涪江流域遂宁段总氮时空分布特征及趋势分析

蔡斌琴，杨永安，张海柱，许肖云，蒋红斌

(遂宁市环境监测中心站,四川 遂宁 629000)

探索与实践水环境中主要污染物排放总量控制，我国已走过数10年的发展历程，目前已逐步形成约束化、量化管理的总量控制体系。在总量控制制度的推动下，化学需氧量和氨氮排放总量大幅下降，水环境质量指标明显改善[1]。但作为水生物生长的必要元素-氮，通过大量生活污水、农田排水或含氮工业废水排入水体，使水中有机氮和各种无机氮化物含量增加，生物和微生物的大量繁殖，消耗水中溶解氧，使水体质量恶化。湖泊、水库中含有超标的氮、磷类物质时，造成浮游植物繁殖旺盛，出现富营养化状态[2]，故总氮是衡量水质的重要指标之一[3]，加之大量农耕化肥碳铵、尿素及农家肥的使用，沉积残留的氮元素随地表径流进入水体，导致水体富营养化，甚至水体污染异臭，出现赤潮现象。因此本文研究了涪江流域遂宁境内总氮的时空分布及时间变化趋势，为及时掌握涪江流域遂宁段水污染动态奠定了基础，为有效控制总氮的排放，改善该涪江流域遂宁段水质质量提供了有力的技术依据。

1 研究方法

1.1 研究区域概况

涪江，发源于四川省松潘县与平武县之间的岷山主峰雪宝顶，是长江支流嘉陵江的右岸最大支流。涪江流经四川省绵阳市、遂宁市、重庆市等区域，在重庆市合川区汇入嘉陵江。涪江作为遂宁境内最大的河流，由北而东南纵贯全市，境内全长171 km，流域面积5115.05 km2，多年平均径流量550 m3/s[4]，占涪江流域面积的14%。

1.2 水样采集和监测方法

为研究涪江流域遂宁段水质中总氮的时间和空间分布特征，每月月初选取了涪江干流的香山(入境断面)、桂花、米家桥(2个控制断面)和老池(出境断面)作为研究点，具体点位详见图1。为了便于比较，根据监测断面位置，把涪江流域遂宁段分成3段，即香山-桂花(香-桂)段、桂花-米家桥(桂-米)段、米家桥-老池(米-老)段。

图1 涪江遂宁段水系图

水样采集时，在河道中央处采集水样1个，并加硫酸，使pH值≤2[3]。采样结束后，立即对样品进行分析处理。氮素分析指标为总氮，采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，分析时均采取分析空白样，平行双样和加标回收样的质控措施，分析结果为扣除空白后平行样的均值。

1.3 评价方法

采用Spearman秩相关系数(γs)分析水质变化趋势[5-6]。

式中：γs-秩相关系数；di-变量Xi与Yi的差值；Xi-周期1到周期n按浓度值从小到大排列的序号；Yi-按时间排列的序号。

将秩相关系数γs的绝对值同Spearman秩相关系数统计表的临界值Wp进行比较。本文采用置信度在95%的临界值Wp，n为12时，Wp取0.506。

当|γs|>W则表明变化趋势有显著意义；

如果γs是负值，则表明在评价时段内有关统计量指标变化呈下降趋势或好转趋势；

如果γs为正值，则表明在评价时段内有关统计量指标变化呈上升趋势或加重趋势；

当|γs|≤Wp则表明变化趋势没有显著意义,说明在评价时段内水质变化稳定或平稳。

2 结果与讨论

2.1 监测结果

涪江干流遂宁段2018年度总氮变化情况，如图2所示。从整体上分析，4个监测断面总氮的变化趋势基本一致，呈现出先下降后升高再下降的趋势，即“W”型，其原因可能是年初因降水量较少和气温较低，水流量较少，水力交换和自净能力较弱，总氮浓度相对较高，随着气温的升高和降水量增加，水力交换和自净能力逐步增加，动植物活动增强，消耗氮素的量增加，监测结果显示总氮浓度在逐渐下降。但随着雨季的到来，强降水导致农耕化肥随地表径流进入水体，致使总氮浓度显著升高，遂宁市属于亚热带湿润季风气候，降水主要集中在5～9月(见图3)，该时段的降水量占全年降水量的90%以上。随着降雨量减少，总氮浓度开始下降，逐步达到平稳状态[7]，特别是气温进一步降低，水力交换和自净能力逐步减弱，动植物活动降低，总氮的浓度开始逐渐升高。

图2 涪江干流遂宁段总氮变化情况

图3 遂宁市近8年来降雨量随时间变化趋势

为了更直观地反映出大气降水对涪江流域遂宁段总氮浓度的影响，研究了涪江流域干流总氮在枯水期、丰水期、平水期的变化趋势。据报告[8]，四川一般1-4月及12月为枯水期、6-10月为丰水期、5月及11月为平水期。如图4所示，4个监测断面在平水期时的总氮浓度显著低于枯水期和丰水期，这与图2中呈现出的两个波谷情况是一致的。

图4 涪江干流遂宁段枯、丰、平水期总氮变化

Fig.4 Tendency of total nitrogen in Suining section of Fujiang River during dry,rich and normal periods

就4个断面的监测结果分析，整体上香山入境断面总氮浓度最低，在1.46～2.63 mg/L范围内波动；其月均值(1.80 mg/L)比出境断面老池(2.18 mg/L)低17.4%，说明涪江干流的总氮在遂宁境内没有受到严重污染。就分段具体分析来看，对总氮贡献量最大的是香-桂段，总氮浓度上升了0.35 mg/L，占整个上升幅度为92.1%，其原因可能是：一是香-桂段流程较长，该段流程长约90 km，占涪江流域遂宁段的52.6%；二是香-桂段流经了农业大县-射洪县，大量农药化肥施用和畜禽养殖对水体中总氮的浓度影响显著，据统计射洪县规模化畜禽养殖有298家；三是涪江流域香-桂段分别有梓江、郪江和芝溪河汇入涪江，其中2018年郪江和芝溪河水质类别分别为Ⅲ类和劣Ⅴ类，尽管郪江水质达标，但其总氮浓度年均值为3.88 mg/L，且分别流经同为农业为主的大英县和蓬溪县，规模化畜禽养殖分别176家和190家。而桂-米段和米-老段总氮浓度共上升了0.03 mg/L，这说明了涪江干流水质总氮受遂宁市城区城市生活污水排放和工业园区工业废水排放影响不大。

2.2 涪江流域干流水质秩相关性分析

为了进一步考察涪江干流遂宁段总氮的变化趋势，采用Spearman秩相关系数法对4个断面2018年总氮的监测结果定量分析，结果见表1。

表1 涪江流域干流水质秩相关性

Spearman秩相关系数γs计算结果表明，涪江干流4个监测断面总氮月均值的γs为0.8，表明整个水质总氮呈上升趋势，变化明显；其中米家桥和老池断面总氮呈下降趋势，但变化不显著，即水质有所改善；香山断面总氮有所上升，但变化都不显著；而桂花断面受郪江流域的影响总氮有上升趋势，但不明显，这可能与郪江和芝溪河支流水质较差以及面源污染密切相关。

3 结论

(1)本文通过分析2018年涪江流域遂宁段4个断面的总氮监测结果，研究发现4个断面整体上随时间的变化趋势是一致的，呈“W”型变化，其原因可能与气温、降水量等因素有关。

(2)通过分段分析发现，香-桂段对涪江流域遂宁段总氮浓度贡献最大，高达92.1%，这与流程距离、农村面源污染程度以及支流水质状况有关，同时也说明了涪江干流流经遂宁市主城区后水质没有受到严重污染，市城区生活污水、工业园区排放的废水对总氮浓度影响不大。

(3)通过Spearman秩相关系数分析，涪江流域遂宁段总氮呈上升趋势，变化明显；米家桥和老池断面总氮呈下降趋势、香山断面总氮有所上升，但变化均不显著。