修河干流水质现状及变化趋势分析

郎锋祥，蔡 倩，黄晓洁

（江西省九江市水文局，江西 九江 332000）

0 前言

1 现状分析

1.1 评价方法、范围及因子

本文现状分析采用单因子评价法；评价断面共9个，东津水库、宁红大桥、高沙为修河干流上游控制断面；武宁大桥、武宁水厂、西海南码头为中游控制断面；虬津、涂家埠、王家河为下游控制断面。评价因子为pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、挥发酚、生化需氧量、硝酸盐氮、总磷、氟化物、氯化物、六价铬、氰化物、铜、锌、铅、镉、砷、汞共 18项。

单因子评价法是评价时段内参评指标中类别最高的一项来确定该断面的水质类别，也就是用水质最差的单项指标所属类别来确定水体综合水质类别，即依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002），用水质的各监测项目的监测结果对照项目的分类标准，确定其水质类别[1]。

本文现状分析及变化趋势研究的数据均来自江西省九江市水资源监测中心的监测成果。

1.2 评价结果

由表1可知，9个监测断面枯水期 (1～3月、10～12月)、丰水期(4～9月)及全年都在Ⅱ类水以上，水质较好；其中东津水库和西海南码头两个断面3个水期均维持在Ⅰ类水。

由图1、图2、图3可知，高锰酸盐指数变化趋势中，中游段总体浓度相对要高于其他两个河段，其6月份浓度最高，9月份最低；上游段最高浓度也出现在6月份，最低浓度则为3月份；下游段含量最高月份为10月份，最低含量则为2月份。

氨氮变化趋势中，上游段及下游段的最高浓度均出现在1月份，中游段为5月份；3个河段的最低浓度位于10月至12月中；3个河段在上半年的变化幅度较大。

总磷变化趋势中，中游段的整体含量明显高于其他两个河段，其最高浓度出现在1月份，而最低浓度出现在2月份，变化幅度较大；上游段和下游段的最高浓度也均在1月份，下游段的最低浓度在2月份，上游段的最低浓度则在3月份。

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表1 2012年修河干流水质状况表

图1 2012年修河干流高锰酸盐指数变化趋势图

图2 2012年修河干流氨氮变化趋势图

图3 2012年修河干流总磷变化趋势图

1.3 功能区水质达标分析

根据《江西省水功能区划》，修河干流共15个水功能区（一级区不包括开发利用区，下同），其中一级区6个，二级区9个。根据表2可知，2012年修河干流15个水功能区水质全部达标，达标率100%。

表2 2012年修河干流水功能区水质达标状况表

2 趋势分析

2.1 季节性 Kendall趋势检验［2，3］

季节性Kendall检验是Mann-Kendall检验的一种推广，由Hirsch等于1982年提出，并由Smith和Van Belle等做了进一步的修正。该检验是一种仅考虑数据相对排列的非参数检验方法，不受水质资料的非正态性、季节性变化、流量相关、出现漏测值或小于检测限值等的影响。该检验方法的思路是收集多年的监测数据，分别计算各月份(或季节)的统计量S及方差Var(S)，再把各月份(或季节)的统计量相加，计算总统计量。如果季节数和年份数足够大，可通过总统计量与标准正态分布表之间的比较来进行显著性趋势检验。

对于季节性Kendall检验来说，零假设HO为随机变量与时间独立，假定全年监测数据具有相同的概率分布。设有n年P月的水质监测数据序列X为：

式中x11，…，xnP为某月水质组份浓度监测值。

2.1.1 对于第i月(i≤P)的情况

令第i月历年水质序列值相比较(后面的数与前面的数之差)的正负号之和Si为：

由此，第i月内可以作比较的差值数据组个数mi为：

式中ni为第i月内水质数据系列中非漏测值个数。

在零假设下，随机序列Si(i=1，2，…，P)近似地服从正态分布，则Si的均值和方差分别为：均值E(Si)=0；方差σi2=Var(Si)=ni(ni-1)(2ni+5)/18。当ni个非漏测值中有t个数相同，则方差的计算式变为：

2.1.2 对于P月的总体情况

Kendall发现，当n≥10时，S也服从正态分布，并且标准方差Z为：

2.1.3 趋势检验

Kendall检验统计量τ定义为τ=S/m。由此在双尾趋势检验中，对于给定的趋势检验显著性水平α，如果，则接受零假设。这里为趋势检验的显著水平，α值为

通常取显著性水平α为 0.1 和 0.01。 当 α≤0.01时，说明检验具有高度显著性水平；当 0.01＜α≤0.1 时，说明检验是显著的。当α计算结果满足上述两个条件情况下，当S为正时，说明具有显著或高度显著上升趋势；当S为负时，说明具有显著或高度显著下降趋势;当S为零时，则无趋势。

2.2 结果分析(表3)

本文选取修河干流上游控制断面宁红大桥、高沙和下游控制断面虬津、涂家埠、王家河5个监测断面进行水质趋势分析；评价因子选取监测数据的高锰酸盐指数、氨氮、硝酸盐氮3项；评价时段为2005年至2012年。

表3 各站点水质趋势检验结果表

从表3可知，宁红大桥的高锰酸盐指数呈显著下降趋势，氨氮和硝酸盐氮无变化趋势；高沙高锰酸盐指数呈显著下降趋势，而氨氮和硝酸盐氮都呈高度显著上升趋势；虬津的高锰酸盐指数呈显著下降趋势，硝酸盐氮呈显著上升趋势，氨氮无变化趋势；涂家埠硝酸盐氮呈高度显著上升趋势，其他两项无变化趋势；王家河三项指标都无变化趋势。

从总体上看，高锰酸盐指数有下降的趋势，5个断面中宁红大桥、高沙和虬津3个断面是显著下降趋势，涂家埠和王家河2个断面为无变化趋势；而硝酸盐氮的评价中高沙、虬津和涂家埠3个断面为上升趋势，其中有高沙和涂家埠2个是高度显著上升趋势；氨氮的分析中，高沙断面为高度显著上升趋势，其余均无变化趋势。修河干流的入河污染物性质发生改变，影响高锰酸盐指数的还原性物质相对减少，加上水体自净能力，高锰酸盐指数有下降的趋势；但随着含氮化肥的使用频率的增加，加上水体富营养化大趋势的影响，导致氨氮和硝酸盐氮有上升的趋势。

3 结论

（1）修河干流现状水质整体良好，2012年所监测的18个因子的年平均值均达到《地表水水环境质量标准》（GB 3838-2002）中Ⅰ、Ⅱ类标准限值要求；中游段的总磷和高锰酸盐指数浓度值均高于上游段和下游段的浓度；修河干流15个水功能区的水质要求均达标，达标率100%。

（2）采用季节性Kendalll检验法对修河干流的5个主要监测断面进行趋势分析，其中高沙断面的氨氮表现为高度显著上升趋势，高沙和涂家埠2个断面的硝酸盐氮表现为高度显著上升趋势，宁红大桥、高沙和虬津3个断面的高锰酸盐指数表现为显著下降趋势，其余均无趋势变化。

［1］戴润全，臧小平，邱光胜.三峡水库蓄水前库区水质状况研究［J］.长江流域资源与环境，2004，13（2）：124～127.

［2］彭文启，张祥伟.现代水环境质量评价理论与方法［M］.北京：化学工业出版社，2005：151～159.

［3］ 吴坚主.应用概率统计［M］.北京：高等教育出版社，2002：350～351.