漓江水质的演变规律.pdf

为了探究漓江水质的演变规律促进其污染防治工作的高效开展基于 年至 年漓江溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮月手工监测断面数据从三个角度 水质因子浓度变化、水质类别变化、水质因子未来变化趋势对漓江水质演变规律进行了研究 结果表明漓江溶解氧浓度呈现以年为单位的基本周期性变化其值整体呈增大趋势从其判断水质类别都在类以上漓江高锰酸盐指数频繁起伏整体呈下降趋势从其判断水质类别绝大部分为类漓江氨氮、总磷浓度整体明显呈下降趋势从漓江氨氮判断水质类别都为类从漓江总磷判断水质类别大部分为类漓江总氮浓度与预测值都呈下降趋势从其判断水质类别主要为类说明总氮是漓江的污染指标关键词 漓江水质 演变规律 水质因子浓度 水质类别 预测桂林山水以“山青、水秀、洞奇、石美”闻名遐迩自古享有“桂林山水甲天下”的美誉 韩愈的诗句“江作青罗带山如碧玉簪”描绘了桂林山水的灵动之美 桂林山水之魂在于漓江漓江生态环境保护工作备受国家的关怀与重视 年 月时任国务院副总理的邓小平同志陪同加拿大总理特鲁多来到桂林当邓小平同志亲眼看到漓江被工厂废水严重污染时他心情很沉重他语重心长地对随同的地方领导人说:“桂林是世界著名风景文化名城保护好桂林山水不受污染是桂林的一项重要工作 不论是发展工业也好搞好城市建设也好都不要忘了这一点 你们为了发展生产如果把漓江污染了把环境破坏了是功不抵过!”随后国务院颁发了尽快恢复并很好保持桂林山水甲天下本文系桂林学院漓江文化研究 类项目“漓江流域旅游生态发展研究”(编号:)、广西高等教育本科教学改革工程 类项目“基于应用创新能力培养的数学专业常用统计方法与实训翻转课堂教学模式的构建与实践”(编号:)、广西高校中青年教师科研基础能力提升项目“基于四舍五入数据的统计推断与应用”(编号:)成果唐美燕桂林学院讲师主要从事数理统计研究 李勇刚桂林学院副教授主要从事组合设计及编码理论研究黄伟林:还地球绿水青山 纪念邓小平漓江环保讲话 周年当代广西 年第 期桂学动态的风貌的决定要求广西壮族自治区党委、政府尽快采取切实措施治理漓江 年 月习近平总书记在广西考察时指出:“要全力保护好桂林山水继续做好当地生态环境修复治理工作特别是要抓好漓江流域生态环境保护让这一人间美景永续保存下去”年 月习近平总书记来到桂林市阳朔县漓江杨堤码头听取漓江流域综合治理、生态保护等情况汇报时他强调要推动漓江流域生态环境持续改善、推动生态系统持续优化、推动漓江整体功能持续提升强调漓江是大自然赐予中华民族的一块宝地一定要呵护好为深入贯彻落实习近平总书记关于漓江保护的重要指示切实增强桂林市人民科学保护漓江的思想自觉和行动自觉经桂林市人大常委会审议决定从 年起将每年的 月 日设立为“漓江保护日”漓江生态环境保护工作任重道远衡量漓江生态环境质量的一项重要指标之一是水质 研究漓江水质的演变规律有助于制定预防、治理漓江水质的科学方案从而强有力地促进漓江水质污染防治工作的高效开展整体提升漓江生态环境质量 因此开展漓江水质演变规律的研究是一项必要且非常有意义的工作 许景璇、代俊峰利用 年至 年漓江上游高锰酸盐指数、氨氮、总磷的年断面监测数据从水质类别变化、综合污染指数方面分析了漓江水质的演变趋势得到漓江上游的水质状况良好、综合污染指数平均值总体呈下降趋势的结论文中利用 年至 年共 个漓江流域年断面监测数据进行漓江水质类别变化的研究数据不够细致同时水质类别变化不能具体地揭示水质因子浓度的变化 文建辉、李建等基于 年漓江全年水质数据作主成分分析结果表明漓江流域的水污染主要由生活污水引起其次是农业污水黄宏伟、肖河、王敦球等在 年 月在漓江干流采集表层水样对水样中 种重金属的浓度进行了检测基于检测数据首先得到水样中重金属平均浓度顺序为:其均值都没有超过生活饮用水卫生标准()规定的标准限值且都符合地表水环境质量标准()类水质标准其次得到了漓江流域高浓度重金属的空间分布情况最后采用美国环境保护署推荐的健康风险评价模型对漓江流域重金王念、史竞男、向志强:八桂大地起春潮 以习近平同志为核心的党中央关心广西发展纪实人民日报 年 月 日第 版吴兆飞、闫妍:解放思想深化改革凝心聚力担当实干 建设新时代中国特色社会主义壮美广西人民日报 年 月 日第 版许景璇、代俊峰:漓江上游近年水质的趋势检验分析人民珠江 年第 期文建辉、李建、许睿、银媛媛:基于 技术和线性结构模型的漓江流域水污染状况分析环境监测管理与技术 年第 期桂学研究属引起的健康风险进行了初步评价文中只对 年 月漓江流域重金属的污染特征与其健康风险进行了评价研究时间的跨度不长不够全面 为了增加研究的细致性、多角度性、全面性将基于 年 月至 年 月共 个月有关漓江溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮 的月手工监测断面数据分别从水质因子浓度变化、水质类别变化、水质因子未来变化趋势三个角度研究漓江水质的演变规律 研究时间长达 个月共有五项衡量漓江水质的重要水质因子从三个角度揭示漓江水质的演变规律这些方面共同提升了漓江水质演变规律研究的细致性、多角度性、全面性使得漓江水质演变规律的研究结果更准确、精细从而更有力、更有效地促进漓江水质污染防治工作的高效开展一、漓江水质因子数据 (一)漓江水质因子数据来源通过广西壮族自治区生态环境厅网站的数据中心笔者收集了 年 月至 年 月有关漓江溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮的月手工监测断面数据 其中 年 月、月的水质因子数据为缺失状态通过计算 年 月、月水质因子数据的平均值对 年 月、月的水质因子数据进行补充部分数据见表 表 年 月至 年 月漓江水质因子月手工监测断面数据(部分)年月漓江水质因子(单位:/)年 月.年 月.年 月.年 月.年 月.年 月.年 月.黄宏伟、肖河、王敦球、席北斗、孙晓杰、李洁月、李向奎:漓江流域水体中重金属污染特征及健康风险评价环境科学 年第 期桂学动态续表年月漓江水质因子(单位:/)年 月.年 月.年 月.年 月.年 月.年 月.年 月.(二)水质因子说明溶解氧是指溶解于水中分子状态的氧其是衡量天然水体被污染后降解污染物能力的一个指标 溶解氧的值越高说明水体的自净能力越强 溶解氧对水中生物的生存也有着至关重要的影响当溶解氧浓度低于/时鱼类将难以生存 高锰酸盐指数是度量水体受有机物污染的程度高锰酸盐指数越高说明水体受有机物污染的程度越严重 水体中的氨氮是指氨或铵离子形式存在的化合氮 氨氮含量越高说明水质越差其主要来源于人和动物的排泄物、生活污水、工业污水 氨氮氧化分解消耗水中的溶解氧会使水体发黑发臭影响水生生物的生长 同时氨氮在一定条件下可转化为亚硝酸盐如果人长期饮用含亚硝酸盐的水亚硝酸盐和人体的蛋白质相结合产生一种强致癌物质硝酸铵这将严重影响人类的身体健康 总磷主要来自生活污水、化肥、有机磷农药及现代洗涤剂所用的磷酸盐增洁剂等过量磷会造成水体污秽异臭 水中各种形态的无机和有机氮的总量称为总氮总氮浓度常被用来表示水体受营养物质污染的程度其值越高表明水体受营养物质污染的程度越深 溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮影响水质的标准依据地表水环境质量标准()这 项水质因子影响水质的具体标准如表 国家环境保护总局、国家质量监督检验检疫总局:地表水环境质量标准北京:中国标准出版社 年第 页桂学研究表 所选 项水质因子的地表水环境质量标准水质类别范围项目类类类类类劣类溶解氧(/).).)高锰酸盐指数(/)()氨氮(/).(.(.(.(.()总磷(/).(.(.(.(.(.)总氮(/).(.(.(.(.()二、探究漓江水质的演变规律 (一)漓江水质因子浓度变化规律利用 年 月至 年 月关于漓江溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮的月手工监测断面数据分别绘制折线图研究这 项漓江水质因子浓度的变化规律从图 漓江溶解氧浓度的折线图发现 年 月至 年 月漓江溶解氧浓度呈现以年为单位的基本周期性变化上半年溶解氧浓度为下降趋势下半年溶解氧呈上升趋势上下半年溶解氧浓度基本呈对称形式 从趋势线发现 年 月至 年 月漓江溶解氧浓度整体呈增大趋势 年溶解氧月平均浓度为./年溶解氧月平均浓度为./都超过了类水质标准的溶解氧限值./与 年相比 年漓江溶解氧浓度的月平均值提升了.说明漓江水体的自净能力整体很强且存在逐渐增强的趋势图 年 月至 年 月漓江溶解氧浓度的折线图桂学动态由图 漓江高锰酸盐指数的折线图可见 年 月至 年 月漓江高锰酸盐指数呈现频繁起伏、整体呈下降趋势特别是 年至 年 月高锰酸盐指数的折线图明显低于其他三年对应时期的折线图 年漓江高锰酸盐指数月平均值为./年漓江高锰酸盐指数月平均值为./都低于 类水质标准的高锰酸盐指数限值/与 年相比 年漓江高锰酸盐指数月平均值降低了 从漓江高锰酸盐指数整体变化趋势与月平均值变化说明漓江水质达到了 类水质类别且水质呈现逐渐更好的趋势图 年 月至 年 月漓江高锰酸盐指数的折线图由图 漓江氨氮浓度的折线图可知在 年 月至 年 月期间 年 月的漓江氨氮浓度达到最大数值为./恰好等于 类水质标准的氨氮浓度限值./说明从氨氮浓度判断漓江水质类别每月都为类水质状况为优 从图中的趋势线可看到氨氮浓度整体明显呈下降趋势且 年至 年 月氨氮浓度的折线图明显低于其他三年对应时期的折线图计算 年、年漓江氨氮浓度月平均值分别为./、./与 年相比 年漓江氨氮浓度月平均值降低了.这些方面都说明漓江水质呈现迅速变得更好的趋势图 年 月至 年 月漓江氨氮浓度的折线图桂学研究由图 漓江总磷浓度折线图中的趋势线可看到漓江总磷浓度整体明显呈下降趋势计算 年至 年漓江总磷浓度月平均值分别为./、./、./、./都低于 类水质标准的总磷浓度限值./与 年相比 年漓江总磷浓度月平均值降低了.从漓江总磷浓度整体变化趋势与月平均值变化说明漓江水质为类水质类别、水质状况为优且呈现变得更好的趋势图 年 月至 年 月漓江总磷浓度的折线图由图 漓江总氮浓度折线图中的趋势线可知 年 月至 年 月漓江总氮浓度整体呈下降趋势说明漓江水质呈现越来越好的趋势计算 年至 年漓江总氮浓度月平均值分别为./、./、./、./从总氮浓度的月平均值表明 年漓江水质属于劣类、年至 年漓江水质属于类表明总氮是漓江的污染指标需要关注与加强总氮污染的治理图 年 月至 年 月漓江总氮浓度的折线图 (二)漓江水质类别变化规律依据地表水环境质量标准()以年为单位对漓江一年中桂学动态 个月的水质类别进行统计分析以此探究漓江水质类别变化规律 文中基于 年 月至 年 月共 年关于漓江溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮的月手工监测断面数据对漓江水质类别的变化规律进行探究由表 可知从漓江溶解氧角度判断漓江水质类别 年至 年漓江水质类别都在类以上特别是 年的 个月漓江水质类别都为类说明 年至 年漓江水质状况为优而且 年漓江水质有明显提高纵观 年至 年漓江水质属于类的月份发现集中在 月至 月因此维持或提高 月至 月溶解氧浓度一定程度上可整体保持漓江水质为优的状态表 由漓江溶解氧月手工监测断面数据统计水质类别年份水质类别个数(单位:个)类类类月份溶解氧浓度最低月份及数值 年 月、月至 月 月:./年 月至 月 月:./年 月至 月 月:./年无 月:/由表 可知从漓江高锰酸盐指数角度判断漓江水质类别 年至 年漓江水质类别都在类以上而且一年中绝大部分月份的漓江水质类别为类说明漓江水体受有机物污染的程度非常小水质状况为优 基于水质类别数目得到 年到 年漓江水质无变化 年到 年漓江水质变差 年至 年漓江水质明显变好而且 年的 个月漓江水质类别都属于类说明 年漓江水质有非常明显的提高 类月份分布在 月、月至 月、月至 月因此维持或降低这些月份高锰酸盐指数一定程度上可整体保持漓江水质为优的状态表 由漓江高锰酸盐指数月手工监测断面数据统计水质类别年份水质类别个数(单位:个)类类类月份高锰酸盐指数最高月份及数值 年 月 月:./年 月 月:./年 月、月、月、月 月:./年无 月:./桂学研究 由图 漓江氨氮浓度的折线图中发现漓江氨氮浓度最高的月份为 年 月数值为./恰好等于类水质标准的氨氮浓度限值./因此从漓江氨氮角度判断漓江水质类别得到 年至 年每月的漓江水质类别都为类水质状况为优由表 可知从漓江总磷角度判断漓江水质类别除 年 月漓江水质类别为类、水质状况为良好外 年至 年其他月份的漓江水质类别都在类以上且一年中绝大部分月份水质类别为类说明漓江水质状况主要为优基于水质类别数目得到 年与 年漓江水质差不多 年与 年漓江水质差不多但 年与 年漓江水质明显比前两年好说明漓江水质有明显提高 年至 年漓江总磷浓度最高月份分布在 月至 月、月因此特别预防这些月份的总磷浓度过高一定程度上可防止总磷成为漓江的污染指标表 由漓江总磷月手工监测断面数据统计水质类别年份水质类别个数(单位:个)类类类类月份总磷浓度最高月份及数值 年无 月:./年无 月:./年 月、月、月、月 月:./年 月、月、月 月:./由表 发现从漓江总氮角度判断漓江水质类别 年至 年漓江水质类别都在类以下表明水质状况有轻度污染、中度污染、重度污染表明总氮是漓江的污染指标 基于水质类别数目得到 年至 年漓江水质在逐渐好转表明按照目前治理漓江总氮污染的力度污染程度在变轻但总氮依然是漓江的污染指标同时表明需要加强治理漓江总氮污染的力度 由 年与 年漓江劣类月份主要集中在上半年说明漓江流域上半年月份总氮污染尤其需要关注与治理需要根据漓江总氮浓度的变化规律制定与实施治理总氮污染的科学措施表 由漓江总氮月手工监测断面数据统计水质类别年份水质类别个数(单位:个)类类劣类劣类月份总氮浓度最高月份及数值 年 月至 月 月至 月 月:./桂学动态续表年份水质类别个数(单位:个)类类劣类劣类月份总氮浓度最高月份及数值 年 月、月、月、月 月:./年 月至 月、月、月 月:./年 月至 月 月:./(三)漓江水质因子未来变化趋势 .污染指标总氮浓度的未来变化趋势通过对漓江水质因子溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮浓度变化规律及其对应水质类别变化规律的探究发现总氮是漓江的污染指标 对总氮浓度未来变化趋势进行预测预测结果有助于合理制定、有效实施治理总氮污染的措施 基于 年 月至 年 月关于漓江总氮的月手工监测断面数据利用统计软件 中的时间序列预测功能采用简单季节性时间序列模型得到了漓江总氮浓度的拟合值与 年 月至 月的预测值 绘制漓江总氮月手工监测断面浓度与漓江总氮月拟合、预测浓度的折线图如图 所示图 漓江总氮月手工监测断面浓度与漓江总氮月拟合、预测浓度的折线图由图 可见漓江总氮月手工监测断面浓度与漓江总氮月拟合、预测浓度的折线图吻合度高说明所采用的简单季节性时间序列模型拟合度较好进而说明预测值可靠合理 年 月至 月总氮浓度的预测值呈现下降趋势说明保持目前治理漓江总氮污染的力度漓江总氮的浓度会呈现下降趋势 年 月至 月总氮浓度的预测值与相应的水质类别如表 所示桂学研究表 年 月至 月总氮浓度的预测值与水质类别年月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月总氮 预 测值(/).水质类别类类类类类类由表 可知从漓江总氮的预测值判断漓江水质类别得到 月至 月、月为类 月、月为类水质类别主要属于类表明按照目前治理漓江总氮污染的力度总氮依然是漓江的污染指标 因此需要加强治理漓江总氮污染的力度根据漓江总氮浓度演变规律科学治理总氮污染提高治理效果、降低治理成本 .总磷浓度的未来变化趋势从漓江溶解氧浓度、高锰酸盐指数浓度、氨氮浓度分别判断漓江水质类别得到 年 月至 年 月漓江水质类别都为类从漓江总磷浓度判断漓江水质类别得到 年 月至 年 月中只有 个月水质类别为类其余的 个月都是类 可见除了漓江的污染指标总氮外从漓江总磷浓度判断漓江水质类别得到的水质类别整体最差 因此有必要对漓江总磷浓度的未来变化趋势进行预测根据漓江总磷浓度的预测结果制定与采取预防总磷变成漓江污染指标的合理措施基于 年 月至 年 月关于漓江总磷的月手工监测断面数据利用统计软件 中的时间序列预测功能采用简单季节性时间序列模型得到漓江总磷浓度的拟合值与 年 月至 月的预测值 同样通过绘制漓江总磷月手工监测断面浓度与漓江总磷月拟合、预测浓度的折线图研究预测模型的拟合度、总磷浓度预测结果的变化趋势折线图如图 所示图 漓江总磷月手工监测断面浓度与漓江总磷月拟合、预测浓度的折线图桂学动态由图 可知 年 月至 年 月漓江总磷月手工监测断面浓度与漓江总磷月拟合、预测浓度的折线图吻合度高说明所采用的简单季节性时间序列模型拟合度较好从而说明预测值合理 由漓江总磷月拟合、预测浓度的折线图可知漓江总磷浓度呈现微小波动整体保持稳定状态说明保持目前预防漓江总磷污染的力度漓江总磷的浓度处于稳定状态若要打破这种稳定使得漓江水质更优则需要加大预防漓江总磷污染的力度 漓江总磷浓度的预测结果与其对应的水质类别如表 所示表 年 月至 月总磷浓度的预测值与水质类别年月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月 年 月总磷 预 测值(/).水质类别类类类类类类由表 可知从漓江总磷浓度的预测值判断漓江水质类别 年 月至 月的漓江水质类别都是类同样说明按照目前预防漓江总磷污染的力度漓江水质类别将稳定在类若要把漓江水质提升到类需要根据漓江总磷浓度的演变规律制定与实施加大预防漓江总磷污染的科学措施结 语根据漓江水质的演变规律有助于制定与实施防治漓江水质污染的科学措施从而全面提升漓江水质、提升漓江生态环境质量 基于 年 月至 年 月共 个月有关漓江溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮的月手工监测断面数据依据地表水环境质量标准()中的标准从三个角度 水质因子浓度变化、水质类别变化、水质因子未来变化趋势对漓江水质的演变规律进行了研究得到漓江水质主要有以下演变规律:第一漓江溶解氧浓度呈现以年为单位的基本周期性变化上半年为下降趋势下半年呈上升趋势上下半年溶解氧浓度基本呈对称形式溶解氧浓度整体呈增大趋势从漓江溶解氧判断漓江水质类别都在类以上类数目呈现增多趋势类月份集中在 月至 月 说明漓江水体的自净能力很强且有逐渐增强的趋势第二漓江高锰酸盐指数为频繁起伏整体呈下降趋势从漓江高锰酸盐指数判断漓江水质类别都在类以上且一年中绝大部分月份的水质类别为类类月份集中在 月、月至 月、月至 月说明漓江水体受有机物污染桂学研究的程度非常小第三漓江氨氮浓度整体明显呈下降趋势从漓江氨氮判断漓江水质类别都为类 从氨氮角度说明漓江水质状况为优且有迅速变得更优的趋势第四漓江总氮浓度整体呈下降趋势从漓江总氮判断漓江水质类别都在类以下一年中大部分月份集中在类以下劣类月份主要集中在上半年 年 月至 月总氮浓度的预测结果呈现下降趋势水质类别主要属于类 从漓江总氮浓度的演变规律说明保持目前治理漓江总氮污染的力度漓江总氮的浓度呈现下降趋势但从未来半年的漓江总氮预测结果表明总氮依然是漓江的污染指标 因此需要根据漓江总氮浓度演变规律加强治理漓江总氮污染的力度科学治理漓江总氮污染提高治理效果、降低治理成本第五漓江总磷浓度整体明显呈下降趋势从漓江总磷判断水质类别个别月份水质类别为类一年中绝大部分月份水质类别为类每年漓江总磷浓度最高月份分布在 月至 月、月 年 月至 月漓江总磷预测值存在微小波动对应水质类别都为类 从总磷浓度角度可知漓江水质状况主要为优除了漓江污染指标总氮外从漓江总磷判断漓江水质类别得到的水质类别整体最差按照目前预防漓江总磷污染的力度漓江水质类别将稳定在类从总磷浓度角度若要把漓江水质提升到类需要从控制总磷来源、降低水体总磷含量两个方面着手依据漓江总磷浓度的演变规律科学制定与实施加大预防漓江总磷污染的措施