降雨影响下的九龙江支流总磷变化特征及趋势

郭龙发

(漳州市环境应急与事故调查中心，福建 漳州 363000)

水体富营养化引起藻类过度生长繁殖，造成水中溶解氧显著降低，导致鱼类和其他生物大量死亡，危及饮用水源安全。富营养化成为当前水体面临的重要环境问题。磷作为水体富营养化的重要指标之一，其分布、迁移和变化等方面的研究不少[1-3]，降雨波动的非点源总磷污染影响具有分散性、随机性和初期效应等特点[4]，控制和处理的难度比较大。本文针对九龙江北溪支流为独立水系的特点，采用当地气象部门观测到降雨量作为径流影响因素，以出境断面水质自动监测站监测的总磷数据代表支流总磷污染水平，将九龙江支流作为一个整体进行研究，探索总磷超标与径流相关性背后隐含的规律，为环境管理部门水质管理和应急防范提供理论依据。

1 区域特点和水质数据

九龙江位于福建省西南部，干流总长285 km，九龙江水系主要由北溪、西溪、南溪三大干流构成。L支流为北溪重要支流之一，全长79.6 km，流域面积940 km2，下游分布着厦门、漳州多个饮用水源，L支流水质对厦门、漳州两市饮用水源安全具有重要意义。

在L支流出境断面设置LB水质自动在线监测站，监测项目包括总磷、氨氮等10项指标，水质执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类标准，系统每4 h自动采样监测分析1次。本研究收集了LB自动监测站2012～2017年总磷监测数据，代表了L支流向九龙江北溪汇入总磷的总体水平。地表径流根据九龙江流域降水情况划分为丰水期(5～9月)，平水期(2～4月)和枯水期(1、10～12月)。从年度、丰水期、平水期和枯水期进行归类分析，降雨量数据使用气象部门提供的数据按月进行统计，同对应的总磷浓度进行对比分析，两者的关联、回归，及总磷变化趋势利用SPSS 17.0 软件进行分析。

2 总磷浓度变化特征

2.1 总磷浓度月间变化

图1 按月统计的L支流总磷变化

从L支流总磷浓度的月间变化来看，总磷浓度变化规律为丰水期>平水期>枯水期(见图1)，丰水期和枯水期月间波动比较明显，平水期变化幅度不大。总磷浓度最高出现在5月，最低出现在10月，对应丰水期和枯水期，多年平均值分别为(0.299±0.1)mg/L和(0.164±0.034)mg/L，2012～2017年总磷月均浓度为0.085～0.398 mg/L。

2.2 总磷浓度年际变化

从L支流总磷浓度变化(见图2)来看，丰水期从2012至2014年呈现逐步递增的规律，在2014年出现一个高峰值，而后显著下降于2017年达到最低值。全年、平水期和枯水期则是从2012至2013略有上升，在2013年出现一个不明显的峰值，2014年后显著下降至2017年达到最低值。在同年度内，2012～2013年平水期浓度最高，其余几个年度最高值均出现在丰水期。2016年不同径流下总磷变化最不明显，其次为2017年，而2014年变化最大，总磷浓度为丰水期>平水期>全年>枯水期。综合以上分析，推断L支流总磷变化在2014年出现一个分界点，将水质变化划分为2012～2014年和2015～2017年两种不同形态。

图2 基于多年和年际地表径流的L支流总磷变化

3 降雨量变化对总磷浓度的影响

3.1 降雨量与总磷变化相关性

图3 年降雨量与总磷变化相关性

图4 月降雨量与总磷变化相关性

从2012～2017年，降雨量和总磷浓度的回归分析(见图3)来看，L支流的年降雨量和总磷浓度变化的线性关联程度较低。而从月降雨量和总磷浓度变化的回归分析(见图4)来看，二者存在显著(sig.=0.008)的线性函数关系，表明月间降雨量与L支流总磷浓度变化的关联程度较为明显。

3.2 降雨量对总磷变化影响

从不同时期降雨量和总磷浓度的相关性分析(见表1)来看，基于不同年度划分，分析降雨量对L支流总磷变化的影响，可以发现2012～2017年，平水期降雨量与总磷呈负相关，丰水期和枯水期均与之呈正相关。2012～2014年和2015～2017年各时期降雨量和总磷均呈正相关。2012～2014年丰水期降雨量和总磷相关性达到显著，呈正相关，其相关性系数为0.536。其余时期与总磷的相关性均不显著。

表1 不同时期降雨量和总磷月均浓度相关性

注：“*”为在p<0.05水平上显著相关。

结合图1和图2分析，表明降雨量对总磷浓度的影响并不存在绝对线性关系，总磷浓度变化还受其他因素影响。但随着降雨量的增加，L支流总磷浓度有所增加，这表明年度内降雨对于L支流汇水区域内面源污染的淋溶冲刷效应大于稀释作用，这与九龙江西溪支流[5]呈现出相反的现象。

从图5可知，在2012～2014年丰水期，L支流总磷浓度随着降雨量增加而增加，丰水期的强降雨作用导致土壤中累积的磷，伴随水土流失进入水体。综合汇水区域面源污染分析，城乡基础设施不完善和畜禽养殖污染整治不到位也导致了污染物随降雨冲刷进入L支流。

图5 2012～2014年丰水期降雨量与总磷变化相关性

4 总磷来源与趋势

水体中总磷的主要来源有四个：一是生活源污染，有相对固定的流量和水质特征；二是种植业面源污染，情况相对复杂，受降雨影响显著；三是畜禽养殖污染，水质污染特征明确，也可归为农业污染源；四是工业点源污染，包括造纸、农副食品加工等行业，L支流总磷来源涵盖上述四个方面。从L支流年度总磷变化趋势来看，枯水期浓度明显低于年平均浓度，丰水期则高于年平均浓度，表明降雨的分布对总磷浓度存在一定的影响，丰水期充沛的降雨对L支流汇水区域总磷淋溶冲刷作用明显。

游武等[3]对九龙江北溪研究发现，北溪水体氮磷营养盐主要包括畜禽养殖、生活污染和农田径流，绝大部分来源于畜禽养殖(62%)。结合实际情况来看，2012～2017年间汇水区域内种植业和工业源污染总体保持稳定；城镇污水管网设施建设持续完善，提高生活污水收集处理率，2014年两座污水处理厂处理污水量比2012年增加了45万t；生猪养殖治理力度逐步加大，2013～2014年生猪存栏显著消减。利用SPSS做总磷趋势检验，总体方差齐，显著性为0，结果显示总磷浓度随时间(年度)呈下降的趋势，表明在径流量总体保持稳定时，L支流总磷浓度有逐步改善的趋势。

5 结论

(1)总磷最高浓度出现在5月(丰水期)，最低浓度出现在10月(枯水期)，多年平均值分别为(0.299±0.1)mg/L和(0.164±0.034)mg/L。2012～2017年总磷浓度呈先略增后递减，分界点出现在2014年。

(2)降雨量按(2012～2017年)、(2012～2014年)和(2015～2017年)三个时期丰水期、平水期及枯水期进行划分，对总磷浓度影响略有差别，2012～2014年丰水期降雨量对总磷浓度影响最为明显，其余时期影响不显著。在径流量总体保持稳定时，L支流总磷浓度有逐步改善的趋势。