黃河河口段水環(huán)境因子演變分析

霍家喜 姜明星

（山東水文水資源局，山東 濟南 250100）

1 黃河口水沙情況

根據(jù)實測資料統(tǒng)計，黃河口多年年均來水量為301.8×108m3、多年年均來沙量為6.98億t（1950—2014）；進入21世紀以后，黃河口年均來水量為 161.4×108m3、年均來沙量只有 1.33 億 t（2000—2014 年），比多年均值有較大減小，來水量只有多年均值的53.5%，來沙量只有多年均值的19.1%。另外，河口自20世紀70年代出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，并且在其后的20多年，發(fā)展趨勢日趨嚴重，70年代，河口有6年發(fā)生斷流，年均斷流天數(shù)為7天，80年代有7年，年均斷流天數(shù)為7.4天，90年代有7年，年均斷流天數(shù)劇增至年均61天，最為嚴重的是1997年河口斷流達226天。黃河河口水量減少，尤其是黃河河口段的斷流，更使黃河本身的自凈能力及稀釋作用急劇下降，嚴重制約了河口地區(qū)的工農(nóng)業(yè)發(fā)展，破壞了水生態(tài)的平衡。為控制和解決黃河來水量小、引水量大、污染嚴重的矛盾，1999年開始，黃河水利委員會對黃河水資源實行統(tǒng)一調(diào)度，加大了水資源管理保護措施，至2014年，已經(jīng)連續(xù)15年河口沒有發(fā)生斷流情況，并且在黃河調(diào)水調(diào)沙期間，連續(xù)多年向三角洲濕地進行生態(tài)補水，有效遏制了黃河口水生態(tài)惡化的局面。

2 黃河口水環(huán)境因子變化

對黃河口水環(huán)境因子的變化采用實測資料分析法和肯德爾檢驗分析法進行分析評價。

2.1 實測資料分析

利津水文站是黃河入海口的水沙控制站，根據(jù)對利津斷面多年水量和水質(zhì)監(jiān)測分析，我們發(fā)現(xiàn)，黃河三角洲地區(qū)的黃河水環(huán)境經(jīng)歷了良好→斷流頻繁、污染較重→不斷流、水質(zhì)較好的過程。尤其是從1999年黃委會實行黃河水資源統(tǒng)一調(diào)度開始，黃河口段不僅沒有出現(xiàn)斷流情況，而且水質(zhì)也得到了明顯的改善，生態(tài)平衡得以回復。

本次選取評價資料的系列為1991年至2014年，評價方法在2001年以前采用GB3838-88《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》[1]，2002年以后選用GB3838-2002《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》[2]，根據(jù)評價河段使用功能和保護目標將其劃分為五類，以山東黃河水功能區(qū)Ⅲ類作為評價標準，2001年以前主要超標物質(zhì)為非離子氨、高錳酸鹽指數(shù)、亞硝酸鹽和重金屬，2002年以后主要超標參數(shù)為氨氮、化學需氧量、五日生化需氧量和石油類。對黃河河口段常規(guī)監(jiān)測結(jié)果變化情況進行統(tǒng)計，得出河口河段超標率變化趨勢，如圖1所示。

圖1 利津斷面年超標率趨勢圖（1991—2014）

可以看出，20世紀90年代河口段水質(zhì)超標率呈明顯上升趨勢，水質(zhì)惡化趨勢顯著。1999、2000年黃河實行水資源統(tǒng)一調(diào)度后出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折，除2005年出現(xiàn)較大反復外，其余年份水質(zhì)超標率都維持在較低的水平。這一現(xiàn)象表明黃河下游水質(zhì)狀況呈明顯好轉(zhuǎn)趨勢。尤其是自2012年以來，國家實行最嚴格的水資源管理制度，嚴格控制引水和排污總量，黃河水質(zhì)狀況持續(xù)好轉(zhuǎn)，利津斷面連續(xù)三年主要污染物的超標率為零。

在水質(zhì)污染物中，氨氮是最具代表性的水質(zhì)污染指標。圖2是利津斷面氨氮年平均含量趨勢圖（1980—2014），可以清晰的看出，黃河口段水質(zhì)變化明顯呈現(xiàn)出幾個階段，第一階段為水質(zhì)狀況良好階段，出現(xiàn)在1992年之前；第二階段為1993年至1998年，水質(zhì)處于明顯惡化階段，氨氮含量直線上升，1998年達到歷史最高點的1.21mg/L，同年氨氮的超標率達到50%，最大值為3.17mg/L；第三階段為1999年至2003年，也就是黃河實施水資源統(tǒng)一調(diào)度初期，由于山東黃河水資源量偏枯，水質(zhì)出現(xiàn)起伏，特別是2001年，氨氮含量已經(jīng)回落到一個較低水平，但由于黃河來水量持續(xù)偏少，而污染物入黃量增加，污徑比一直保持在較高水平，致使黃河水質(zhì)再度惡化，從2002年12月份到2003年4月份出現(xiàn)整個黃河山東段氨氮含量一直維持在1.0mg/L以上水平長達5個月之久；2003年下半年至今為第四階段，隨著國家污染治理力度的加大，入黃排污量明顯降低，加之黃河水資源的科學統(tǒng)一調(diào)度，上游來水較充沛，黃河河口段氨氮含量出現(xiàn)明顯回落，表明黃河下游水質(zhì)狀況呈現(xiàn)出好轉(zhuǎn)趨勢。

圖2 利津氨氮年平均含量趨勢圖（1980－2014）

化學需氧量也是最具代表性的水質(zhì)污染物參數(shù)之一，該參數(shù)在河口段從2002年10月份開始進行連續(xù)的監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果繪制利津斷面化學需氧量年平均含量趨勢圖(2002—2014)(見圖3)，還是可以看出，河口段的化學需氧量年均值總體趨勢是下降的，并且逐漸接近穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 利津化學需氧量年平均含量趨勢圖（2002-2014）

從實測資料分析還可以得出，河口河段出現(xiàn)超標幾率較高的月份主要在11月份至次年的4月份，占總超標月次的10%左右，占當月總測次的40%以上，尤其3月份，最高占6年期間（1998—2003）3月份總測次的50%以上。由于這段時間黃河水資源量少，污徑比高，是河口河段水質(zhì)較差的時期。另外，7、8月份也是水質(zhì)較差的多發(fā)生期。因為泥沙具有較強的吸附能力，平時吸附了大量的污染物，成為污染物的載體，雖然在一定程度上會對黃河水質(zhì)起到凈化作用。但是如果含沙量高，例如在調(diào)水調(diào)沙期間，湍急的河水在降低下游河道高程的同時，沖刷起大量河道內(nèi)的泥沙，而且小浪底水庫還會下泄大量的泥沙，泥沙顆粒在沿途的運輸過程中發(fā)生碰撞，附著在泥沙顆粒上的污染物會發(fā)生部分轉(zhuǎn)移，從而影響水體質(zhì)量；當泥沙上吸附的大量污染物遇到含有大量電解質(zhì)的海水水體時，被吸附在泥沙表面的污染物，也會與海水水體發(fā)生一定的吸附與解析作用，又會對河口附近水環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。

2.2 肯德爾檢驗法分析

季節(jié)性肯德爾法（Seasonal Kendall test）數(shù)據(jù)分析是目前國際上所采用的較先進、較科學的方法。季節(jié)性肯德爾檢驗的原理是將歷年相同月（季）的水質(zhì)資料進行比較，如果后面的值（時間上）高于前面的值記為“+”號，否則記作“-”號。如果加號的個數(shù)比減號的多，則為上升趨勢；反之，則為下降趨勢。如果水質(zhì)資料不存在上升或下降趨勢，即無變化趨勢，則正、負號的個數(shù)分別為50%。因為，河流中的流量每年都呈周期性變化，河流水質(zhì)組分濃度大多受流量的周期性變化影響。季節(jié)性肯德爾檢驗定義為水質(zhì)資料在歷年相同月份間的比較，這就避免了季節(jié)性的影響。同時，由于數(shù)據(jù)比較只考慮數(shù)據(jù)相對排列而不考慮其大小，故能避免水質(zhì)資料中常見的漏測值問題，也使奇異值對水質(zhì)趨勢分析影響降到最低限度。

選取1992—1998年和1999年—2014年2個系列進行季節(jié)性肯德爾檢驗。所選取的指標為氨氮、化學需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、石油類。分析過程如下：

設(shè)本次分析采用有n年m月的水質(zhì)監(jiān)測項目資料，則數(shù)據(jù)序列為X：

式中：Xji為某水質(zhì)監(jiān)測項目j年i月的含量值 （j=1,2,…,n；i=1,2,…,m）。

對于m月中第i月的（i≤m）的情況，定義Si：

式中：Si為第i月多年某水質(zhì)監(jiān)測項目系列按季節(jié)性肯德爾法統(tǒng)計正號或負號的個數(shù)；ni為第i月某水質(zhì)監(jiān)測項目的實測值個數(shù)；K為某水質(zhì)監(jiān)測項目m個月S值的總和，計算結(jié)果見下表，可以發(fā)現(xiàn)，黃河河口段自1999年水資源統(tǒng)一調(diào)度以來，水環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)。

表1 利津站季節(jié)性肯德爾法分析統(tǒng)計量K值

3 結(jié)論

自20世紀80年代以來，黃河河口段水環(huán)境經(jīng)歷了從良好到惡化再到好轉(zhuǎn)的過程。尤其是1999年實行黃河水資源統(tǒng)一調(diào)度以來，國家對黃河水環(huán)境的治理力度不斷加大，改善了流域內(nèi)的水環(huán)境，減少了廢污水的入黃量，使黃河口段水環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)，并且趨于穩(wěn)定。

[1]GB3838-88地面水環(huán)境質(zhì)量標準[S].國家環(huán)境保護局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.

[2]GB3838-2002地面水環(huán)境質(zhì)量標準[S].國家環(huán)境保護局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.

[3]時文博,李超,馬為民,等.黃河山東段近年水質(zhì)變化趨勢分析[J].人民黃河,2008(7):79-82.