界河污染物时段通量评估技术应用研究

张 弘

(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000)

1 研究目的及意义

河流污染物通量指断面在一定时间内某种污染物的通过量，它分为瞬时通量和时段通量。在实际工作中主要是估算河流污染物的时段通量，与断面瞬间通量相比，估算时段通量较为困难，用有限的瞬间实测数据进行估算误差较大，因此应该非常谨慎地选定估算方法，充分有效地利用水量水质实测数据。界河水资源问题不仅是国内问题，也是国际问题，近几年来随着国家加大了界河水文监测工作的投入力度，一些比较先进的科学方法和技术手段在界河水文监测工作中得到广泛应用，但在应用技术的消化吸收方面仍存在诸多问题，尤其是水量实时监测方面存在显著差距。因此，对河流水文监测技术进行全面深入的分析总结，充分利用现有的水量水质实测数据，选择适合界河河流特点的污染物通量估算方法，对探索构建界河污染物时段通量评估技术和减小评估误差具有重要的现实意义。

2 评估方法建立

2.1 污染物通量估算

近年来，国内外学者相继开展了污染物通量估算方面的方法研究，较为典型的成果是Webb等利用时段平均浓度与时段流量乘积、各时段通量之和这两种方法建立了5种常用的河流污染物平估方法。鸭绿江污染物时段通量评估工作中，根据界河的季节性特点，采用弱化和强化径流量作用相结合的模式估算污染物通量，即枯水期水量较低且平稳时采用弱化径流量作用的计算模式，丰水期水量较大或变化较大时采用强化时段总径流量的模式。

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2.2 水量数据

由于流量测验技术比较复杂、耗资比较昂贵，难以连续进行，而连续地观读水位则容易进行，因此通常将连续的水位资料，通过水位流量关系推算、转换为连续的流量资料。经过对界河水文断面实测流量与相应水位数据分析，可以看出断面面积、水力比降和糙率等水力因素在同一水位时，维持不变；即使在同一水位时，上述各因素虽有变动，但其变动对水位流量关系的影响可以互相补偿；而且断面实测流量与相应水位的点据呈密集带状分布，具有稳定的水位流量关系，可用一条单一曲线来表示。据此点绘水位流量关系，利用多项式方程建立水位流量计算数学模型，估算水量实时数据。

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表1 水位流量、水位面积、水位流速关系曲线检验结果表

式中，Qi—计算流量，m3/s；Ze—实测水位，m;a0、a1、a2、…、am—方程系数。

根据2010—2018年水位流量实测数据(船测)点绘水位流量关系，并按照以上计算公式率定各个参数，从计算结果来看，建立的水位流量计算数学模型相关性较好，相关系数高达0.9977，绘制的水位流量、水位面积、水位流速三条平滑关系曲线没有反曲现象，如图1所示，平均相对误差未超过3%，见表1，符合《流量测验规范》的基本要求要求，方法用于水量实时数据估算，结果可靠。

图1 水位流量、水位面积、水位流速关系曲线

2.3 水质数据

界河水质监测以常规水质监测为主，即人工采集水样，送至实验室进行监测分析，由于人力物力所限，监测频次为每月一次，水质数据无法做到与水量数据的实时响应。在界河干流上建立水质自动监测站后，实现了界河水质的实时在线监测，监测频次达到4次/d，水质数据实现了与水量数据的实时响应。

3 评估结果

以界河水量水质常规监测和在线监测两种模式取得的监测数据为依据，采用建立的评估方法，分别进行界河污染物时段通量评估。

3.1 常规监测评估结果

根据2010—2018年水量水质同步监测数据以及逐日水量数据，按照2.1介绍的计算方法进行污染物通量估算，污染物通量评估结果为，主要污染物高锰酸盐指数(Imn)通量平均55901t/a，最大值(2010年)131667t/a，最小值(2015年)21973t/a，最大值是最小值的6倍；氨氮通量平均4163t/a，最大值(2010年)19205t/a，最小值(2015年)1114t/a，最大值是最小值的17倍。估算结果详见表2。

表2 常规监测污染物通量评估结果 单位：t/a

3.2 在线监测评估结果

根据2019年汛期水量水质在线监测数据，按照2.1介绍的评估方法进行污染物通量估算，高锰酸盐指数污染物通量评估结果为11540t，同常规监测数据相比高锰酸盐指数污染物通量增加了1024t，增幅9.7%；日通量同常规监测数据相比最大相差194%。水量水质在线监测与常规监测日时段通量如图2所示。

图2 水量水质在线监测与常规监测日时段通量

4 结果讨论

(1)在水位流量关系稳定的界河断面，应用水位流量计算数学模型实现断面流量的实时监控是可行的，模拟计算数据可信，结果可靠。

(2)目前，多数水文站水位测验项目均实现了遥测，通过建立的水位流量计算数学模型，依据遥测水位数据，可以实现水量的实时监控。

(3)界河研究区河段污染物通量受水量影响较大，断面污染来源主要为流域面源污染，随地表径流进入河道。

(4)对季节性河流来说，选择适合的估算方法对估算结果的可靠性和可信性非常重要；实际工作中应该依靠水质水量已有数据进行不同方法的比对，从而寻求最佳的估算结果。