金汇港2006年以来水质状况评价及变化趋势研究

摘要：本文结合区域地表水水质特点，采用综合污染指数对金汇港水质进行评价，计算了其水质污染负荷，并采用spearman秩相关系数法进行水质变化趋势的研究。结果表明，自2006年以来，仅2016年、2017年金汇港水质基本达到水环境功能区目标。金汇港水质的主要污染因子为氨氮和总磷。自2006年以来水质总体呈改善趋势，下游钱桥断面水质改善趋势最为显著。研究表明，综合污染指数法可以准确、全面地评价地表水水质，并为以氮、磷为主要污染物的城市水环境质量的评价提供了参考依据。
关键词：地表水；水质评价；综合污染指数
中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）06-0180-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.108
Abstract： The water quality of Jinhui Port was evaluated using a comprehensive pollution index according to the characteristics of regional surface water quality. The water pollution load was calculated. The spearman rank correlation coefficient method was applied to investigate the tendency of water quality from 2006 to 2017. The results suggest the water quality of Jinhui Port reached recently the target of water environment function zone in the last two years. The main contributors of water pollution were ammonia nitrogen and total phosphorus. The water quality of Jinhui Port has been improving since 2006 and the water quality of Qianqiao section in the downstream showed the most obvious improvement. The resultssuggest that the comprehensive pollution index method can accurately and comprehensively evaluate the surface water quality. This study provides a reference for the evaluation of urban water environmental quality under the threat of nitrogen and phosphorus.
Key words： Surface water； Water quality evaluation ；Comprehensive pollution index
金汇港是奉贤区最大的河流，由北向南贯穿全区，北接黄浦江，笔直南下直通杭州湾，全程21.8km。根据《水污染防治行动计划》（以下简称“水十条”）的要求，金汇港-钱桥断面作为上海20个国家考核断面之一，从2016年开始以消除劣V类为目标，进行了一系列大规模整治工作。根据“水十条”的要求，需对重点整治断面水质进行考核和评估。本文以2006年以来的监测数据为依托评价金汇港水质及其变化趋势。
水质评价是了解水质状况的重要手段，评价结果能为环境管理部门的决策提供科学依据。目前，地表水的评价方法有多种，主要有单因子评价法、综合指数评价法、模糊数学模式评价法、灰色评价法、人工神经网络评价法等[1-5]，其中综合指数评价法根据选择不同的水质因子、赋予不同的权重而衍生出多个评价方法。本文根据上海市地表水污染特征，采用综合污染指数法[6]评价金汇港2006年至今的水质状况及污染特征，同时采用spearman秩相关系数法研究水质变化趋势。
1 水质评价方法
参考《地表水环境质量评价方法（试行）》[7]并根据本区域地表水环境污染特点，选取具有代表性的污染物因子进行评价和分析，包括溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷。依据2016～2017年的监测数据，对金汇港各断面进行定性评价和达标评价，计算各污染因子的污染负荷，并采用spearman秩相关系数法研究水质变化趋势。
1.1 河流概况
金汇港自上游至下游，共设置3个监测断面，分别为金汇闸外、金汇和钱桥，水环境功能区目标分别为Ⅲ类、Ⅲ类和Ⅳ类水质。其中金汇闸外断面位于黄浦江与金汇港的交界口。
1.2 综合污染指数
根据算术平均值法计算综合水质指数P，计算公式为：
式中P为综合水质指数；Pi为单项污染指数；Ci为污染物实测浓度；Si为相应水质类别的标准值；n为参与评价的项目数。溶解氧污染指数：
溶解氧污染指数
Ci为t温度下的溶解氧实测值；C标（t）为t温度下相应水质类别的溶解氧标准值（GB 3838-2002 《地表水环境质量标准》），C标（t）=饱和度标，见表1。
1.3 水质定性评价
對水体的清洁或污染程度进行的评价称为水质定性评价。以《地表水环境质量》[8]III类水质为标准，分别用I、II、III、IV、V类值计算常温（T=25℃）下的综合水质指数，对应水质类别，得到综合水质指数与水质定性评价分级的对应关系见表2。
1.4 污染负荷计算
污染负荷率可以反映不同指标对水体的污染贡献，计算公式：
式中：P为综合水质指数；Pi为单项污染指数；Ki为污染物的污染负荷率。
1.5 水质趋势分析
运用spearman秩相关系数法分析水质趋势分析，该方法是指成对的2个变量数据的散点图呈现出直线趋势时，采用最小二乘法，找到两者间的经验公式，即一元线性回归预测模型。根据自变量的变化，来估计因变量变化的预测方法。
1.6 水质达标评价
对断面（河道、水系）水质是否达到水环境功能区目标值进行的评价称为水环境功能区达标评价。断面水质达标情况判断，是以相应功能区为标准，计算某个断面的综合水质指数P，P>1为超标，P≤1为达标。河流水质达标判断，是以各个断面相应功能区为标准，计算每个断面的综合水质指数，然后对综合水质指数进行平均，P（平均）>1为超标，P（平均）≤1为达标。
2 结果与分析
2.1 水质定性评价
各断面自2006年以来历年的综合污染指数的变化趋势如图1所示。由图可知，金汇闸外和金汇断面自2006以来水质定性评价均为轻度污染，钱桥断面12个年份中有6个年份水质属于轻度污染，另有6个年份水质属于中度污染，中度污染的比例为50%。三断面的综合污染指数总体上均呈下降趋势，表明水质呈改善趋势。金汇闸外断面代表上游黄浦江来水水质，张广强的研究表明，近20年来黄浦江水质有所改善[9]。2006年，金汇港平均综合污染指数为1.53，2017年下降为0.82，下降率达46.4%，水质显著转好。
2.2 污染负荷评价
计算溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷历年的污染负荷，结果显示污染负荷率较大的水质因子为氨氮和总磷（历年污染负荷的平均值分别为23.0%和21.5%），上海环保年鉴表明近年来上海市地表水的主要污染因子也是氨氮和总磷[10]，与本研究结果一致。同时，氨氮和总磷的污染负荷之和，从最高的48.3%（2014年）下降到36.3%（2017年），说明随着近两年奉贤区污水截污纳管率不断提升，氮磷污染的情况有所好转。
2.3 水质趋势分析
2.3.1 金匯港2006～2017年线性回归分析
选取溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷五项水质因子采用spearman秩相关系数法进行水质趋势分析，具体采用2006～2017年三断面的平均值进行线性回归分析。图2为氨氮的年度变化趋势图及线性回归方程。
由图2可见，氨氮浓度在2009～2013年间呈上升趋势，在2013～2017年间显著下降；总磷浓度变化趋势与氨氮基本相同。黄浦江2011～2015年氨氮浓度为0.85～1.69 mg L-1，2015年氨氮浓度与2011年相比，下降了41.9%；同时，黄浦江2011～2015年总磷浓度为0.19～0.30 mg L-1，2015年总磷浓度与2011年相比，下降了31.6% [10]。金汇港水质监测结果与变化趋势与黄浦江水质相吻合。
五项水质因子的回归结果见表3。回归方程中的斜率代表了水质因子的变化率，回归系数代表了回归方程的相关性。
由表3中回归方程的斜率正负不同可知，高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷浓度随时间均呈下降趋势，溶解氧浓度随时间呈上升趋势，水质整体呈好转趋势。具体来看，高锰酸盐指数和五日生化需氧量线性回归方程的相关性较好，两者呈较为稳定的逐步下降趋势；氨氮和总磷的线性回归方程的相关性较差，自2006年以来氨氮和总磷浓度总体呈下降趋势，但在2009～2013年间出现短暂上升态势，影响了线性回归的相关性。
2.3.2 金汇港各断面线性回归分析
金汇港3个监测断面自上游、中游到下游分别为金汇闸外、金汇和钱桥，各断面五项水质因子的回归分析结果如表4所示。回归趋势结果表明，三断面中，各水质因子的变化规律相同，除溶解氧随时间上升之外，其余4个水质因子都呈下降趋势。比较各断面回归方程可知钱桥断面水质参数的变化率最大，显示钱桥断面水质好转趋势最明显，这得益于在钱桥断面沿岸采取的一系列综合整治措施。目前，钱桥断面水质已达到Ⅲ类水标准。
2.4 水质达标评价
金汇闸外和金汇断面的水质功能区目标为Ⅲ类。金汇闸外断面2006-2015年综合污染指数均大于1，断面水质未达标，仅2016年、2017年水质达标。金汇断面2006～2016年综合污染指数均大于1，断面水质仅2017年达标。钱桥断面的水质功能区目标为Ⅳ类，2006年以来，2009～2011年、2014年、2016年和2017年水质达标，达标年份占比50%。相比环保部规定的单因子评价方法[6]，综合污染指数法不是以单个最差的水质因子来判断断面的水质类别，解决了单因子评价无法综合评价断面水质的弊端，从这个层面来讲，综合污染指数法的评价结果更客观和全面。
3 结论
金汇港地表水水质以氮磷污染为主要特点，2006年至今，金汇港全河道水质总体呈好转趋势，近两年水质基本达到功能区目标。可见近10年来开展的四轮“三年环保行动计划”在水环境治理方面取得了显著成效。为进一步巩固水环境治理的成果，奉贤区作为农业大区，仍需不断削减农业面源污染，减少含氮磷的农药化肥的使用量，并不断提高区域内污水的截污纳管率，削减污染物排入量。本文采用的研究方法能够对水质进行定性评价和达标评价，同时判断水体的主要污染因子，可以准确且全面地对地表水水质做出评价。此外，本文采用的研究方法适合应用于以氮、磷为主要污染物的城市水环境质量的评价。
参考文献
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[8]GB 3838-2002，地表水环境质量标准[S].
[9]张广强.上海市内陆地表水常规污染指标相关性研究及应用[D].上海：东华大学，2009.
[10]上海市环保局.2015上海环境年鉴[Z].上海：上海人民出版社，2015.
收稿日期：2018-04-08
作者简介：朱敏（1983-），女，硕士研究生，工程师，研究方向为环境质量监测和评价。