基于地表水在线自动监测数据对河流污染类型的分析研究

安溪县环境监测站 林鑫裕

随着环境监测技术的发展，我国多数地区已通过设置地表水在线自动监测系统对河流水质进行监控，本文通过分析某城镇河流出口处设置的水质在线自动监测系统获取的pH、DO、电导率、水温、浊度、总磷、氨氮、总氮、高锰酸盐指数等2021年3月-6月的一些数据，对河流水质出现的污染情况进行分析研究，同时根据已有的污染原因调查，分析出现3种类型水质污染的水质变化趋势，为河流污染成因分析提供一定的科学依据。

一、地表水水质自动站所采用的监测分析方法

该水站属国家直接管控水站，所采用的分析方法：水温-热电阻温度传感器法、pH-玻璃电极法、溶解氧-极谱法、电导率-电极法、浊度-90度散射法、高锰酸盐指数-高锰酸钾氧化法、氨氮-纳氏试剂分光光度法、总磷-钼酸铵分光光度法、总氮-碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法。

二、河道污染类型分析

（一）多级水坝截流型水质污染

多级水坝截流型水质污染主要的特征是溶解氧异常超标。河流溶解氧的来源主要有2个，一是水体的流动带动空气中氧气的溶解，二是水中藻类的光合作用产生的溶解氧；而地表水中耗氧主要途径也有多条：水生生物活动耗氧、水坝发电驱赶饱和溶解氧、污染物（如氨氮、还原性物质）耗氧。从2016年福建省普及建设水质自动站以来，我省有多条河流多次发生溶解氧异常情况，以晋江西溪某水站2021年5月份中的某次溶解氧连续超标数据[1]，绘制成图1、表1。

图1 水质自动监测站中溶解氧与其他指标图（注：虚线对应次坐标轴）

表1 溶解氧与其他指标皮尔逊相关指数

以溶解氧、流量等参数开始明显变化为时间节点，事件开始前2-3天各参数均值为本底值，监测数值变化幅度最大的一天数据为极值。

变化幅度=（极值-本底值）/本底值*100%，可得出表2。

图3 底泥/清淤污染型污染指标变化图（虚线对应次坐标轴）

表2 水坝截流型水质变化幅度统计表

由图1中可见溶解氧有明显的变化，甚至超标（≤5.0mg/L），而其他指标有明显变化且与溶解氧高度相关的指标有流量、氨氮、高锰酸盐指数。通过皮尔逊相关指数结合图1分析变化趋势，高锰酸盐指数正相关且相关性较高，主因是藻类的光合作用增强，溶解氧上升，产生的有机物也增加，高锰酸盐指数随之上升，而水生生物的活动增强时，消耗溶解氧增加，高锰酸盐指数下降，这是正相关，显然高锰酸盐指数不是溶解氧下降的主因，两者应该是表征水质的同类型指标；氨氮指标为负相关且相关性也较高，本底较低，但蓄积后浓度提升幅度大，虽然仍处于Ⅱ地表水（≤0.5mg/L），但也是造成本次溶解氧升高的主要原因之一；而从该自动站所处的位置（上下游8公里内有3级水电站，第二、三级水坝的平均水深小于5米，水质自动监测站位处第三级电站水坝内），近年来多次单纯溶解氧超标事件，结合溶解氧监测数据（水站所处位置第三级处溶解氧下降到3mg/L左右时，第二级经常是4-5mg/L，第一级电站则有6-7mg/L）与电站水流量数据、气象、所处位置等分析得出造成超标的主要原因：一是水电站蓄水发电，造成河水流速缓慢，空气中的氧难以溶解；二是水坝已导致污染物（氨氮）的蓄积，快速消耗溶解氧；三是水电站发电造成饱和溶解氧被驱赶，溶解氧随水坝逐级下降；四是底泥沉积遇到季节性气温上升，底栖生物活动剧烈，耗氧迅速；五是水坝排沙浊度上升，水中的藻类光合作用能力下降，复氧缓慢；六是阴雨天气光照不足，光合作用减弱甚至没有。

（二）初期雨水导致生活污水污染型

我省多数城市（镇）已普遍实现雨污分流，污水已基本能集中收集处理，但收集率并不能达到100%，且城市（镇）等仍有不少商家店铺将生活污水接入雨水管道，直接排入城市河道，导致降雨时水质自动站容易出现污染事件，同样，以同一水站5月上旬某次降水前后的水站数据[2]，绘制得图2和表3，为雨期水质自动站数据变化图（虚线对应次坐标轴）

图2 雨期水质自动站数据变化图（虚线对应次坐标轴）

表3 初期雨水污染型水质变化幅度统计表

初期雨水生活污水污染型的水质也有较明显的特征，浊度变化幅度最大，可达到480%，是最直接指标；氨氮、总磷先上升后下降变化幅度大，上升幅度分别达到142%、165%，原因是城市（镇）的污染物被雨水冲刷流入水体，导致浓度上升，之后被逐渐沉淀或者生物作用分解合成，可认为一次污染物导向指标；总氮、高锰酸盐指数、电导率先下降后上升，雨水使水中原有的污染物浓度被稀释，而后一次污染物被分解或者合成生成二次污染物，使这三项指标上升，可认为是二次污染导向指标；溶解氧先上升后下降，最后再上升，原因是雨水初期增加空气中氧的溶解，之后污染物的生物分解作用耗氧导致溶解氧下降，最后污染物降低，耗氧减少溶解氧逐渐恢复。

（三）底泥/清淤污染型

该类型的污染特征也比较明显。早期的某些小流域由于治污力度较小，生活污水污染较重，底泥长期沉积，甚至发黑发臭，清淤时搅动水体，若未配套污水回收治理工程，极易造成干流的水污染，该自动站三月份数据[3]就是排查出来的典型的清淤/底泥污染时的水质变化数据。

通过图3表4前6天的数据，可以看出该类型的污染最主要的特征：一是短时间内氨氮迅速提升，上升幅度最大，达到237%，原因是底泥中铵盐大量沉积，搅动后大量释放溶解到水中；总磷、电导率、浊度中等程度上升,上升幅度50%-70%，当然这三个指标与清淤污水排入河道的量有直接关系，本次观测到的清淤污水汇入量相对河水流量来说是比较小的；二是高锰酸盐指数及溶解氧迅速下降（本次事件期间均无雨水补充，该流域已连续数个月无降水，可以排除大流量河水的稀释，同时调阅所处电站的流量数据，也证明了这点），可以判断原因是氨氮上升迅速耗氧，同时大量底泥中的微生物长期处于饥饿状态，迅速分解消耗有机物与溶解氧，使高锰酸盐指数下降。上述的变化至第七天后各项指标开始好转，原因是及时制止了污水排放行为，污染物开始沉淀，水质回升。

表4 底泥污染型水质变化幅度统计表

三、总结

本文所述地表水几类水污染类型均有较为明显的特征，多级水坝截流型污染最显著的特征是溶解氧的下降，初期雨水污染型水质的特征是浊度的显著上升并伴随氨氮总磷的上升，底泥/清淤污染型水质特征是氨氮大幅上升以及是高锰酸盐指数及溶解氧迅速下降。