九龙江水环境质量评价

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′—118°02′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
交接) ( 图1)．
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：
∑==n
i i P P 1
i i i S C P =
式中，P i ：i 项污染物的分指数；
C i ：i 项污染物的浓度，mg/L ；
S i ：i 项污染物的标准值，mg/L 。

对pH 值，有：
)0.7(0.70.7≤--=值当pH pH pH
P sd
pH )0.7(0.70
.7u >--=值当pH pH pH P s pH
式中，pH sd ：地表水环境质量标准中规定的pH 值的下限；
pH su ：地表水环境质量标准中规定的pH 值的上限。

对溶解氧，有：
)(,s j s f j
f j DO DO DO DO DO DO DO S ≥--=当
)(910,s j s j
j DO DO DO DO DO S <-=当
)
6.31(468T DO f += 式中: DO j — 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/L ；
DO f —饱和溶解氧浓度，mg/L ；
T —为水温，℃。

4 3
I=∑∑I ij I=C i / S i
J=1 i=1
式中：i 为污染物；j 为监测断面；∑I j 为某断面的综合污染指数值; ∑I i 为某类污染物的综合指数值; I i 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; S i 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：
)(1
)(j m
j j TLI W TLI ∑=⋅=∑
式中：TLI(Σ)：综合营养状态指数；
W j ：第j 种参数的营养状态指数的相关权重；
TLI(j)：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：
∑==m
j ij ij j r
r W 12
2
式中：r 一第 种参数与基准参数chla 的相关系数；
m 一评价参数的个数。

中国湖泊（水库）的chla 与其它参数之间的相关关系ij r 及2ij r 见表1。

表1 中国湖泊（水库）部分参数与chla 的相关关系r ij 及r 2
ij 值
注：该表引自金相灿等著《中国湖泊环境》，表中r ij 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(chl)=10(2.5+1.086lnchl)
(2)TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)
(3)TLI(TN) =10(5.453+1.694lnTN)
(4)TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)
(5)TLI(COD Mn)=10(0.109+2.661lnCOD Mn)
式中：叶绿素a chl 单位为mg/m3，透明度SD 单位为m；其它指标单位均为mg/L。

2.2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En TP / mg·L
－ 1
TN / mg·L
－ 1
CODMn / mg·L
－ 1
贫营养
中营养
轻度富营养中度富营养重度富营养10 20
30 40 50
60
70 80
90 100
0. 001 0. 004
0. 010 0. 025 0. 050
0. 1
0. 2 0. 6
0. 9 1. 3
0. 02 0. 05
0. 1 0. 3 0. 5
1
2 6
916
0.15 0.40
1 2 4
8
1025
40 60
2.2.2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NH 3-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NH 3-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
2004 50. 0 52. 5 中营养
2005 50. 0 52. 5 中营养
2006 50. 0 52. 5 中营养
2007 50. 0 34. 5 中营养
2008 50. 0 50. 0 中营养
2009 45. 0 50. 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α＜ 0. 01，说明检验具有高度显著性水平; 当α＜ 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 CODMn 0. 009 2 高度显著上升
NH 3-N 0. 001 0 高度显著上升
TP 0. 385 5 无明显趋势
BOD 5 0. 487 9 无明显趋势
西陂 CODMn 0. 558 2 无明显趋势
NH 3-N 0. 532 0 无明显趋势
TP 0. 887 5 无明显趋势
江东桥 CODMn 1. 000 0 无明显趋势
NH 3-N 1. 000 0 无明显趋势
TP 0. 015 0 显著下降
3结果与分析
3.1年际变化
图2总磷年际变化比较
图3氨氮年际变化比较
图4高锰酸盐指数年际变化比较
图5雁石桥BOD 5年际变化从图2 ～图5 中可以看出九龙江最近几年的水质变化情况．
3.1.2年内变化
图6不同水期综合污染指数∑I j比较
( 2007 年)
可以看出，全年3 个水期的综合指数雁石桥最大，并且比其他3 个断面高出许多，说明雁石桥断面的水质污染相对其他断面严重．西陂、江东桥和上坡断面的综合指数相差不大，都小于3，但是西陂和江东桥断面丰水期的污染指数反而略高于枯水期，可能与断面由于电站而形成库区有关．
图7污染物的综合污染指数∑I i比较
( 2007 年)
可以看出，雁石桥断面NH 3-N 和TP 比同指标其他断面都要高，并且都超过Ⅴ类水质标准．其他断面的TP 大小顺序依次为上坂、西陂、江东桥． NH 3-N 污染指数也是上坂略大于西陂和江东桥．上坂断面位于西溪的下游靠近入海口，接纳了整个西溪的污染物，包括上游地区的农业污染和下游漳州市区的工业和生活污水，上坂的污染指数相对江东桥和西陂要偏大．
4 结论
九龙江流域水质整体较好，但是随着流域社会经济的发展和河流梯级开发，局部河段水质有下降的趋势．西溪上坂和北溪的西陂、江东桥断面水质指标多为Ⅱ、Ⅲ类，水质较好，其中上坂断面水质又稍差于西陂和江东桥．但是北溪上游河段的雁石桥断面水质连续几年NH 3-N、BOD 5和TP 超过Ⅴ类水质标准，水质状况较差．雁石桥断面枯水期、平水期和丰水期的综合污染指数分别为14. 50、10. 54 和7. 00，变化明显，并且远大于其他3 个断面．上坂断面接纳了整个西溪的污染物，包括上游地区的农业污染和下游漳州市区的工业和生活污水，上坂的污染指数稍高于江东桥和西陂．利用PWQTrend 软件进行趋势分析发现雁石
桥断面的NH 3-N 和TP 有显著上升的趋势，江东桥的TP 有下降的趋势，西陂和江东桥水质的变化趋势不明显．对九龙江的电站库区进行营养程度评价发现，库区水体大多处于中营养阶段，但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，主要有工业废水、农业化肥和农药的大量施用以及畜禽养殖的超常规发展．并且表现出明显的地区差别: 工业废水主要在漳州和龙岩市区; 化肥和农药主要在西溪的南靖县和平和县; 畜禽养殖主要是上游龙岩新罗区的生猪养殖．
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