流的影响得到了一定程度的控制。

经过蚌埠闸后，由于受纳了沿途的淮南市和蚌埠市工业污水及生活废水，吴家渡的有机物污染有所增大。

与COD Mn和NH3-N浓度沿程变化不同，DO浓度沿程有降低的趋势，但DO浓度值总体高于Ⅱ类水质标准。

蚌埠闸位于淮河中下流、洪泽湖上游，是淮河干流中游重要控制站。

淮河蚌埠段受闸坝高度控制，加之河床平缓，河水流速慢，河流生态系统脆弱，自净能力差，水体极易受到污染。

根据蚌埠闸—1284—图4蚌埠闸闸下监测断面的水体污染物浓度年内变化过程时间（月）时间（月）闸下监测断面1986—2005年的水质监测资料，分析水体浓度的年际变化（图3）与年内变化（图4）情况。

从图3中可以看出，NH 3-N 与COD Mn 的年内变化趋势相一致，可以将蚌埠闸水体污染物浓度的变化分为两个阶段：第一个阶段1986—1995年是水质恶化的阶段，DO 浓度从年最大值9.39mg/L （1990年）下降为年最小值2.73mg/L （1995年），而NH 3-N 从最年小值0.34mg/L （1987年）增加到年最大值4.87mg/L （1995年），同样COD Mn 浓度从最年小值3.97mg/L （1987年）增加到年最大值9.13mg/L （1995年）；第二个阶段为1995—2005年，蚌埠闸断面水体污染物浓度有了较大程度的改善，DO 浓度从2.73mg/L 逐渐恢复到7.00mg/L ；而NH 3-N 从4.87mg/L 降低到0.29mg/L ，同样COD Mn 浓度从9.13mg/L降低到3.86mg/L ，已达到地表水Ⅱ类水质标准。

可以看出，自1995年开展大规模水污染防治工作以来，淮河流域水质得到了一定的改善。

从蚌埠闸水体污染物浓度的多年变化趋势（图4）可以看出，蚌埠闸闸下监测断面1986年、1994年与2004年的水体污染物浓度虽然有一定差异，但是却表现出了非常相似的年内逐月变化规律。

在非汛期的DO 浓度值高于汛期，在1、2月达到年内最大值，可以看出DO 浓度变化受到区域环境温度影响，随着水体温度的升高而减小。

而对于COD Mn 浓度在非汛期1、2月份较低，在3月份时当闸前污水大量聚集，浓度值达到峰值，随着汛期洪水以及上游来水量的增加，COD Mn 浓度值不断下降，到每年9月份，COD Mn 浓度值降为年内最低值，10月份以后闸门关闭，COD Mn 浓度值又有所增加，可以看出，COD Mn 浓度值受到闸坝调控以及区域来水量的双重影响。

3.2流域水体污染物浓度变化趋势分析应用Mann-Kendall 检验法对水体污染物浓度的时间序列进行分析，当统计概率P 值小于0.05（在α=0.1显著性水平下）表明水体污染物浓度变化趋势较为显著，Mann-Kendall 检验法计算的统计值和概率值（P 值）此处省略。

淮河流域的水体污染物浓度DO 、NH 3-N 和COD Mn 时间序列的多年变化趋势分别为图5、图6和图7。

图22004年淮河干流主要站点的水体污染物浓度过程图31986—2005年蚌埠闸闸下监测断面的水体污染物浓度变化过程断面名称——1285图5淮河流域溶解氧浓度多年变化趋势图6淮河流域氨氮浓度多年变化趋势从图5可以看出，DO浓度呈增加显著趋势有5个监测点，分别是：二河闸（闸上）、付桥闸上、槐店（闸下）、李坟（闸上）、杨庄泄洪闸（河道）；而班台闸（基面）、蚌埠（闸下）、薄山水库（坝上）、黑岗口（闸下）、槐店、黄台徐、宿鸭湖水库、遂平站、涡阳闸、五沟营站（河道基面）、周口（贾）11个监测点的DO浓度呈显著减少趋势；从NH3-N浓度的变化趋势来看，有28个监测站点呈现显著增加变化趋势，主要集中在洪河和沙颍河的上游，而高良涧闸（闸上）、淮南大涧沟和石山口呈显著减少的变化趋势（图6）。

从COD Mn浓度的变化趋势来看，呈显著增加变化趋势的监测站点（23个）均分布在淮北区域以及洪泽湖下游区，而淮南大涧沟、李坟（闸上）、王家坝、小柳巷、杨桥新闸（上）、颍河口（范台子）和驻马店呈现减少的变化趋势（图7）。

3.3水体污染物浓度变化的影响因素分析对淮河流域多年水质监测资料分析结果表明，淮河流域水质变化主要受到入河排污量、上游来水量、闸坝调控方式以及气候条件等方面因素的影响。

淮河流域闸坝对控制地表径流以及蓄积水量方面发挥了很大的作用，但对水体也产生了很大的影响。

近万座水库闸坝的修建导致河流断流，河流水质不断恶化，河流的自然水文性质被彻底改—1286—图81993—2004年淮河流域入河污水排放量和污染物排放量变，淮河基本丧失了自净能力。

从蚌埠站水体污染物浓度的年内变化趋势看，COD Mn 浓度和NH 3-N 浓度峰值出现在汛前的3、4月份。

当汛期第一场洪水来临时，闸门开启，污水团下泄，极易造成下游突发性污染事件［8］。

DO 浓度的年内变化主要受到水温的影响，表现为冬季浓度高于夏季浓度。