基于小波分析郁江、浔江%28贵港段%29水质特征研究.pdf

第 卷第 期 年 月环境科学与管理 收收稿稿日日期期:基基金金项项目目:广广西西高高校校中中青青年年教教师师科科研研基基础础能能力力提提升升项项目目 郁郁江江、浔浔江江(贵贵港港段段)地地表表水水环环境境治治理理评评价价与与影影响响因因子子研研究究()作作者者简简介介:许许艺艺馨馨()女女 硕硕士士 高高级级工工程程师师 主主要要研研究究方方向向:水水污污染染控控制制与与治治理理 文文章章编编号号:()基基于于小小波波分分析析郁郁江江、浔浔江江(贵贵港港段段)水水质质特特征征研研究究许许艺艺馨馨 全全家家庆庆 吴吴成成 李李双双双双(广广西西物物流流职职业业技技术术学学院院 广广西西 贵贵港港 )摘摘 要要:利利用用 小小波波、小小波波、连连续续小小波波变变换换()对对贵贵港港市市三三个个国国控控监监测测站站水水质质指指标标日日浓浓度度序序列列进进行行分分析析 结结果果表表明明 、年年际际变变化化趋趋势势 月月、月月浓浓度度出出现现高高值值 各各监监测测子子站站有有空空间间差差异异(石石嘴嘴的的 浓浓度度超超标标最最严严重重、火火电电厂厂 浓浓度度不不达达标标最最多多、武武林林渡渡口口 和和 、超超标标次次数数最最多多)、小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 并并且且有有相相同同的的次次周周期期 小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 存存在在为为 个个月月、个个月月的的共共振振周周期期 、以以 个个月月周周期期为为主主 存存在在约约 个个月月的的共共振振周周期期 以以 个个月月周周期期为为主主 说说明明贵贵港港市市地地表表水水水水质质主主要要受受到到农农业业生生产产周周期期性性活活动动的的富富余余氮氮、磷磷营营养养物物和和农农药药残残留留物物等等面面源源影影响响 关关键键词词:水水质质 小小波波 小小波波 连连续续小小波波变变换换()中中图图分分类类号号:文文献献标标志志码码:()():().().:()前前言言贵贵港港市市境境内内所所有有河河流流均均属属于于珠珠江江流流域域西西江江水水系系 主主要要河河流流为为西西江江一一级级支支流流郁郁江江以以及及西西江江干干流流黔黔江江段段、浔浔江江段段 郁郁江江、浔浔江江作作为为广广西西省省主主要要的的粮粮食食生生产产和和水水产产养养殖殖基基地地 长长期期保保持持分分散散式式的的传传统统农农业业生生产产方方式式 大大量量施施用用化化肥肥农农药药和和投投放放各各类类饵饵料料 来来自自农农业业生生产产活活第 卷第 期 年 月许艺馨等基于小波分析郁江、浔江(贵港段)水质特征研究 动动的的富富余余氮氮、磷磷营营养养物物和和农农药药残残留留物物等等面面源源污污染染物物将将成成为为贵贵港港地地区区水水生生态态环环境境长长期期存存在在且且难难以以得得到到有有效效治治理理的的主主要要威威胁胁 现现阶阶段段中中国国华华南南西西江江水水系系污污染染物物变变化化趋趋势势和和成成因因的的研研究究相相对对较较少少 以以贵贵港港市市郁郁江江、浔浔江江为为例例对对华华南南地地区区地地表表水水时时空空分分布布及及成成因因进进行行研研究究 拟拟采采用用小小波波分分析析法法 针针对对污污染染变变化化尺尺度度和和突突变变周周期期进进行行分分析析 探探究究 (化化学学需需氧氧量量)、(五五日日生生化化需需氧氧量量)、(高高锰锰酸酸盐盐指指数数)、(溶溶解解氧氧)、(氨氨氮氮)、(总总磷磷)之之间间的的协协同同作作用用 并并尝尝试试对对污污染染物物进进行行溯溯源源 为为地地表表水水水水质质的的预预测测与与评评价价提提供供新新的的思思路路和和方方法法 以以期期为为相相关关部部门门开开展展水水污污染染防防治治工工作作和和控控制制污污染染物物排排放放提提供供决决策策支支持持 数数据据来来源源郁郁江江、浔浔江江国国控控监监测测站站点点为为 个个 分分别别为为火火电电厂厂(港港北北区区)、石石嘴嘴(桂桂平平市市)、武武林林渡渡口口(平平南南县县)地地理理分分布布如如图图 所所示示 年年 年年国国控控监监测测站站采采测测分分离离数数据据(月月浓浓度度)来来源源于于贵贵港港市市环环境境监监测测中中心心、贵贵港港市市生生态态环环境境局局城城区区监监测测站站 年年 年年国国控控监监测测站站自自动动监监测测数数据据(日日浓浓度度)来来源源于于贵贵港港市市地地表表水水管管理理平平台台(贵贵港港市市生生态态环环境境局局)水水质质按按照照 地地表表水水环环境境质质量量标标准准()标标准准或或对对应应的的标标准准限限值值进进行行判判定定 评评价价方方法法按按 地地表表水水环环境境质质量量评评价价方方法法(试试行行)(环环办办 号号)进进行行 图 郁江、浔江国控监测站分布图 结结果果与与分分析析.小小波波分分析析水水质质污污染染物物时时空空分分布布的的结结果果.小小波波高高频频分分量量 研研究究水水质质污污染染物物时时间间分分布布特特征征基基于于地地表表水水污污染染物物本本身身的的物物理理化化学学特特征征 根根据据水水质质指指标标日日浓浓度度时时间间变变化化趋趋势势的的一一致致性性和和差差异异性性 并并结结合合污污染染源源企企业业的的地地理理位位置置和和排排放放特特点点、农农业业生生产产活活动动规规律律等等因因素素 分分析析污污染染物物的的空空间间分分布布特特征征 尝尝试试对对污污染染物物进进行行溯溯源源 图图 ()为为火火电电厂厂国国控控监监测测站站 年年 年年 、时时间间序序列列高高频频分分量量()重重构构图图 火火电电厂厂监监测测站站隶隶属属于于郁郁江江 地地理理位位置置在在贵贵港港市市北北环环路路以以外外港港北北区区武武乐乐镇镇 周周边边较较多多工工业业厂厂区区 大大型型的的市市控控污污水水排排放放源源为为粤粤桂桂产产业业园园 拥拥有有制制糖糖厂厂、热热电电厂厂、纸纸厂厂、制制浆浆厂厂 火火电电厂厂站站点点 、第 卷第 期 年 月许艺馨等基于小波分析郁江、浔江(贵港段)水质特征研究 、时时间间变变化化趋趋势势较较为为接接近近 大大体体呈呈现现出出三三个个明明显显的的周周期期 对对应应着着 月月、月月浓浓度度出出现现高高值值 周周围围农农作作物物种种植植为为一一年年两两熟熟制制 浓浓度度高高值值对对应应着着农农作作物物生生长长高高峰峰期期 表表明明污污染染源源多多为为农农田田化化肥肥 其其中中 在在 年年 月月浓浓度度出出现现三三年年来来峰峰值值 全全年年波波动动较较大大 无无明明显显周周期期 变变化化不不明明显显 含含量量较较低低 在在 年年 月月出出现现较较明明显显的的波波动动 表表面面地地表表水水中中 元元素素的的存存在在多多以以有有机机氮氮或或硝硝态态氮氮存存在在 在在水水中中溶溶解解氧氧充充足足时时 易易被被硝硝化化菌菌氧氧化化成成硝硝酸酸盐盐 石石嘴嘴国国控控监监测测站站隶隶属属于于浔浔江江 位位于于桂桂平平市市石石咀咀镇镇 周周边边为为农农田田 年年的的市市控控污污水水污污染染源源广广西西金金源源生生物物化化工工实实业业有有限限公公司司、桂桂平平市市长长安安工工业业区区污污水水处处理理厂厂在在距距离离石石嘴嘴监监测测站站约约十十几几公公里里的的浔浔江江上上游游 石石嘴嘴站站点点(图图略略)年年 月月 、有有波波动动同同频频的的浓浓度度高高值值 年年以以后后逐逐渐渐降降低低并并趋趋于于稳稳定定 这这得得益益于于政政府府部部门门对对广广西西金金源源生生物物化化工工实实业业有有限限公公司司、桂桂平平市市长长安安工工业业区区污污水水处处理理厂厂的的严严格格监监管管 污污水水稳稳定定达达标标排排放放 波波动动不不明明显显 在在 年年 月月、月月出出现现较较明明显显的的波波动动 此此时时 充充足足 可可能能来来源源于于有有机机氮氮肥肥的的分分解解造造成成 增增多多 武武林林渡渡口口国国控控监监测测站站隶隶属属于于浔浔江江 位位于于平平南南武武林林镇镇 周周边边均均为为农农田田 上上游游约约 公公里里有有市市控控污污水水排排放放源源平平南南县县科科达达水水务务有有限限公公司司 武武林林渡渡口口站站点点(图图略略)年年 月月 、含含量量相相对对较较高高 波波动动明明显显 同同升升同同降降 说说明明污污染染物物来来源源一一致致 预预计计受受上上游游污污水水排排放放源源和和春春季季农农作作物物施施肥肥影影响响 年年以以来来 、含含量量呈呈现现逐逐年年降降低低的的趋趋势势 年年基基本本没没有有明明显显的的波波动动 水水质质改改善善明明显显 得得益益于于政政府府加加大大力力度度对对企企业业废废水水监监测测与与治治理理的的规规范范化化 (见见图图 )图 火电站污染物指标的高频分量()重构图.小小波波低低频频分分量量 研研究究水水质质污污染染物物空空间间分分布布特特征征图图 为为 小小波波分分解解 的的低低频频分分量量重重构构图图 浓浓度度具具有有明明显显的的区区域域分分布布特特征征和和季季节节性性 三三个个监监控控站站中中 浓浓度度高高值值均均出出现现夏夏季季 月月份份 但但只只有有火火电电厂厂站站点点的的 日日浓浓度度低低于于地地表表水水环环境境质质量量类类标标准准(/)其其中中 石石嘴嘴、武武林林渡渡口口站站点点的的全全年年波波动动幅幅度度较较大大 其其中中石石嘴嘴的的 浓浓度度超超标标次次数数比比武武林林渡渡口口要要多多 但但 年年起起三三个个站站点点均均出出现现了了明明显显的的下下降降趋趋势势 说说明明贵贵港港对对水水环环境境重重点点监监管管工工作作取取得得较较好好的的成成效效 年年 年年 指指标标整整体体表表现现为为武武林林渡渡口口优优于于石石嘴嘴 火火电电厂厂最最差差(图图略略)总总体体规规律律为为夏夏季季 月月出出现现低低值值 夏夏季季高高温温会会引引起起水水体体中中溶溶解解氧氧降降低低 此此外外 水水生生动动物物和和其其他他微微生生物物在在高高温温时时的的耗耗氧氧量量也也增增大大 导导致致水水质质变变差差 第 卷第 期 年 月许艺馨等基于小波分析郁江、浔江(贵港段)水质特征研究 也也存存在在着着明明显显的的空空间间差差异异性性(图图略略)空空间间分分布布表表现现为为武武林林渡渡口口超超标标次次数数最最多多(天天)浓浓度度值值最最高高(/)其其次次为为石石嘴嘴(天天 ./)火火电电厂厂的的 浓浓度度均均达达标标 时时间间变变化化规规律律为为武武林林渡渡口口的的浓浓度度高高值值多多出出现现在在夏夏季季(、月月)和和秋秋季季(月月)石石嘴嘴的的浓浓度度高高值值发发生生在在春春季季 月月 武武林林渡渡口口和和石石嘴嘴水水质质指指标标 在在 年年 年年表表现现较较差差 的的浓浓度度空空间间差差异异性性不不明明显显(图图略略)石石嘴嘴和和武武林林渡渡口口超超标标 天天 火火电电厂厂超超标标 天天 时时间间规规律律表表现现为为夏夏季季波波动动较较明明显显 偶偶有有在在冬冬季季发发生生超超标标 发发生生超超标标的的季季节节在在夏夏季季(月月)居居多多 偶偶有有秋秋季季(月月)这这和和 的的时时间间分分布布相相似似 说说明明 、污污染染物物可可能能均均为为农农田田化化肥肥 但但是是 比比 超超标标程程度度严严重重得得多多 火火电电厂厂、武武林林渡渡口口全全年年单单因因子子超超标标 但但不不做做评评价价 图 地表水 的低频分量()重构图.小小波波分分析析水水质质污污染染物物的的结结果果利利用用 小小波波分分析析对对 年年 年年国国控控监监测测站站自自动动监监测测数数据据 、共共 个个水水质质指指标标日日浓浓度度序序列列 深深入入探探讨讨贵贵港港市市地地表表水水污污染染物物的的变变化化特特征征 贵贵港港市市 、日日均均浓浓度度的的年年际际尺尺度度变变化化、突突变变点点分分布布及及相相位位结结构构可可通通过过小小波波二二维维等等值值线线图图、小小波波方方差差图图呈呈现现(如如图图 所所示示)浓浓度度的的大大小小通通过过小小波波系系数数来来体体现现 小小波波系系数数越越大大意意味味着着浓浓度度值值越越大大 图图 ()小小波波分分析析的的 年年 年年 日日均均浓浓度度数数据据年年际际变变化化趋趋势势与与 小小波波较较为为吻吻合合 在在每每年年丰丰水水期期(月月)出出现现一一年年的的 含含量量最最高高值值 图图 ()小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 次次周周期期为为 、日日均均浓浓度度数数据据年年际际变变化化趋趋势势在在每每年年枯枯水水期期(月月 次次年年 月月)出出现现一一年年的的 含含量量最最高高值值 表表明明水水质质较较好好 小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 次次周周期期为为 日日均均浓浓度度数数据据年年际际变变化化高高值值在在 年年 年年冬冬、春春季季(月月)、年年的的夏夏、秋秋季季(月月)并并且且到到了了 年年水水质质 浓浓度度有有降降低低迹迹象象 小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 次次周周期期为为 、天天 、日日均均浓浓度度数数据据年年际际变变化化与与 相相似似 并并且且到到了了 年年水水质质浓浓度度都都有有降降低低趋趋势势 小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 次次周周期期 原原因因是是丰丰水水期期作作物物季季节节性性生生长长 频频繁繁使使用用化化肥肥、农农药药 继继而而大大部部分分未未吸吸收收的的化化肥肥、农农药药通通过过雨雨水水冲冲刷刷作作用用通通过过径径流流排排入入江江河河水水体体 特特别别是是 、小小波波系系数数图图和和方方差差图图相相似似(图图略略)表表明明污污染染源源同同源源 .连连续续小小波波变变换换()分分析析水水质质污污染染物物结结果果利利用用 软软件件进进行行连连续续小小波波变变换换()分分析析 年年 年年国国控控监监测测站站 个个指指标标化化学学需需氧氧量量 、生生化化需需氧氧量量 、高高锰锰酸酸钾钾指指数数 、溶溶解解氧氧 、氨氨氮氮 、总总磷磷 月月浓浓度度序序列列(采采测测分分离离月月数数据据)的的周周期期特特征征 分分析析了了贵贵港港地地区区各各站站点点的的连连续续小小波波变变换换结结果果 火火电电站站的的水水质质指指标标图图 中中 存存在在第 卷第 期 年 月许艺馨等基于小波分析郁江、浔江(贵港段)水质特征研究 个个显显著著的的共共振振周周期期 分分别别为为 个个月月(年年、年年)个个月月(年年)以以 个个月月(年年)周周期期为为主主 存存在在 个个显显著著的的共共振振周周期期 分分别别为为 个个月月(年年)个个月月(年年)以以 个个月月(年年)为为主主 存存在在 个个显显著著的的共共振振周周期期 为为 个个月月(年年)存存在在 个个显显著著的的共共振振周周期期 分分别别为为 个个月月(年年)个个月月(年年)个个月月(年年)以以 个个月月(年年)周周期期为为主主 存存在在 个个显显著著的的共共振振周周期期 分分别别为为 个个月月(年年)个个月月(年年)以以 个个月月(年年)周周期期为为主主 存存在在 个个显显著著的的共共振振周周期期 分分别别为为 个个月月(年年)个个月月(年年)个个月月(年年)周周期期为为主主 (见见图图)图 尺度为 天的 日浓度小波系数图、小波方差图图 火电站水质指标的功率谱图 石石嘴嘴、武武林林渡渡口口的的水水质质分分析析略略 结结合合可可知知 火火电电厂厂、石石嘴嘴、武武林林渡渡口口 存存在在相相似似的的约约为为 个个月月、个个月月的的共共振振周周期期 各各站站点点出出现现时时段段均均不不相相同同 、存存在在以以 个个月月(年年)周周期期为为主主 还还会会出出现现 个个月月的的次次周周期期 出出现现时时间间不不一一 存存在在相相似似的的约约 个个月月的的共共振振周周期期 分分别别出出现现在在 年年、年年、年年 较较长长的的主主周周期期出出现现在在 年年 年年 以以 个个月月周周期期为为主主 分分别别出出现现在在 年年 年年 主主周周期期发发生生时时段段在在 年年 年年 次次周周期期为为 个个月月 出出现现时时间间不不定定 总总体体来来看看 三三个个国国控控监监测测站站存存在在多多尺尺度度显显著著周周期期波波动动 且且短短周周期期变变化化为为主主 结结束束语语利利用用 小小波波分分析析水水质质污污染染物物时时间间分分布布的的规规律律为为:、年年际际变变化化趋趋势势 月月、月月浓浓度度出出现现高高值值 年年以以后后逐逐渐渐降降低低并并趋趋于于稳稳定定 发发生生污污染染时时水水质质污污染染物物空空间间分分布布表表现现为为:石石嘴嘴的的 浓浓度度超超标标最最严严重重、火火电电厂厂 浓浓度度不不达达标标次次数数最最多多、武武林林渡渡口口 和和 、超超标标次次数数最最多多 采采用用 小小波波分分析析的的水水质质指指标标日日均均浓浓度度序序列列 年年际际变变化化趋趋势势与与 小小波波较较吻吻合合(下下转转第第 页页)第 卷第 期 年 月李德军等水环境污染水平及污染源分布数值模拟研究 污污染染成成因因 进进而而模模拟拟出出污污染染源源的的分分布布情情况况 实实现现污污染染源源分分布布数数值值模模拟拟分分析析 通通过过实实验验分分析析结结果果可可知知 文文章章方方法法的的模模拟拟结结果果与与实实际际结结果果一一致致 评评估估指指标标纳纳什什系系数数与与决决定定系系数数最最高高达达到到了了 和和 这这两两个个数数值值均均接接近近 进进一一步步验验证证了了该该方方法法的的拟拟合合性性较较高高 其其数数值值模模拟拟结结果果可可信信度度较较高高 能能够够为为当当地地河河流流水水环环境境治治理理提提供供科科学学的的参参考考依依据据 参参考考文文献献:马马双双忱忱 于于燕燕飞飞 徐徐涛涛 等等.在在水水环环境境污污染染防防控控方方面面的的应应用用 .工工业业水水处处理理 ():.陈陈鼎鼎豪豪 郑郑文文丽丽 王王骥骥 等等.简简化化一一维维水水质质模模型型在在突突发发水水污污染染事事故故模模拟拟预预测测中中的的应应用用 .环环境境工工程程学学报报 ():.朱朱惇惇 徐徐芸芸 贾贾海海燕燕 等等.三三峡峡库库区区江江段段潜潜在在水水环环境境污污染染风风险险评评价价研研究究 .长长江江流流域域资资源源与与环环境境 ():王王梓梓博博 卢卢文文喜喜 王王涵涵 等等.某某钼钼矿矿尾尾矿矿库库地地下下水水污污染染的的随随机机模模拟拟 .中中国国环环境境科科学学 ():.刘刘娟娟 张张乃乃明明 于于泓泓 等等.沘沘江江两两岸岸耕耕地地土土壤壤重重金金属属径径流流迁迁移移模模拟拟研研究究 .安安全全与与环环境境学学报报 ():.马马巍巍 蒋蒋汝汝成成 周周云云 等等.洱洱海海流流域域水水环环境境问问题题诊诊断断与与水水质质保保护护措措施施研研究究 .人人民民长长江江 ():.王王永永生生 施施琳琳娜娜 等等.乡乡村村地地域域系系统统环环境境污污染染演演化化过过程程及及驱驱动动机机制制研研究究 .农农业业环环境境科科学学学学报报 ():.张张文文凯凯 于于坤坤 李李勇勇志志 等等.河河套套平平原原地地下下水水环环境境质质量量研研究究综综述述及及展展望望 .环环境境化化学学 ():.(上上接接第第 页页)、小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 并并且且有有相相同同的的次次周周期期 小小波波方方差差图图的的主主周周期期为为 采采用用连连续续小小波波变变换换()分分析析得得出出火火电电厂厂、石石嘴嘴、武武林林渡渡口口存存在在多多尺尺度度显显著著周周期期波波动动 且且短短周周期期变变化化为为主主 说说明明贵贵港港市市地地表表水水水水质质主主要要受受到到农农业业生生产产周周期期性性活活动动的的富富余余氮氮、磷磷营营养养物物和和农农药药残残留留物物等等面面源源影影响响 参参考考文文献献:王王亚亚静静 周周继继红红 刘刘畅畅 等等.乌乌东东德德电电站站攀攀枝枝花花河河段段的的水水质质时时空空变变化化特特征征 .资资源源节节约约与与环环保保 ():.周周佳佳楠楠.里里下下河河腹腹部部区区水水质质时时空空变变化化特特征征及及其其原原因因分分析析 .扬扬州州:扬扬州州大大学学 .赵赵贵贵章章 王王淑淑丽丽 李李志志萍萍 等等.基基于于小小波波分分析析的的水水质质变变化化及及预预测测研研究究 以以涡涡河河为为例例 .人人民民珠珠江江 ():.丁丁培培.基基于于小小波波分分析析的的玛玛纳纳斯斯河河流流域域径径流流变变化化特特征征研研究究 .水水利利科科学学与与寒寒区区工工程程 ():.许许艺艺馨馨 赵赵炎炎 莫莫申申萍萍 等等.基基于于小小波波分分析析大大气气污污染染物物浓浓度度序序列列特特征征研研究究 .环环境境科科学学与与管管理理 ():.金金亚亚楠楠.河河流流氮氮磷磷污污染染的的小小波波分分析析及及其其环环境境因因子子定定量量表表征征 .杭杭州州:浙浙江江大大学学 .方方健健梅梅 张张家家琦琦 王王贺贺年年 等等.青青海海湖湖主主要要入入湖湖河河流流 年年径径流流变变化化及及其其对对气气候候变变化化的的响响应应 .西西部部林林业业科科学学 ():.