洱海西部入湖河流白鶴溪主要污染物時空變化特征分析

1、洱海西部入湖河流白鶴溪主要污染物時空變化特征分析代丹;葛俊;胡小貞;雷坤;龐燕;孔欣;管鶴卿【摘 要】為識別入湖河流對洱海水質(zhì)的影響,2013年9月2014年8月對洱海西部入湖河流白鶴溪進(jìn)行了為期1 a的水質(zhì)監(jiān)測,研究其主要污染物時空變化特征,估算污染物的入湖負(fù)荷量并解析其來源.結(jié)果表明:白鶴溪上游區(qū)和中游區(qū)水質(zhì)較好,平均為GB 38382002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類水質(zhì),下游區(qū)和入湖區(qū)水質(zhì)較差,為類水質(zhì);白鶴溪CODMn(5.101.38)mg/L、NH4+-N濃度(0.870.76)mg/L較低,TN濃度(2.811.24)mg/L、TP濃度(0.260.12)mg/L較高,TN和TP是水質(zhì)

2、污染的主要指標(biāo).白鶴溪主要污染物710月入湖負(fù)荷量最高,占全年入湖負(fù)荷總量的70左右;其次是12月翌年2月,占全年入湖負(fù)荷總量的18左右.雨季白鶴溪CODMn、NO3-N濃度顯著高于旱季(P7.0類類類類類劣類但不黑臭劣類且黑臭1.3.2 污染物入湖負(fù)荷量計(jì)算河流污染物年入湖負(fù)荷量(W)采用時段通量估算方法計(jì)算18，公式如下：(3)式中：Cj為河流水體污染物在j月的瞬時濃度，mgL；Qj為河流j月平均流量，m3s。1.3.3 數(shù)據(jù)處理方法運(yùn)用SPSS 23.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差等統(tǒng)計(jì)分析。2 結(jié)果與討論2.1 白鶴溪水質(zhì)沿程變化白鶴溪沿程15個監(jiān)測點(diǎn)年平均Iwq見圖2(a)。由圖2(a)可知，2

3、0132014年白鶴溪各監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)為GB 38382002類水質(zhì)，平均為類水質(zhì)。從空間分布看，白鶴溪上游區(qū)和中游區(qū)水質(zhì)較好，平均綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)分別為3.5和4.0，為類水質(zhì)；下游區(qū)和入湖區(qū)平均綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)分別為4.5和4.4，為類水質(zhì)。從各水質(zhì)指標(biāo)的Pi變化來看圖2(b)，DO、CODMn和的Pi較低，不超過類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；其次是和DO，多超過類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；TN的Pi最高(6.2)，超過類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。說明TN是白鶴溪水體最主要的污染物，其次是TP和圖2 白鶴溪15個監(jiān)測點(diǎn)年均Iwq與PiFig.2 The Iwq and Pi of 15 samplingsites in Baihexi Riv

4、er圖3 白鶴溪沿程15個監(jiān)測點(diǎn)主要水質(zhì)指標(biāo)年均值變化Fig.3 Variation of annualconcentration of major pollutants in 15 sampling sites in Baihexi River白鶴溪沿程15個監(jiān)測點(diǎn)水質(zhì)指標(biāo)年均變化見圖3。由圖3可知，白鶴溪水體pH為7.508.25，中游區(qū)pH升高，大于8.00；DO濃度為4.697.41mgL，上游區(qū)和中游區(qū)較高，均值大于6.20 mgL，下游區(qū)明顯降低；SS濃度為7.2627.19mgL，沿程呈波動上升趨勢，中游區(qū)和下游區(qū)明顯升高；CODMn為2.196.73mgL，沿程呈逐漸升高趨勢；

5、濃度為0.193.36mgL，沿程變化不顯著，僅在上游區(qū)B3點(diǎn)出現(xiàn)高值(3.36 mgL)；及TP濃度較高，分別為0.662.79、1.065.28和0.040.47 mgL，其沿程變化趨勢相似，表現(xiàn)為上游區(qū)和入湖區(qū)較低，中游區(qū)B3B5點(diǎn)和下游區(qū)B12點(diǎn)明顯升高，可見，流經(jīng)中游區(qū)后TN和濃度明顯升高。從氮形態(tài)看，白鶴溪水體占TN的6.0%63.6%(均值為29.6%)，占TN的32.7%88.7%(均值為55.1%)，這是因?yàn)榘Q溪水體DO濃度平均值為(5.990.75)mgL，pH 為 8.000.27，呈弱堿性，利于硝化反應(yīng)，導(dǎo)致占比較高。總體來看，白鶴溪水體CODMn和平均濃度較低，分別

6、為5.10和0.87 mgL，不是水質(zhì)污染的主要指標(biāo)；而控制及濃度，削減其污染負(fù)荷是改善白鶴溪水質(zhì)的關(guān)鍵。2.2 白鶴溪水質(zhì)季節(jié)性變化根據(jù)洱海流域的實(shí)際情況，2013年910月為旱季，2014年月為雨季，白鶴溪雨季和旱季主要污染物平均濃度見圖4。由圖4可知，雨季白鶴溪CODMn和濃度分別為(5.743.44)和(1.841.31)mgL，顯著高于旱季(4.722.48)和(1.391.10)mg濃度雨季(0.811.51)mgL，旱季(1.011.55)mgL，TN 濃度雨季(3.031.94)mgL，旱季(2.791.94)mgL，TP濃度雨季(0.240.17)mgL，旱季(0.300.2

7、5)mgL在雨季和旱季沒有顯著差異。與濃度變化類似，白鶴溪的Iwq在雨季(4.10.1)和旱季(4.00.2)也沒有顯著差異，說明白鶴溪雨季和旱季水質(zhì)類別差異較小。圖4 白鶴溪雨季和旱季主要污染物平均濃度及IwqFig.4 Average concentrationand Iwq of main pollutants in Baihexi River in wet and dry seasons2.3 白鶴溪主要污染物年入湖負(fù)荷量由式(3)計(jì)算得到白鶴溪主要污染物年入湖負(fù)荷量分別為7.23、4.57、2.61、1.06和0.35 ta，與同時期洱海允許的外源污染入湖負(fù)荷總量(TN為1 150

8、ta、TP為72 ta、CODMn為12 780 ta)19相比較，TN、TP、CODMn分別占0.397%、0.486%和 0.057%?？梢姡O(jiān)測期間白鶴溪污染負(fù)荷輸入對洱海污染的貢獻(xiàn)較小，這主要是因?yàn)楸O(jiān)測期間白鶴溪水量較小(僅為0.024億m3a)，遠(yuǎn)低于多年平均水量(0.082億m3a)，使白鶴溪污染負(fù)荷的輸入對洱海水質(zhì)影響較弱。白鶴溪不同月份主要污染物的入湖負(fù)荷量變化見圖5。由圖5可知，主要污染物710月入湖負(fù)荷量最高，占全年污染物入湖負(fù)荷量的62.3%76.3%；其次是12月翌年2月，占全年污染物入湖負(fù)荷量的12.7%24.2%；其他月份污染物入湖負(fù)荷量相對較低，僅為7.2%15.

9、9%。白鶴溪流域內(nèi)人口密集，生活污水及農(nóng)田退水排放量大，而710月為雨季，降水帶來大量地表徑流入河，使白鶴溪流量增加，加之該時段旅游人數(shù)較多，大理古城旅游污水排放量加大，因而710月污染物入湖負(fù)荷量最高。圖5 白鶴溪主要污染物入湖負(fù)荷量月變化Fig.5 Monthly variations of mainpollutant loads of Baihexi River into the lake2.4 白鶴溪主要污染物來源解析點(diǎn)源污染往往受季節(jié)性變化和降水量影響較小，而非點(diǎn)源污染則隨雨季降雨徑流的增加而明顯增加20-21。河流中某污染物以點(diǎn)源污染為主時，其旱季濃度明顯高于雨季；以非點(diǎn)源為主時，

10、其雨季濃度明顯高于旱季，該規(guī)律可用作判斷污染物主要來自點(diǎn)源還是非點(diǎn)源的依據(jù)22-23?？紤]到白鶴溪水體CODMn和濃度雨季顯著高于旱季(P0.05)，而和TP濃度在雨季和旱季沒有顯著差異，可以認(rèn)為白鶴溪水體CODMn和主要來自非點(diǎn)源污染，而和TP來自點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染的共同輸入，來源較為復(fù)雜。另外，監(jiān)測期間白鶴溪雨季主要水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)分析(表 2)表明：濃度兩兩顯著相關(guān)(P0.01)，說明這些污染物可能有共同的來源；雨季白鶴溪和SS濃度與河流平均流量均呈顯著相關(guān)(P0.05)，說明雨季白鶴溪和SS在很大程度上由降雨徑流輸入。表2 白鶴溪主要水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析Table 2 Correlation

11、analysis results ofwater quality indexes in Baihexi River指標(biāo)流量pHDOSSCODMnNH+4-NNO-3-NTNTP流量1.00pH-0.241.00DO-0.480.581.00SS0.41-0.08-0.301.00CODMn0.63-0.19-0.450.641.00NH+4-N0.05-0.52-0.34-0.120.051.00NO-3-N0.52-0.48-0.110.62-0.100.191.00TN0.28-0.33-0.660.140.050.730.801.00TP0.29-0.52-0.600.560.600.4

12、80.540.721.00注：*表示P0.05；*表示P0.01。從污染物類別來看，由于白鶴溪為山溪型河流，流經(jīng)大理古城和壩區(qū)農(nóng)田，雨季流域地表積累的旅游污水、生活污水、畜禽養(yǎng)殖污水中的污染物隨暴雨沖刷入河，加之農(nóng)田退水將大量 CODMn 和等污染物輸入河道，古城旅游污染、畜禽養(yǎng)殖污水、村落生活污水和農(nóng)田徑流等是白鶴溪的主要污染源，這與萬正芬等24-25的研究結(jié)果基本一致。從污染物的入湖負(fù)荷量來看，監(jiān)測期間白鶴溪水量僅為多年平均水量的29.3%，若按多年平均水量估算，白鶴溪TN的入湖負(fù)荷量可占洱海流域TN入湖負(fù)荷量的2%，可見，白鶴溪氮污染對洱海水質(zhì)影響不容忽視。3 結(jié)論(1)白鶴溪15個監(jiān)測

13、點(diǎn)年平均Iwq表明，白鶴溪上游區(qū)和中游區(qū)水質(zhì)較好，平均為類水質(zhì)；下游區(qū)和入湖區(qū)水質(zhì)較差，為類水質(zhì)。白鶴溪水質(zhì)指標(biāo)年均變化表明，濃度較低(5.101.38)和(0.870.76)mgL，TN、TP濃度較高(2.811.24)和(0.260.12)mgL)，TN和TP是水質(zhì)污染的主要指標(biāo)。(2)白鶴溪主要污染物年入湖負(fù)荷量分別為7.23、4.57、2.61、1.06和0.35 ta，各污染物年入湖負(fù)荷量較低，對洱海水體污染負(fù)荷貢獻(xiàn)較小，主要是因?yàn)楸O(jiān)測期間白鶴溪水量較小。季節(jié)變化上，710月白鶴溪主要污染物入湖負(fù)荷量最高，占全年入湖負(fù)荷總量的62.3%76.3%；其次是12月翌年2月，占全年入湖負(fù)荷

14、總量的12.7%24.2%；其他月份入湖負(fù)荷量相對較低(7.2%15.9%)。(3)雨季白鶴溪水體CODMn和濃度分別為(5.743.44)和(1.841.31)mgL，顯著高于旱季(4.722.48)和(1.391.10)mg濃度雨季為(0.811.51)mgL，旱季為(1.011.55)mgL，TN濃度雨季為(3.031.94)mgL，旱季為(2.791.94)mgL，TP濃度雨季為(0.240.17)mgL，旱季為(0.300.25)mgL，雨季和旱季均沒有顯著差異。白鶴溪水體CODMn和主要來自非點(diǎn)源污染，而和TP主要來自點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染的共同輸入，來源較為復(fù)雜。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】

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