长江、嘉陵江重庆主城区段悬浮泥沙与总磷浓度相关性分析

罗以生，吕平毓，陈 虎

（1.长江水利委员会 长江上游水文水资源勘测局，重庆400014；2.重庆交通大学 河海学院，重庆400074）

三峡工程改变了部分长江水文情势，对库区、长江中下游及河口地区的生态、环境将产生不同程度的影响［1］。重庆市位于长江上游，三峡回水区末端，江段总体水质可满足国家地表水标准Ⅲ类标准，但总磷、总氮浓度却普遍较高。三峡水库成库后，对库区而言水环境条件的改变已经引发新的生态与环境问题［2－4］。水库蓄水后，库区的部分支流、库汊由于受回水顶托的影响，水深增加，流速变缓，进入水体的氮、磷等营养物质发生富集，极易引起水体富营养化。泥沙尤其细颗粒泥沙作为水体中营养性污染物迁移转化的一个重要载体，将会对水体中的营养性污染物浓度产生重大影响。总磷和总氮作为衡量水体富营养化程度的两个重要指标，研究库区泥沙对总磷和总氮的影响有重要意义。为研究总磷污染物浓度与泥沙含量的关系，采用重庆主城区长江、嘉陵江江段2010年主要代表监测断面悬浮泥沙和总磷逐月监测数据，对长江、嘉陵江重庆主城区段悬浮泥沙与总磷浓度进行相关性分析。

1 监测断面与试验方法

1.1 监测断面

根据重庆主城区长江段和嘉陵江段的自然环境特征、库区水文情势和社会经济发展特点，选取长江干流寸滩、嘉陵江北碚2个代表断面进行分析。寸滩断面为重庆市主城区长江干流出境监测断面，位于重庆市江北区寸滩镇，处于长江和嘉陵江汇合口下游7km处；北碚断面为重庆市北碚区嘉陵江出境监测断面，位于重庆市北碚区朝阳桥下游3km。分析时段为2010年1月至12月。监测数据采用分析时段内各监测断面每月1次的常规水环境监测数据。

1.2 试验方法

地表水环境质量标准特定项目分析方法（GHZB1－1999），采用钼酸铵分光光度法测定总磷含量。分别测量清样和浑样中的总磷浓度，清样是浑水样通过0.45μm的滤膜过滤得到。根据河流泥沙颗粒分析规程SL42－92，分析悬浮泥沙的含量［5－6］。

2 悬浮泥沙与总磷浓度相关性分析

2.1 含沙量、总磷含量变化分析

为系统地研究重庆主城区两江河段悬浮泥沙与总磷浓度关系，更有效地控制水污染，本文采用2010年1月至12月长江上游水环境监测中心对长江寸滩以及嘉陵江北碚断面水体中总磷浓度与悬浮泥沙的监测成果，进行试验分析，断面含沙量与浑样、清样总磷浓度变化见图1。从图中可以看出，泥沙的存在对水体中的总磷浓度有着不同程度的影响。

图1 断面含沙量与浑样、清样总磷浓度变化图

含沙量：寸滩与北碚断面的整体变化趋势相近，汛期水样含沙量较大，枯季悬浮泥沙含量较小，呈现出明显的季节变化特征。沙量的年内分配不均，泥沙往往集中在汛期6～10月。汛期沙量占全年的90%左右，其中8～9月来沙更集中，占全年的70%以上，由于寸滩断面来水量较大，悬浮泥沙含量整体大于北碚断面，见图1（a）。

总磷：浑样的整体变化趋势与含沙量相近，在来沙量集中的6～10月总磷含量增加幅度较大，呈现出比较明显的季节变化趋势，清样的浓度变化没有浑样明显，整体趋势变化平缓，两断面浑水样总磷浓度比清水样浓度均高出1倍左右，而且长江干流断面上总磷浑水样与清水样浓度与北碚断面相比，浓度值较大，见图1（b）、（c）。由此可见，悬浮泥沙与总磷浓度有着较为一致的季节性变化趋势。因此，在有限的试验条件下，研究悬浮泥沙与总磷浓度的相关关系有着更大的应用价值，能较好地反映出泥沙对水体富营养化的影响关系。

2.2 含沙量与总磷的相关分析

图2为重庆主城区长江干流寸滩断面浑样和清样TP浓度与含沙量在不同水期的相关性分析结果。结果表明，寸滩断面的TP浓度与含沙量呈现良好的线性关系。在枯水期时，含沙量增加，清样TP浓度呈现增加趋势；在丰水期时，悬浮泥沙浓度与TP浑样浓度成正相关关系，与清样浓度成负相关，污染物TP的浑样浓度与含沙量的线性相关关系要优于清样浓度，含沙量的变化对清样浓度影响相对较小，这有可能是受到水情的影响。由于在丰水期，含沙量高，河流水量较大，水体稀释能力提高，因而水体污染物浓度依然维持在一定的水平或者低于枯水期和平水期，清样浓度的变化程度远低于含沙量的变化程度。

嘉陵江干流北碚断面浑样和清样TP浓度与含沙量的相关性分析结果表明，污染物TP浓度与含沙量呈现一定的线性相关关系，枯水期悬浮泥沙与TP清样与浑样浓度成负相关，丰水期悬浮泥沙与TP浑样浓度成正相关，见图3。枯水期TP清样与含沙量相关性较好，丰水期TP浑样与含沙量相关性较好。丰水期时，地表的水土流失严重，水样中泥沙含量较高，由于泥沙中吸附大量的有机磷、无机磷，泥沙含量高低直接影响总磷的测定结果。

根据各个断面的数据，拟合出含沙量与污染物TP浑样浓度之间的经验关系式，发现断面都符合Y＝aX＋b的关系式，其中Y表示污染物TP浓度，X表示含沙量。各断面的具体经验公式见表1。

图2 寸滩断面含沙量与浑样、清样TP浓度的相关性分析图

图3 北碚断面含沙量与浑样、清样TP浓度的相关性分析图

表1 断面水样泥沙、总磷浓度相关性模拟

在丰水期时，随着悬浮泥沙含量的升高，水样中的总磷也逐渐升高，泥沙含量与总磷的浓度可以用线性关系和对数关系进行模拟。从模拟结果来看，TP浑样浓度与含沙量相关性较好，丰水期，水样泥沙含量高时，线性相关性比对数相关性好。枯水期，泥沙含量低时，对数相关性比对数相关性好。

3 结论

（1）从分析数据可以看出，在汛期，随着水样中泥沙含量的增加，样品总磷的测定值逐渐升高。过滤清样的总磷浓度远远低于全沙浑样的浓度，这说明泥沙中的磷含量对水中总磷作了主要贡献，地表水中泥沙含量的高低将直接影响总磷含量的高低。

（2）断面的含沙量和总磷浑样浓度的整体变化趋势相近，含沙量年际变幅很大，呈现出明显的季节变化特征，沙量的年内分配不均，泥沙往往集中在汛期6～10月。

（3）污染物TP的浑样浓度与清样浓度和含沙量呈现线性相关关系，含沙量的变化对TP浓度有一定的影响，泥沙是影响地表水总磷含量的重要因素。

（4）样品中泥沙含量对于真实反映水质有重要影响，由于水样中泥沙自然沉降造成悬浮物分布不均，将极大影响监测数据，建议有关部门在制定地表水中总磷的测定标准时，采用合理的自然沉降时间分析样品，真实反映水质的优劣。

［1］长江水利委员会.三峡工程生态环境影响研究［M］.湖北：湖北科学技术出版社，1997：32－33.

［2］方子云.长江流域水环境的主要问题、原因及对策［J］.长江流域资源与环境，1997，6（4）：346－349.

［3］蔡庆华，胡征宇.三峡水库富营养化问题与对策研究［J］.水生生物学报，2006，30（1）：7－11.

［4］胡征宇，蔡庆华.三峡水库蓄水前后水生生态系统动态的初步研究［J］.水生生物学报，2006，30（1）：1－6.

［5］禹雪中，廖文根，吕平毓，等.三峡库区泥沙对主要污染物作用研究［M］.北京：科学出版社，2010：22－56.

［6］王晓青，吕平毓.地表水泥沙与总磷测定值的相关性分析［J］.环境监测管理与技术，2007，19（1）：45－47.