長江、嘉陵江重慶主城區(qū)段懸浮泥沙與總磷濃度相關性分析

羅以生，呂平毓，陳 虎

（1.長江水利委員會 長江上游水文水資源勘測局，重慶400014；2.重慶交通大學 河海學院，重慶400074）

三峽工程改變了部分長江水文情勢，對庫區(qū)、長江中下游及河口地區(qū)的生態(tài)、環(huán)境將產(chǎn)生不同程度的影響［1］。重慶市位于長江上游，三峽回水區(qū)末端，江段總體水質可滿足國家地表水標準Ⅲ類標準，但總磷、總氮濃度卻普遍較高。三峽水庫成庫后，對庫區(qū)而言水環(huán)境條件的改變已經(jīng)引發(fā)新的生態(tài)與環(huán)境問題［2－4］。水庫蓄水后，庫區(qū)的部分支流、庫汊由于受回水頂托的影響，水深增加，流速變緩，進入水體的氮、磷等營養(yǎng)物質發(fā)生富集，極易引起水體富營養(yǎng)化。泥沙尤其細顆粒泥沙作為水體中營養(yǎng)性污染物遷移轉化的一個重要載體，將會對水體中的營養(yǎng)性污染物濃度產(chǎn)生重大影響。總磷和總氮作為衡量水體富營養(yǎng)化程度的兩個重要指標，研究庫區(qū)泥沙對總磷和總氮的影響有重要意義。為研究總磷污染物濃度與泥沙含量的關系，采用重慶主城區(qū)長江、嘉陵江江段2010年主要代表監(jiān)測斷面懸浮泥沙和總磷逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)，對長江、嘉陵江重慶主城區(qū)段懸浮泥沙與總磷濃度進行相關性分析。

1 監(jiān)測斷面與試驗方法

1.1 監(jiān)測斷面

根據(jù)重慶主城區(qū)長江段和嘉陵江段的自然環(huán)境特征、庫區(qū)水文情勢和社會經(jīng)濟發(fā)展特點，選取長江干流寸灘、嘉陵江北碚2個代表斷面進行分析。寸灘斷面為重慶市主城區(qū)長江干流出境監(jiān)測斷面，位于重慶市江北區(qū)寸灘鎮(zhèn)，處于長江和嘉陵江匯合口下游7km處；北碚斷面為重慶市北碚區(qū)嘉陵江出境監(jiān)測斷面，位于重慶市北碚區(qū)朝陽橋下游3km。分析時段為2010年1月至12月。監(jiān)測數(shù)據(jù)采用分析時段內(nèi)各監(jiān)測斷面每月1次的常規(guī)水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1.2 試驗方法

地表水環(huán)境質量標準特定項目分析方法（GHZB1－1999），采用鉬酸銨分光光度法測定總磷含量。分別測量清樣和渾樣中的總磷濃度，清樣是渾水樣通過0.45μm的濾膜過濾得到。根據(jù)河流泥沙顆粒分析規(guī)程SL42－92，分析懸浮泥沙的含量［5－6］。

2 懸浮泥沙與總磷濃度相關性分析

2.1 含沙量、總磷含量變化分析

為系統(tǒng)地研究重慶主城區(qū)兩江河段懸浮泥沙與總磷濃度關系，更有效地控制水污染，本文采用2010年1月至12月長江上游水環(huán)境監(jiān)測中心對長江寸灘以及嘉陵江北碚斷面水體中總磷濃度與懸浮泥沙的監(jiān)測成果，進行試驗分析，斷面含沙量與渾樣、清樣總磷濃度變化見圖1。從圖中可以看出，泥沙的存在對水體中的總磷濃度有著不同程度的影響。

圖1 斷面含沙量與渾樣、清樣總磷濃度變化圖

含沙量：寸灘與北碚斷面的整體變化趨勢相近，汛期水樣含沙量較大，枯季懸浮泥沙含量較小，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征。沙量的年內(nèi)分配不均，泥沙往往集中在汛期6～10月。汛期沙量占全年的90%左右，其中8～9月來沙更集中，占全年的70%以上，由于寸灘斷面來水量較大，懸浮泥沙含量整體大于北碚斷面，見圖1（a）。

總磷：渾樣的整體變化趨勢與含沙量相近，在來沙量集中的6～10月總磷含量增加幅度較大，呈現(xiàn)出比較明顯的季節(jié)變化趨勢，清樣的濃度變化沒有渾樣明顯，整體趨勢變化平緩，兩斷面渾水樣總磷濃度比清水樣濃度均高出1倍左右，而且長江干流斷面上總磷渾水樣與清水樣濃度與北碚斷面相比，濃度值較大，見圖1（b）、（c）。由此可見，懸浮泥沙與總磷濃度有著較為一致的季節(jié)性變化趨勢。因此，在有限的試驗條件下，研究懸浮泥沙與總磷濃度的相關關系有著更大的應用價值，能較好地反映出泥沙對水體富營養(yǎng)化的影響關系。

2.2 含沙量與總磷的相關分析

圖2為重慶主城區(qū)長江干流寸灘斷面渾樣和清樣TP濃度與含沙量在不同水期的相關性分析結果。結果表明，寸灘斷面的TP濃度與含沙量呈現(xiàn)良好的線性關系。在枯水期時，含沙量增加，清樣TP濃度呈現(xiàn)增加趨勢；在豐水期時，懸浮泥沙濃度與TP渾樣濃度成正相關關系，與清樣濃度成負相關，污染物TP的渾樣濃度與含沙量的線性相關關系要優(yōu)于清樣濃度，含沙量的變化對清樣濃度影響相對較小，這有可能是受到水情的影響。由于在豐水期，含沙量高，河流水量較大，水體稀釋能力提高，因而水體污染物濃度依然維持在一定的水平或者低于枯水期和平水期，清樣濃度的變化程度遠低于含沙量的變化程度。

嘉陵江干流北碚斷面渾樣和清樣TP濃度與含沙量的相關性分析結果表明，污染物TP濃度與含沙量呈現(xiàn)一定的線性相關關系，枯水期懸浮泥沙與TP清樣與渾樣濃度成負相關，豐水期懸浮泥沙與TP渾樣濃度成正相關，見圖3。枯水期TP清樣與含沙量相關性較好，豐水期TP渾樣與含沙量相關性較好。豐水期時，地表的水土流失嚴重，水樣中泥沙含量較高，由于泥沙中吸附大量的有機磷、無機磷，泥沙含量高低直接影響總磷的測定結果。

根據(jù)各個斷面的數(shù)據(jù)，擬合出含沙量與污染物TP渾樣濃度之間的經(jīng)驗關系式，發(fā)現(xiàn)斷面都符合Y＝aX＋b的關系式，其中Y表示污染物TP濃度，X表示含沙量。各斷面的具體經(jīng)驗公式見表1。

圖2 寸灘斷面含沙量與渾樣、清樣TP濃度的相關性分析圖

圖3 北碚斷面含沙量與渾樣、清樣TP濃度的相關性分析圖

表1 斷面水樣泥沙、總磷濃度相關性模擬

在豐水期時，隨著懸浮泥沙含量的升高，水樣中的總磷也逐漸升高，泥沙含量與總磷的濃度可以用線性關系和對數(shù)關系進行模擬。從模擬結果來看，TP渾樣濃度與含沙量相關性較好，豐水期，水樣泥沙含量高時，線性相關性比對數(shù)相關性好。枯水期，泥沙含量低時，對數(shù)相關性比對數(shù)相關性好。

3 結論

（1）從分析數(shù)據(jù)可以看出，在汛期，隨著水樣中泥沙含量的增加，樣品總磷的測定值逐漸升高。過濾清樣的總磷濃度遠遠低于全沙渾樣的濃度，這說明泥沙中的磷含量對水中總磷作了主要貢獻，地表水中泥沙含量的高低將直接影響總磷含量的高低。

（2）斷面的含沙量和總磷渾樣濃度的整體變化趨勢相近，含沙量年際變幅很大，呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化特征，沙量的年內(nèi)分配不均，泥沙往往集中在汛期6～10月。

（3）污染物TP的渾樣濃度與清樣濃度和含沙量呈現(xiàn)線性相關關系，含沙量的變化對TP濃度有一定的影響，泥沙是影響地表水總磷含量的重要因素。

（4）樣品中泥沙含量對于真實反映水質有重要影響，由于水樣中泥沙自然沉降造成懸浮物分布不均，將極大影響監(jiān)測數(shù)據(jù)，建議有關部門在制定地表水中總磷的測定標準時，采用合理的自然沉降時間分析樣品，真實反映水質的優(yōu)劣。

［1］長江水利委員會.三峽工程生態(tài)環(huán)境影響研究［M］.湖北：湖北科學技術出版社，1997：32－33.

［2］方子云.長江流域水環(huán)境的主要問題、原因及對策［J］.長江流域資源與環(huán)境，1997，6（4）：346－349.

［3］蔡慶華，胡征宇.三峽水庫富營養(yǎng)化問題與對策研究［J］.水生生物學報，2006，30（1）：7－11.

［4］胡征宇，蔡慶華.三峽水庫蓄水前后水生生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)的初步研究［J］.水生生物學報，2006，30（1）：1－6.

［5］禹雪中，廖文根，呂平毓，等.三峽庫區(qū)泥沙對主要污染物作用研究［M］.北京：科學出版社，2010：22－56.

［6］王曉青，呂平毓.地表水泥沙與總磷測定值的相關性分析［J］.環(huán)境監(jiān)測管理與技術，2007，19（1）：45－47.