東遼河四雙大橋斷面污染物通量估算

東遼河四雙大橋斷面污染物通量估算

隨著我國水環(huán)境問題的加劇，跨行政區(qū)域河流污染事件頻發(fā)，不僅使人們喝得高興，而且還造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，影響了社會(huì)穩(wěn)定。因此，對(duì)流域內(nèi)邊界段污染物的總量研究非常重要。作為流域污染物總量控制的基礎(chǔ),其可為跨界流域的水環(huán)境管理提供必要參考。目前,國內(nèi)外學(xué)者已從不同角度對(duì)各流域污染物通量估算進(jìn)行了研究與探討。依據(jù)河流年內(nèi)徑流量的變化,河流年內(nèi)分為豐水期、平水期、枯水期3個(gè)水期,各水期的河流污染負(fù)荷的主要來源、相對(duì)降雨強(qiáng)度及水質(zhì)水量相關(guān)關(guān)系等不同,可作為污染物通量估算方法選擇的依據(jù)。筆者采用Webb等所構(gòu)造的5種常用時(shí)段通量估算公式,根據(jù)河流的3個(gè)水期將一年劃分為3個(gè)相應(yīng)時(shí)段,在3個(gè)水期各自特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,分析并選擇各水期的合適方法對(duì)東遼河四雙大橋斷面的污染物通量進(jìn)行估算,并以此作為東遼河的分水期通量估算方法。1遼寧康平流域降水特征東遼河發(fā)源于吉林省遼源市薩哈嶺,流經(jīng)遼源、梨樹、公主嶺、雙遼及遼寧省西豐、圖昌等市縣,在遼寧省康平縣三門郭家與西遼河匯合,全長(zhǎng)406km,其中吉林省境內(nèi)長(zhǎng)321km,流域面積10136km2,河道比降0.5‰。流域降水受季風(fēng)影響年變率較大,年內(nèi)降水量分配不均。吉林省污染源普查結(jié)果顯示,吉林省地區(qū)農(nóng)業(yè)面源對(duì)流域內(nèi)河流污染物負(fù)荷的貢獻(xiàn)率已經(jīng)超過50%。2學(xué)習(xí)方法2.1通量估算公式目前,Webb等所構(gòu)造的5種常用時(shí)段通量估算公式被研究者們所普遍采用,富國等已較為詳細(xì)地分析了5種估算方法的應(yīng)用取向,其公式及應(yīng)用范圍詳見表1。2.2河流污染物負(fù)荷及河流水質(zhì)水量相關(guān)關(guān)系分析河流年內(nèi)徑流量一般受氣候、土壤結(jié)構(gòu)、地表植被、地形地貌等自然條件和流域內(nèi)人類活動(dòng)的共同影響。根據(jù)河流水文特征,按年內(nèi)徑流量的大小可將河流全年分為豐水期、平水期、枯水期,據(jù)此可將河流一年劃分為豐水期、平水期、枯水期3個(gè)對(duì)應(yīng)時(shí)段,則河流的年時(shí)段污染物通量估算表達(dá)式為:年通量=豐水期通量+平水期通量+枯水期通量。其中各水期的污染物通量估算最優(yōu)方法在上述5種常用方法中選擇。河流中的污染物來源為流域內(nèi)點(diǎn)源污染、面源污染及河流本底值,其中點(diǎn)源污染負(fù)荷常年固定排放,面源污染則與流域地表情況、降雨等關(guān)系密切,污染物負(fù)荷的主要來源(包括點(diǎn)源、面源或點(diǎn)源-面源混合型)不同時(shí),污染物濃度與徑流量變化的關(guān)系不同,因此河流水質(zhì)、水文數(shù)據(jù)及水質(zhì)水量相關(guān)關(guān)系可直接影響其污染物通量估算方法選擇和估算結(jié)果,對(duì)河流污染物通量估算方法的選擇及其結(jié)果有著重要意義。筆者從河流污染物負(fù)荷的主要來源、水質(zhì)水量相關(guān)關(guān)系、相對(duì)降雨強(qiáng)度、結(jié)冰作用幾個(gè)方面對(duì)河流各水期污染物通量估算方法的合理性進(jìn)行分析,以確定各水期內(nèi)合適的估算方法。東遼河流域?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候,夏季多雨,冬季寒冷干燥。河流豐水期集中在夏季,降雨充沛,徑流量占全年總徑流量的比例大且有暴漲暴落、波動(dòng)范圍大的特點(diǎn),水期較短,一般只有2～3個(gè)月,水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有限,因此分析其濃度與流量關(guān)系的意義不大,結(jié)合豐水期特點(diǎn)和流域地區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染較重的情況,認(rèn)為豐水期河流污染物負(fù)荷以面源占優(yōu),在計(jì)算過程中采用以強(qiáng)調(diào)時(shí)段總徑流量且以面源占優(yōu)的方法5來估算最合適。平水期降雨強(qiáng)度較弱,水期較長(zhǎng)且常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較多,但河流污染物負(fù)荷來源不明顯,不能簡(jiǎn)單地判斷為點(diǎn)源或面源占優(yōu),因此需要結(jié)合平水期水質(zhì)水量相關(guān)關(guān)系及其與豐水期和枯水期的相對(duì)降雨強(qiáng)度來確定合適估算方法?？菟诙嗉性诙?流量很小且波動(dòng)范圍不大,水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也有限,由于水期內(nèi)降雨降雪帶來的面源污染很小,可認(rèn)為其污染物負(fù)荷主要來源于河流點(diǎn)源,其污染物通量估算采取方法3最為合適。此外,冬季枯水期由于河水結(jié)冰進(jìn)入冰封期,其最小流量取決于冰封期初期河流流量的大小。若初期河流流量小則會(huì)發(fā)生斷流,需要說明,估算公式中的K值為有流量時(shí)間短的轉(zhuǎn)換系數(shù)。320水文水質(zhì)狀況選取東遼河四雙大橋斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較多的2007年進(jìn)行通量估算,估算因子為CODcr和NH3-N。東遼河在2007年屬于偏枯水年,其中7～8月為豐水期,3～6和9～10月為平水期,其余為枯水期。2007年東遼河四雙大橋斷面水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如表2所示。各水期徑流量占年徑流量比例中枯水期、豐水期、平水期分別為13.6%、38.9%、47.5%。3.1東遼河四雙大橋斷片濕地?cái)嗔褞廴疚锿抗浪憬Y(jié)果2007年東遼河四雙大橋斷面豐水期和枯水期徑流量分別占年徑流量的38.9%和13.6%。按照不同時(shí)期所選擇的估算方法,經(jīng)計(jì)算得到豐水期污染物通量:CODcr為1324.6t,NH3-N為69.5t;枯水期污染物通量:CODcr為243.6t,NH3-N為20.6t。其中由于枯水期內(nèi)1～2月無水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),但1、2、12月為冰封期,未出現(xiàn)斷流且水量波動(dòng)范圍較小,故估算時(shí)采用與其月均流量近似的12月數(shù)據(jù)。2007年東遼河平水期為期6個(gè)月,徑流量占年徑流量的47.5%,總徑流量和平均月徑流量分別是豐水期的1.22倍和0.41倍、枯水期的3.49倍和2.33倍。運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)平水期CODcr、NH3-N的濃度與流量進(jìn)行相關(guān)性分析,Pearson相關(guān)系數(shù)(95%顯著性水平下,樣本數(shù)為5)分別為-0.005和-0.186,即相關(guān)性不顯著。結(jié)合平水期河流污染物通量估算方法選擇依據(jù),由于同等時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)降雨量越大,面源污染對(duì)河流污染負(fù)荷越大。與豐水期相比,平水期平均月降雨量,降雨強(qiáng)度和降雨密度也小,則面源負(fù)荷減弱,且與枯水期相比,平水期點(diǎn)源負(fù)荷的流達(dá)率較高,因而點(diǎn)源負(fù)荷加強(qiáng)。用方法1到方法5對(duì)平水期CODcr和NH3-N通量分別進(jìn)行估算(表3),可見強(qiáng)調(diào)點(diǎn)源占優(yōu)的方法3估算結(jié)果大于方法1,強(qiáng)調(diào)面源占優(yōu)的方法4估算結(jié)果大于方法2,則時(shí)間離散相為正,而以強(qiáng)調(diào)總徑流量和以面源占優(yōu)的方法5估算結(jié)果低于方法4和方法2。綜上分析,可以認(rèn)為平水期點(diǎn)源相對(duì)占優(yōu),使用方法3的估算結(jié)果更合適。綜合3個(gè)水期污染物通量估算結(jié)果,可以得出2007年東遼河四雙大橋斷面CODcr和NH3-N的全年通量分別為3323.7t和278.3t。表4為各水期通量及全年通量估算結(jié)果。3.2該研究篩選方法的估算結(jié)果用5種常用方法估算了2007年東遼河四雙大橋斷面通量,并將其估算結(jié)果與該研究篩選的方法進(jìn)行對(duì)比,用R代表2種結(jié)果的相對(duì)誤差,R=(5種常用方法估算結(jié)果-該研究篩選方法估算結(jié)果)/該研究篩選方法估算結(jié)果*100%。具體情況列于表5?？梢钥闯?該研究篩選方法的估算結(jié)果高于常用的5種方法,CODcr的相對(duì)偏差在-9.7%～-20.0%之間,NH3-N的相對(duì)偏差在-6.1%～-24.5%之間。在不考慮該研究篩選方法估算結(jié)果的情況下,方法3的估算結(jié)果是常用的5種方法中最可信的。5種方法中方法3的R最小,該研究篩選方法的估算結(jié)果與方法3的估算結(jié)果接近且較大,原因在于對(duì)豐水期通量估算考慮到面源負(fù)荷占優(yōu)的影響。綜上所述,與采取5種常用方法中的某一種估算結(jié)果作為河流年時(shí)段內(nèi)污染物通量相比,該研究依據(jù)2007年東遼河水期將其劃分為3個(gè)時(shí)段,分別選擇合適的方法所估算出的污染物通量具有更高的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。4污染物通量估算(1)東遼河豐水期內(nèi)污染物負(fù)荷以面源占優(yōu),且水期短、徑流量大,方法5最適合其水期的通量估算。(2)枯水期污染物負(fù)荷主要來自于河流點(diǎn)源污染,方法3最適合估算其污染物通量,考慮冬季枯水期有無結(jié)冰導(dǎo)致的斷流現(xiàn)象,公式中以K值代表實(shí)際有流量時(shí)間段的轉(zhuǎn)換系數(shù)。(3)平水期依據(jù)其水質(zhì)水量