德州市水质时空变化特征分析.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023德州市水质时空变化特征分析张洪亮1，尹静章2，章广腾1，边晓南1，高清1（1.德州市水利局，山东 德州 253014；2.德州市水文中心，山东 德州 253014；3.乐陵市水利局，山东 德州 253600）收稿日期：2022-06-16基金项目：山东省省级水利科研与技术推广项目（SDSLKY201703）；国家重点研发计划项目（2016YFC0402809）作者简介：张洪亮（1983），男，德州武城人，高级工程师，主要从事水资源管理工作E-mail：摘要：根据德州市水文局和德州市水资源管理办公室提供的德州市20112019年水质监测数据，采用单因子评价法、综合污染指数法分析德州市水功能区的时空变化特征以及水质影响因素，另采用修正的TSLM法对饮用水水源地水质进行评价。结果表明：德州市地表水功能区20112019年水质总体偏好，水污染现象好转。评价的3个饮用水水源地水体富营养化水平均为贫营养，水质等级为优，全年平均水质状况为清洁，水质满足供水水源地要求。饮用水水源地全年监测结果均符合地表水类水质标准，满足供水水源地要求。河道及水功能区的水体富营养化水平表现不均，其中重要饮用水水源区李家桥闸站输水河道水质基本能满足其功能要求。关键词：水质；时空变化特征；水源地；德州市中图分类号：X824文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.037水污染已经成为限制我国经济可持续发展的主要因素，引起国家和政府的高度关注。通过分析水质时空变化可评价区域水污染改善程度。德州市水环境状况恶劣，如何在经济高速发展的同时保障区域环境质量是当地需要解决的难题。2006年，山东省政府正式出台 山东省水功能区划，划分160个水功能一级区，总规划河长10 101.2 km，湖库水面面积1 497.2 km2。根据 山东省水功能区划，德州市共划分水功能一级区12个，总区划河长992.9 km，其中：保护区3个，区划河长88.1 km，占总区划河长的8.9%；缓冲区1个，区划河长157 km，占总区划河长的15.8%；其余8个为开发利用区，区划河长747.8 km，占总区划河长的75.3%。本文对德州市开展水质时空变化研究，检验德州市水污染治理的成效，采用单因子评价法、综合污染指数法定量评价德州市水体富营养化水平和水生态环境质量状况，以期为当地行政决策者对未来水资源开发利用和保护提供参考。1研究区概况与数据来源德州市气候属暖温带大陆性季风气候，四季分明。全市年平均气温12.9，各县（市、区）年平均气温为12.513.6。年内降水偏少且过分集中，全市年平均降水量547.5 mm，各县（市、区）年平均降水量为509583 mm。光热资源丰富，光照充足，全市年平均无霜期208 d。德州市跨省河流主要有黄河、卫运河、漳卫新河，跨市的骨干排涝河道有马颊河、徒骇河、德惠新河。本文以德州市地表水功能区为研究对象，境内水质监测站点为徒骇河豫鲁缓冲区南营闸站、宫家闸站，马颊河德州饮用水水源区李家桥闸站、大道王闸站，漳卫新河德州饮用水水源区庆云闸站、袁桥闸站。干流河道入境控制测站4处，分别是漳卫运河白庄闸站、马颊河津期店闸站、徒骇河南营闸站、德惠新河王凤楼闸站。对于饮用水水源地，选取位于中心城区的丁东水库、沟盘河水库和大屯水库为代表。选用数据源自20112019年 德州市地表水水质通报。2研究方法（1）单指标评价法也称一票否决制评价方法，即以水质类别最差的参数类别代表该测点的水质类别，该方法采用 地表水环境质量标准（GB 38382002）。（2）选取 pH 值、高锰酸盐指数（CODMn）、重铬酸盐指数（CODcr）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、总砷（AS）为水质评价指标，综合污染指数法表达式如下：（1）pi=ci/si（2）式中：p为综合污染指数，p0.2时水质属清洁-A，0.2p0.4时水质属尚清洁-B，0.4p0.7时水质属轻污染-C，0.7p1.0时水质属中污染-D，1.0p2.0时水质属重污染-E，p2.0时水质属严重污染-F；n为污染物的种类；pi为i污染物的污染指数；ci为i污染物实测浓度平均值；si为i污染物评价标准值，该值采用 地表水环境质量标准（GB 38382002）中的类水标准值。（3）富营养化评价方法。对于水功能区的富营养化评价，采用线性插值法将水质监测项目的值转换成相应赋分值，计算站点富营养化状态指数EI，根据EI值确定其富营养化状态，即0EI20时水体呈贫营养，20EI50时水体呈中营养，EI50 时水体呈富营养，50EI60 时水体呈轻度富营养，60EI80时水体呈中度富营养，80EI100时水体呈重度富营养，EI公式为（3）式中：En为第n个监测项目的赋分值；m为评价项目个数。采用修正的卡尔森指数法（TSLM）对饮用水水源地的水体富营养化状态进行评价1。综合营养状态指数（TLI）30时饮用水水源地的水体呈贫营养，30TLI50时饮用水水源地的水体呈中营养，TLI50 时饮用水水源地的水体呈富营养，50TLI60时饮用水水源地的水体呈轻度富营养，60TLI70时饮用水水源地的水体呈中度富营养，70TLI100时饮用水水源地的水体呈重度富营养。（4）水质模型建立的依据是物质守恒定律和化学反应动力学原理：d d t=-K（4）=0exp（-K）X86.4u（5）式中：为水质污染物浓度，mg/L；0为上游断面污染物浓度，mg/L；K为污染物综合自净系数，1/d；X为上下游断面之间长度，km；u为断面间的平均流速，m/s。（5）功能区纳污能力计算模型：W=31.536（CSe-C0e）QK86.42uX-K86.42uX（6）式中：W为计算单元的纳污能力，t/a；C0为计算单元的上断面污染物浓度，mg/L；Cs为计算单元的水质目标值，mg/L；X为功能区长度，km；Q为计算单元的上断面设计流量，m3/s；u为计算单元的设计流量下的设计流速，m/s。3水质评价结果及趋势分析3.1单因子评价结果对20112019年5个水质监测断面全年水质状况进行评价（见表1），李家桥闸站、大道王闸站水质为类类水，袁桥m 72人 民 黄 河2023年S1表1单因子评价水质时空变化结果站点袁桥闸站李家桥闸站大道王闸站宫家闸站南营闸站2011年2012年2013年2014年2015年2016年2017年2018年2019年闸站水质多为类水，宫家闸站、庆云闸站、南营闸站水质多为类水。根据20112019年各站所监测项目统计主要超标参数及平均超标倍数。南营闸站CODMn平均超标倍数为0.10.5，2月至5月CODMn平均超标倍数较大，为0.41.0；NH3-N平均超标倍数为0.4，35月平均超标倍数为0.5。宫家闸站CODMn平均超标倍数为0.7，最大值出现在7月，7月平均超标倍数为0.8；NH3-N平均超标倍数为 0.42，最大值出现在 7 月，7 月平均超标倍数为0.81。袁桥闸站CODMn平均超标倍数为0.5，最大值出现在9月，平均超标倍数为0.1；NH3-N平均超标倍数为0.3，最大值出现在7月，7月平均超标倍数为0.3。庆云闸站CODMn平均超标倍数为0.4，最大值出现在3月，平均超标倍数为0.7；NH3-N平均超标倍数为0.3，最大值一般出现在7月，平均超标倍数为0.30.6。3.2水体富营养化评价结果（1）水功能区水体富营养化水平大多为中营养中度富营养。重要饮用水水源区李家桥闸站水体富营养化稳定，表现为中营养，河道水质基本能满足其功能要求。大道王闸站的水体富营养化比较严重，20142016年表现为中营养、轻度富营养。王凤楼闸站地处平原县境内，受造纸企业影响较大，企业外排污水中含有较多的污染物，导致水体中的总磷（TP）、TN含量较高，水体富营养化程度偏高。总体来看，20112015年部分水功能区水体的富营养化程度较高，2016年经过治理后水体基本能达到水质标准。20172019年所有监测站点的富营养化水平均保持在稳定范围，集体表现为中营养，水体富营养化逐年改善。（2）丁东水库、沟盘河水库的水源均为黄河水，大屯水库属于南水北调东线一期鲁北段工程，其水源为长江水。选取的德州市3个集中式饮用水水源地富营养化水平均为贫营养，水质等级为优，全年平均水质状况为清洁，全年监测结果均达到地表水类水质标准，水质满足供水水源地要求。3.3综合污染指数评价结果采用综合污染指数法评价20112019年各监测站点的水质时空变化。马颊河李家桥闸站、大道王闸站、津期店闸站水质状况较好，主要是因为该河段为引黄河水河道2，黄河水质较好，河道污染较轻。漳卫新河上游袁桥闸站水质好于下游庆云闸站，袁桥闸站水质状况为轻污染，袁桥闸站2019年与2011年相比水质趋于好转。庆云闸站2019年水质状况为清洁，经对比综合污染指数，与2011年相比趋于好转。上述河道中水污染因子主要是CODMn和NH3-N。从评价结果看，各闸站各项水质指标基本上能达到相应的功能标准，即使有个别的指标超标，但是其超标的倍数较小，水体功能可以得到充分发挥，没有明显的制约因素，水质状况逐年趋于好转。对20112019年德州市各监测站点水质变化进行分析，德州市地表水功能区20112019年水体质量总体表现为逐年上升，水污染现象好转。2013年是整个水体质量好转的拐点年份，2019年以后水质趋于稳定，污染物浓度较2011年有所下降，但下降幅度较小。4结论德州市地表水功能区20112013年度水质偏差，2014年以后水质总体状况好转，20112019年水质总体状况偏好。德州市集中式饮用水水源地水质状况较好，满足供水水源地要求。德州市干流河道入境控制站水质状况相对较差，单指标法评价均为类水，污染物以CODcr、NH3-N、CODMn等有机污染为主。总体来看，德州市水质逐渐改善，未来的经济社会发展中应重点关注水污染防治工作，防治水体水质污染状况反弹。参考文献：1 王明翠，刘雪芹，张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准 J.中国环境监测，2002，18（5）：47-49.2 侯蕾，于新雨，燕振华，等.牟汶河钢城区河段地表水水质评价与变化趋势分析 J.山东农业大学学报（自然科学版），2021，52（4）：670-674.【责任编辑栗铭】5 河北省发展和改革委员会，河北省水利厅，河北省林业厅.河北省永定河综合治理与生态修复实施方案 R 石家庄：河北省发展和改革委员会，2018：35-40.6 王星.潮白河干流北京段河道生态环境需水量研究 D.北京：清华大学，2018：26-35.7 陈丽华，王礼先.北京市生态用水分类及森林植被生态用水定额的确定 J.水土保持研究，2001（4）：161-164.8 薛少欣.永定河砂质河床减渗方案优化研究 D.邯郸：河北工程大学，2020：14-16.9 于龙娟，夏自强，杜晓舜.最小生态径流的内涵及计算方法研究J.河海大学学报（自然科学版），2004（1）：18-22.10 陈竹青.长江中下游生态径流过程的分析计算 D.南京：河海大学，2005：4-6.11 李捷，夏自强，马广慧，等.河流生态径流计算的逐月频率计算法J.生态学报，2007，30（7）：2916-292112 郭利丹，夏自强，李捷.河流生态径流量常用计算方法的对比 J.人民黄河，2008，30（4）：28-30.【责任编辑许立新】（上接第61页）73