近十年淮河流域化学需氧量和氨氮浓度变化特征

嵇晓燕，聂学军，李文攀，孙宗光，陈亚男

(1.中国环境监测总站，北京 100012；2.国家投资项目评审中心，北京 100037)

淮河流域面积约为27 万km2，以废黄河为界，分成淮河和沂沭泗两大水系，流域面积分别为19和8 万km2。涉及湖北、河南、安徽、江苏和山东5省。流域多年平均年降水量为875 mm，多年平均地表水资源量约为595 亿m3。流域降水分布不均，6-8月降水最多，集中了全年的40%～65%。淮河流域总面积占国土面积的2.8%，流域人口却占全国总人口的13.13%[1]。区域经济的快速发展，用水量的增加和污染的加重，造成了淮河流域污染事件频繁发生，对沿淮广大地区的工农业生产和城镇供水安全造成严重威胁[2-7]。 1993年以来，我国的重点流域水污染防治战略从淮河起步，淮河流域是我国第一条进行水污染综合治理的流域，位列“三河三湖”之首，每五年都要重新制定一次淮河流域的水污染防治规划。从“十五”规划开始，在淮河流域全面实行排放水污染物总量核定制度，对主要水体污染物化学需氧量和氨氮实行排污许可证及总量控制制度。“十五”期间，淮河流域水污染物排放量基本保持稳定，但未实现“十五”计划目标[2]。“十一五”和“十二五”以来，淮河流域水污染防治规划的减排重点依旧是化学需氧量和氨氮。近十年的水污染防治工作力度的加强，使得淮河流域整体的地表水环境质量发生了改变，地表水中主要减排指标化学需氧量和氨氮的浓度也发生了变化。

本文采用国家地表水环境质量监测网的监测数据[8]，对近十年淮河流域地表水中化学需氧量和氨氮的浓度变化特征进行初步分析，对于淮河流域的水污染防治工作有着重要的、积极的意义。

1 数据来源与研究方法

采用国家地表水环境质量监测网[8]中淮河流域网2006～2015年有连续月监测数据的48个监测断面进行分析研究。其中淮河干流9个断面，从上游到下游依次为长台关甘岸桥、息县大埠口、淮滨水文站、王家坝、石头埠、蚌埠闸上、沫河口、小柳巷和淮河大桥断面；淮河主要支流23个断面，分布在淮河北岸的洪汝河、沙颖河、涡河、浍河、沱河、新汴河和新濉河7条支流和淮河南岸的浉河、潢河、史灌河、沣河、池河和白塔河6条支流上；沂沭泗水系16个断面。化学需氧量采用重铬酸盐法进行测定，氨氮采用纳氏试剂分光光度法进行测定。

淮河流域地表水资源量、城镇入河排污口化学需氧量和氨氮入河排放量的数据来源于水利部淮河水利委员会发布的《淮河片水资源公报》(2006～2014年)。

采用时间序列法分析污染物浓度的时间变化规律；采用Spearman秩相关系数法分析污染物浓度和排放量的年度变化趋势。

2 水质变化特征

2.1 淮河干流变化特征

2.1.1 年际变化

依次选取淮河干流的长台关甘岸桥、息县大埠口、淮滨水文站、王家坝、石头埠、蚌埠闸上、沫河口、小柳巷和淮河大桥9个断面的化学需氧量和氨氮的监测数据进行分析。淮河干流所有断面化学需氧量和氨氮的年均浓度的变化曲线如图1所示。近十年，化学需氧量年均浓度呈现波动变化，但均满足地表水Ⅲ类水质标准，变化范围为13.9～16.8 mg/L；2010和2011年甚至满足地表水Ⅰ类水质标准，分别为13.9和14.3 mg/L。氨氮年均浓度在2007年略有升高外，总体呈现明显的下降趋势；2006～2009年年均值满足地表水Ⅲ类水质标准，变化范围为0.51～0.83 mg/L；2010-2015年年均值满足地表水Ⅱ类水质标准，变化范围为0.39～0.48 mg/L。采用Spearman秩相关系数法进行分析，化学需氧量年均浓度呈现不显著的下降趋势，而氨氮年均浓度则呈现显著下降趋势。

图1 淮河干流污染物浓度年度变化

采用Spearman秩相关系数法对淮河干流沿程9个断面的化学需氧量和氨氮年均浓度的变化趋势分别进行分析，结果如表1所示。近十年淮河干流有5个断面化学需氧量年均浓度均呈现下降趋势、4个断面呈现上升趋势，淮滨水文站和王家坝断面甚至出现显著上升的趋势；而所有断面的氨氮年均浓度均呈现显著下降趋势。

表1 淮河干流断面污染物浓度年度变化 mg/L

对干流9个断面化学需氧量和氨氮十年平均的浓度值按照从上游到下游的顺序绘制沿程变化曲线，如图2所示。从上游到下游，化学需氧量年均浓度呈现先下降后升高的变化，位于安徽省蚌埠市的蚌埠闸上为最低点，12.5 mg/L；最下游的淮河大桥为最高点，18.0 mg/L。而氨氮年均浓度则呈现波动上升的趋势，从长台关甘岸桥至石头埠呈现上升趋势，石头埠到淮河大桥又呈现波动变化，最上游的长台关甘岸桥为最低点，0.25 mg/L；最下游的淮河大桥为最高点，0.71 mg/L。

图2 淮河干流沿程污染物浓度年度变化

2.1.2 年内变化

淮河干流所有断面化学需氧量和氨氮近十年月均浓度的变化曲线如图3所示。可以看出淮河干流化学需氧量浓度变化和季节没有特别明显的相关性，浓度在14.7～16.7 mg/L之间波动变化。而氨氮浓度则呈现出明显的季节变化特征，6-10月丰水期浓度值较低，在0.28～0.37 mg/L之间；而1-4月枯水期明显高于其他月份，3月份最高为1.01 mg/L。分别分析淮河干流9个断面十年中每年的月度变化，也都呈现同样的特征。

图3 淮河干流污染物浓度月度变化

2.2 淮河支流变化特征

2.2.1 年际变化

采用淮河主要支流的23个断面的化学需氧量和氨氮近十年的监测数据进行分析。淮河主要支流所有断面化学需氧量和氨氮的年均浓度的变化曲线如图4所示。化学需氧量年均浓度呈现波动变化，但均为Ⅳ类水质，变化范围为23.5～29.3 mg/L；2006年最高，2012年最低。氨氮年均浓度在2007年略有升高外，总体呈现明显的下降趋势；2006-2008年均为劣Ⅴ类水质，变化范围为2.15～2.95 mg/L；2009-2011年均为Ⅴ类水质，变化范围为1.59～1.93 mg/L；2012和2013年分别为1.01和1.03 mg/L，均为Ⅳ类水质；2012和2013年分别为1.01和1.03 mg/L，均为Ⅳ类水质；2014和2015年分别为0.80和0.73 mg/L，均满足地表水Ⅲ类水质标准。采用Spearman秩相关系数法进行分析，化学需氧量浓度呈现不显著的下降趋势，而氨氮浓度则呈现显著下降趋势。淮河主要支流化学需氧量和氨氮年均浓度总体的变化趋势与干流相似，但水质均劣于淮河干流。

图4 淮河支流污染物浓度年度变化

采用Spearman秩相关系数法对淮河北岸的洪汝河、沙颖河、涡河、浍河、沱河、新汴河和新濉河7条主要支流和淮河南岸的浉河、潢河、史灌河、沣河、池河和白塔河6条主要支流的化学需氧量和氨氮年均浓度的变化趋势分别进行分析，结果如表2所示。近十年淮河主要支流中，只有浍河和沣河的化学需氧量年均浓度呈现显著下降趋势，洪汝河呈现显著上升趋势，其余6条河呈现不显著下降趋势、4条河呈现不显著上升趋势，洪汝河甚至出现显著上升趋势；而所有支流的氨氮年均浓度均呈现显著下降趋势。从污染物浓度值看，淮河北岸的河流水质劣于淮河南岸河流。

2.2.2 年内变化

淮河支流所有断面化学需氧量和氨氮近十年月均浓度的变化曲线如图5所示。可以看出淮河主要支流化学需氧量浓度变化和季节没有特别明显的相关性，浓度在23.5～27.9 mg/L

表2 淮河主要支流污染物浓度年度变化 mg/L

之间波动变化，均为Ⅳ类水质。而氨氮浓度呈现出季节变化特征，1-3月浓度较高，为劣Ⅴ类水质，最高浓度值2.42 mg/L出现在2月；随着降雨径流的增加，浓度也逐渐降低，到丰水期特别是8月份浓度值最低，为1.04 mg/L；之后浓度逐渐升高；4-6月和12月为Ⅴ类水质，7-11月为Ⅳ类水质。

图5 淮河支流污染物浓度月度变化

2.3 沂沭泗水系变化特征

2.3.1 年际变化

采用沂沭泗水系16个断面的化学需氧量和氨氮近十年的监测数据进行分析。沂沭泗水系化学需氧量和氨氮的年均浓度的变化曲线如图6所示，化学需氧量和氨氮年均浓度均呈现出明显的下降趋势。化学需氧量年均浓度由2006年的31.2 mg/L持续下降到2015年的18.2 mg/L，下降了41.7%；氨氮年均浓度由2006年的2.14mg/L持续下降到2015年的0.42 mg/L，下降了80.4%。2006-2010年“十一五”期间，化学需氧量均为Ⅳ类水质；2011-2015年“十二五”期间，化学需氧量均满足地表水Ⅲ类水质标准。氨氮2006年为劣Ⅴ类水质，2007年为Ⅳ类水质；2008年以后均满足地表水Ⅲ类水质标准。采用Spearman秩相关系数法进行分析，化学需氧量浓度和氨氮浓度也均呈现显著下降趋势。

图6 沂沭泗水系污染物浓度年度变化

2.3.2 年内变化

沂沭泗水系所有断面化学需氧量和氨氮近十年月均浓度的变化曲线如图7所示。可以看出沂沭泗水系化学需氧量浓度变化和季节没有特别明显的相关性，浓度在19.8～24.1mg/L之间波动变化。而氨氮浓度则呈现出一定的季节变化特征，6-10月丰水期浓度值较低，在0.50～0.77 mg/L之间；而1-4月枯水期明显高于其他月份，1月份最高为1.32 mg/L。

图7 沂沭泗水系污染物浓度月度变化

3 影响因素分析

一般污染物排放量和地表水资源量是影响地表水质的两个重要因素。采用水利部淮河水利委员会发布的《淮河片水资源公报》(2006-2014年)中淮河流域地表水资源量、城镇入河排污口化学需氧量和氨氮入河排放量的数据进行分析。

从表3中可以看出，“十一五”期间，除了2009年，其余年份地表水资源量较常年594.9亿m3均偏多；但“十二五”期间，每年地表水资源量较常年均偏少。地表水资源量的偏多，有利于污染物浓度的降低；而地表水资源量的偏少，则不利于污染物浓度的降低。

表3 淮河流域地表水资源量

从图8中可以看出化学需氧量和氨氮入河排放量均呈持续下降。化学需氧量由2006年的85.2万t降至2014年的41.3万t，下降了51.5%。化学需氧量由2006年的10.0万t降至2014年的3.7万t，下降了63.0%。采用Spearman秩相关系数法进行分析，化学需氧量和氨氮入河排放量也均呈现显著下降趋势。

图8 淮河流域入河污染物排放量变化

可见淮河流域地表水的化学需氧量和氨氮浓度的下降与地表水资源量的变化没有明显的相关性；而污染物排放量的减少则是影响淮河流域化学需氧量和氨氮浓度的主要因子。近十年水污染防治和减排力度的加大，加强工业废水深度治理、有效削减排污总量；完善城镇环境基础设施、有效控制城镇污染，强化分区保护战略、优化区域经济发展等措施的有效实施，是淮河流域地表水质好转的主要原因。

4 结 论

采用国家地表水环境质量监测网数据对近十年来淮河流域地表水中水污染防治主要减排指标化学需氧量和氨氮的浓度变化特征进行了初步分析。主要结论如下：

(1)淮河干流、主要支流和沂沭泗水系的化学需氧量年均浓度呈现不同的变化特征。近十年淮河干流和主要支流的化学需氧量年均浓度均呈现波动变化，干流浓度的变化范围为13.9～16.8 mg/L，均满足地表水Ⅲ类水质标准；支流浓度的变化范围为23.5～29.3 mg/L，均为Ⅳ类水质；干流水质优于主要支流。而沂沭泗水系的化学需氧量年均浓度则呈现显著下降趋势，由31.2 mg/L持续下降到18.2 mg/L。淮河干流、主要支流和沂沭泗水系的化学需氧量浓度年内变化则和季节均没有特别明显的相关性。

(2)淮河干流、主要支流和沂沭泗水系的氨氮年均浓度均呈现显著下降的趋势，分别由0.74、2.57和2.14 mg/L降至0.43、0.73和0.42 mg/L。淮河主要支流氨氮浓度高于淮河干流。淮河干流从上游到下游氨氮浓度呈现波动上升的趋势。淮河北岸支流的氨氮浓度高于淮河南岸支流，特别是沙颖河、涡河和新濉河的浓度相对较高。淮河干流、主要支流和沂沭泗水系的氨氮浓度年内也呈现出相似的季节变化特征，基本都是丰水期浓度低于枯水期浓度。

(3)淮河流域地表水化学需氧量和氨氮浓度的变化与地表水资源量的相关性不明显，而污染物排放量的减少则是影响污染物浓度的主要因子。近十年水污染防治和减排力度的加大，是淮河流域水质好转的主要原因。

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