引黃工程水質(zhì)變化趨勢分析

引黃工程水質(zhì)變化趨勢分析

山西省萬家寨黃工程位于山西省中南部。西起山西省和蒙山西省萬家寨水庫，南至太原，東至大同。這是一項(xiàng)大規(guī)模的流域引水工程，旨在解決山西省水資源短缺的矛盾。該工程從黃河萬家寨水庫取水,分別向太原、大同、朔州三個(gè)城市供水。工程分二期建設(shè),已完工投運(yùn)的一期工程從主水源———萬家寨水庫引水,經(jīng)水工構(gòu)筑物后經(jīng)汾河81km天然河道輸水至太原直接水源———汾河水庫,再經(jīng)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)引水至太原;二期工程正在建設(shè)中,從萬家寨水庫引水,主要負(fù)責(zé)大同、朔州的工業(yè)及生活用水。引黃工程輸水線路總長449.16km,設(shè)計(jì)引水流量48m3/s,年輸水量12億m3,其中向太原市年供水6.4億m3,向大同、朔州供水5.6億m3。本文引用2005~2009年引黃沿線水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù),依據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),對水庫水質(zhì)演變及現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)分析,并采用PWQTrend水質(zhì)污染趨勢模型分析軟件,對引黃沿線水質(zhì)趨勢進(jìn)行預(yù)測。1黃沿線水質(zhì)現(xiàn)狀評價(jià)1.1黃主水源調(diào)查水質(zhì)監(jiān)測評價(jià)范圍包括供水水源和輸水河道。其中,水源包括引黃主水源———萬家寨水庫、太原市直接水源———汾河水庫;輸水河道為汾河上游81km天然輸水河道(選取東寨、寧化堡、靜樂、河岔4處主要控制斷面)。1.2評價(jià)因子的確定根據(jù)引黃沿線水質(zhì)污染源性質(zhì)、類型和有關(guān)飲用水水源水質(zhì)控制項(xiàng)目以及前期的大量調(diào)查結(jié)果確定主要的評價(jià)因子為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)標(biāo)準(zhǔn)中的24項(xiàng),加上《集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目》中硫酸鹽、氯化物、硝酸鹽氮、鐵、錳,共計(jì)29項(xiàng)。1.3評估標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國家及上級有關(guān)部門對生活飲用水水源的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定,選用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)。1.4水質(zhì)評價(jià)依據(jù)采用單因子評價(jià)方法,該方法以監(jiān)測河段為評價(jià)基本單元,將其評價(jià)項(xiàng)目代表值與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)逐項(xiàng)進(jìn)行對照分類,以類別表征各水質(zhì)項(xiàng)目的污染程度,在單項(xiàng)評價(jià)基礎(chǔ)上,選用最高的一項(xiàng)類別代表單元河段的水質(zhì)類別,本次水質(zhì)評價(jià)依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中Ⅲ類水為標(biāo)準(zhǔn),超過Ⅲ類即污染水體,以超標(biāo)倍數(shù)描述污染程度。1.5水質(zhì)量評價(jià)結(jié)果引黃沿線各評價(jià)站點(diǎn)水質(zhì)狀況如表1所示。2水質(zhì)趨勢分析2.1季節(jié)kendall檢驗(yàn)采用PWQTrend軟件進(jìn)行水質(zhì)趨勢分析。該軟件是中國水利水電研究院針對全國水資源綜合規(guī)劃中的地表水水質(zhì)趨勢分析開發(fā)研制,它采用季節(jié)性Kendall檢驗(yàn),該軟件有以下特點(diǎn):(1)適應(yīng)水質(zhì)數(shù)據(jù)的非正態(tài)性;(2)不考慮數(shù)據(jù)大小,只考慮數(shù)據(jù)的排列;(3)未檢出值可以參加統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn);(4)可以消除季節(jié)性對數(shù)據(jù)的影響;(5)消除了地表水水質(zhì)數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)系列存在未檢出值、漏測值、季節(jié)性影響和水質(zhì)數(shù)據(jù)的高度非正態(tài)分布的缺陷。此軟件基于Win2000系統(tǒng),軟件界面友好,方便操作,性能良好,屬于線性無偏估計(jì)。2.2河道水質(zhì)變化的季節(jié)及季節(jié)一般在季節(jié)間比較時(shí)工作一個(gè)時(shí)間季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)的原理是將歷年相同月(季)的水質(zhì)資料進(jìn)行比較,如果后面的值(時(shí)間上)高于前面的值記為“+”號,否則記作“-”號。如果加號的個(gè)數(shù)比減號的個(gè)數(shù)多,則可能為上升趨勢,反之可能為下降趨勢。如果水質(zhì)資料不存在上升或下降趨勢,則正、負(fù)號的個(gè)數(shù)分別為50%,并根據(jù)Kendall統(tǒng)計(jì)法判別上升或下降趨勢的顯著性。眾所周知,河流流量具有一年一度的周期性變化,河流水質(zhì)組分濃度大多受流量的隨機(jī)性變化的影響,因此,將汛期與非汛期的水質(zhì)資料進(jìn)行比較缺乏可比性。季節(jié)性Kendall檢驗(yàn)定義為水質(zhì)資料在歷年相同月份間的比較,這避免了季節(jié)性的影響。同時(shí),由于數(shù)據(jù)比較只考慮數(shù)據(jù)相對排列而不考慮其大小,故能避免水質(zhì)資料中常見的漏測問題,也使奇異值對水質(zhì)趨勢分析影響降到最低限度。2.3參數(shù)選擇根據(jù)近年來汾河上游水質(zhì)現(xiàn)狀評價(jià)結(jié)果,選擇氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、石油類,揮發(fā)酚等五項(xiàng)指標(biāo)作為趨勢分析的參數(shù)。2.4數(shù)據(jù)來源本文采用山西省萬家寨引黃工程管理局中心實(shí)驗(yàn)室對引黃沿線各評價(jià)站點(diǎn)2005~2009年共計(jì)47個(gè)月的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析預(yù)測。2.5水質(zhì)數(shù)據(jù)引黃沿線各評價(jià)站點(diǎn)的五個(gè)重點(diǎn)水質(zhì)評價(jià)項(xiàng)目的歷年水質(zhì)數(shù)據(jù)如表2所示。2.6數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果運(yùn)用PWQTrend軟件分析引黃沿線6個(gè)主要評價(jià)站點(diǎn)重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目的變化趨勢如表3所示。2.7評價(jià)水質(zhì)發(fā)展趨勢的結(jié)果2.7.1分析水源水質(zhì)趨勢2.7.1.水質(zhì)指標(biāo)分析萬家寨水庫高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量均呈高度顯著下降趨勢,氨氮呈顯著下降趨勢,揮發(fā)酚、石油類無趨勢。該段水質(zhì)質(zhì)量良好,水質(zhì)逐步趨于穩(wěn)定,2007年達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),其余四年均達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),其主要原因是近年來萬家寨水庫上游來水及入庫支流水質(zhì)轉(zhuǎn)好,水環(huán)境容量變大。萬家寨水庫是引黃一、二期工程的主水源,其水質(zhì)的好壞在很大程度上決定了太原、大同、朔州等主要城市的用水安全,因此,加強(qiáng)萬家寨水庫的水質(zhì)管理,改善其水質(zhì)是引黃工作的重中之重。2.7.1.水體質(zhì)量分析汾河水庫水質(zhì)良好,高錳酸鹽指數(shù)和氨氮均呈顯著下降趨勢,其余三項(xiàng)指標(biāo)無趨勢。2005~2009年,該段水質(zhì)質(zhì)量均為Ⅱ類。其原因在于水庫上游汾河天然河道沿途具有水體自凈功能,且水庫本身環(huán)境容量大,水體自凈能力強(qiáng)。汾河水庫水質(zhì)優(yōu)良是保證太原市供水安全的關(guān)鍵。2.7.2汾河天然供水河水質(zhì)趨勢分析2.7.2.類別污染和污水廢水排放廢水2005~2009年,東寨段高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、石油類均呈顯著下降趨勢,揮發(fā)酚無趨勢,但該段水質(zhì)仍然偏差,除2007年外,其余四年均達(dá)不到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),2006年為劣Ⅴ類重度污染。究其原因,可能與汾河源頭前期旅游開發(fā)過程中污廢水處理設(shè)施未及時(shí)配套有關(guān),也可能是近年來持續(xù)偏枯,河川徑流顯著減少,污廢水量增加,水環(huán)境容量低下,水體自凈能力下降所致。2007年東寨污水處理廠投入運(yùn)行后情況相應(yīng)好轉(zhuǎn)。2.7.2.鞣景氧化率寧化堡段高錳酸鹽指數(shù)呈上升趨勢,氨氮呈高度下降趨勢,五日生化需氧量、揮發(fā)酚、石油類無趨勢。該段水質(zhì)一般,2005年和2009年達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn),2007年達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),但其余兩年均為Ⅳ類輕度污染。2.7.2.揮發(fā)油酚、石油類靜樂段氨氮呈顯著下降趨勢,高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、揮發(fā)酚、石油類無趨勢。但該段水質(zhì)質(zhì)量較差,五年均為污染水體,2006年和2009年為Ⅴ類重度污染,其余三年為Ⅳ類輕度污染,可能是污水排放量大,治理能力低下,管理不善所致。2.7.2.4.4河流趨勢分析該段石油類呈上升趨勢,氨氮呈下降趨勢,高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、揮發(fā)酚無趨勢。該段水質(zhì)一般,近5年水質(zhì)介于Ⅲ~Ⅳ類之間。3廢水處理效果由表2可以看出,污染物下降趨勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上升趨勢,說明從2005年至2009年,所調(diào)查地區(qū)地表水水污染趨勢已得到很大改善。2007年后各監(jiān)測站點(diǎn)水質(zhì)總體趨好,說明引黃沿線,特別是汾河上游4縣污廢水綜合治理取得了一定效果。2007年后,4縣污水處理廠均投入運(yùn)行,奧運(yùn)、國慶60周年期間污染控制力度加大,山西省煤炭企業(yè)的大整合及小煤礦的關(guān)停等措施得以落實(shí),這些均使水質(zhì)質(zhì)量逐步趨好