金匯港2006年以來水質狀況評價及變化趨勢研究

摘要：本文結合區域地表水水質特點，采用綜合污染指數對金匯港水質進行評價，計算了其水質污染負荷，并采用spearman秩相關系數法進行水質變化趨勢的研究。結果表明，自2006年以來，僅2016年、2017年金匯港水質基本達到水環境功能區目標。金匯港水質的主要污染因子為氨氮和總磷。自2006年以來水質總體呈改善趨勢，下游錢橋斷面水質改善趨勢最為顯著。研究表明，綜合污染指數法可以準確、全面地評價地表水水質，并為以氮、磷為主要污染物的城市水環境質量的評價提供了參考依據。

關鍵詞：地表水；水質評價；綜合污染指數

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）06-0180-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.108

Abstract： The water quality of Jinhui Port was evaluated using a comprehensive pollution index according to the characteristics of regional surface water quality. The water pollution load was calculated. The spearman rank correlation coefficient method was applied to investigate the tendency of water quality from 2006 to 2017. The results suggest the water quality of Jinhui Port reached recently the target of water environment function zone in the last two years. The main contributors of water pollution were ammonia nitrogen and total phosphorus. The water quality of Jinhui Port has been improving since 2006 and the water quality of Qianqiao section in the downstream showed the most obvious improvement. The resultssuggest that the comprehensive pollution index method can accurately and comprehensively evaluate the surface water quality. This study provides a reference for the evaluation of urban water environmental quality under the threat of nitrogen and phosphorus.

Key words： Surface water； Water quality evaluation ；Comprehensive pollution index

金匯港是奉賢區最大的河流，由北向南貫穿全區，北接黃浦江，筆直南下直通杭州灣，全程21.8km。根據《水污染防治行動計劃》（以下簡稱“水十條”）的要求，金匯港-錢橋斷面作為上海20個國家考核斷面之一，從2016年開始以消除劣V類為目標，進行了一系列大規模整治工作。根據“水十條”的要求，需對重點整治斷面水質進行考核和評估。本文以2006年以來的監測數據為依托評價金匯港水質及其變化趨勢。

水質評價是了解水質狀況的重要手段，評價結果能為環境管理部門的決策提供科學依據。目前，地表水的評價方法有多種，主要有單因子評價法、綜合指數評價法、模糊數學模式評價法、灰色評價法、人工神經網絡評價法等[1-5]，其中綜合指數評價法根據選擇不同的水質因子、賦予不同的權重而衍生出多個評價方法。本文根據上海市地表水污染特征，采用綜合污染指數法[6]評價金匯港2006年至今的水質狀況及污染特征，同時采用spearman秩相關系數法研究水質變化趨勢。

1 水質評價方法

參考《地表水環境質量評價方法（試行）》[7]并根據本區域地表水環境污染特點，選取具有代表性的污染物因子進行評價和分析，包括溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮和總磷。依據2016～2017年的監測數據，對金匯港各斷面進行定性評價和達標評價，計算各污染因子的污染負荷，并采用spearman秩相關系數法研究水質變化趨勢。

1.1 河流概況

金匯港自上游至下游，共設置3個監測斷面，分別為金匯閘外、金匯和錢橋，水環境功能區目標分別為Ⅲ類、Ⅲ類和Ⅳ類水質。其中金匯閘外斷面位于黃浦江與金匯港的交界口。

1.2 綜合污染指數

根據算術平均值法計算綜合水質指數P，計算公式為：

式中P為綜合水質指數；Pi為單項污染指數；Ci為污染物實測濃度；Si為相應水質類別的標準值；n為參與評價的項目數。溶解氧污染指數：

溶解氧污染指數

Ci為t溫度下的溶解氧實測值；C標（t）為t溫度下相應水質類別的溶解氧標準值（GB 3838-2002 《地表水環境質量標準》），C標（t）=飽和度標，見表1。

1.3 水質定性評價

對水體的清潔或污染程度進行的評價稱為水質定性評價。以《地表水環境質量》[8]III類水質為標準，分別用I、II、III、IV、V類值計算常溫（T=25℃）下的綜合水質指數，對應水質類別，得到綜合水質指數與水質定性評價分級的對應關系見表2。

1.4 污染負荷計算

污染負荷率可以反映不同指標對水體的污染貢獻，計算公式：

式中：P為綜合水質指數；Pi為單項污染指數；Ki為污染物的污染負荷率。

1.5 水質趨勢分析

運用spearman秩相關系數法分析水質趨勢分析，該方法是指成對的2個變量數據的散點圖呈現出直線趨勢時，采用最小二乘法，找到兩者間的經驗公式，即一元線性回歸預測模型。根據自變量的變化，來估計因變量變化的預測方法。

1.6 水質達標評價

對斷面（河道、水系）水質是否達到水環境功能區目標值進行的評價稱為水環境功能區達標評價。斷面水質達標情況判斷，是以相應功能區為標準，計算某個斷面的綜合水質指數P，P>1為超標，P≤1為達標。河流水質達標判斷，是以各個斷面相應功能區為標準，計算每個斷面的綜合水質指數，然后對綜合水質指數進行平均，P（平均）>1為超標，P（平均）≤1為達標。

2 結果與分析

2.1 水質定性評價

各斷面自2006年以來歷年的綜合污染指數的變化趨勢如圖1所示。由圖可知，金匯閘外和金匯斷面自2006以來水質定性評價均為輕度污染，錢橋斷面12個年份中有6個年份水質屬于輕度污染，另有6個年份水質屬于中度污染，中度污染的比例為50%。三斷面的綜合污染指數總體上均呈下降趨勢，表明水質呈改善趨勢。金匯閘外斷面代表上游黃浦江來水水質，張廣強的研究表明，近20年來黃浦江水質有所改善[9]。2006年，金匯港平均綜合污染指數為1.53，2017年下降為0.82，下降率達46.4%，水質顯著轉好。

2.2 污染負荷評價

計算溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮和總磷歷年的污染負荷，結果顯示污染負荷率較大的水質因子為氨氮和總磷（歷年污染負荷的平均值分別為23.0%和21.5%），上海環保年鑒表明近年來上海市地表水的主要污染因子也是氨氮和總磷[10]，與本研究結果一致。同時，氨氮和總磷的污染負荷之和，從最高的48.3%（2014年）下降到36.3%（2017年），說明隨著近兩年奉賢區污水截污納管率不斷提升，氮磷污染的情況有所好轉。

2.3 水質趨勢分析

2.3.1 金匯港2006～2017年線性回歸分析

選取溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮和總磷五項水質因子采用spearman秩相關系數法進行水質趨勢分析，具體采用2006～2017年三斷面的平均值進行線性回歸分析。圖2為氨氮的年度變化趨勢圖及線性回歸方程。

由圖2可見，氨氮濃度在2009～2013年間呈上升趨勢，在2013～2017年間顯著下降；總磷濃度變化趨勢與氨氮基本相同。黃浦江2011～2015年氨氮濃度為0.85～1.69 mg L-1，2015年氨氮濃度與2011年相比，下降了41.9%；同時，黃浦江2011～2015年總磷濃度為0.19～0.30 mg L-1，2015年總磷濃度與2011年相比，下降了31.6% [10]。金匯港水質監測結果與變化趨勢與黃浦江水質相吻合。

五項水質因子的回歸結果見表3。回歸方程中的斜率代表了水質因子的變化率，回歸系數代表了回歸方程的相關性。

由表3中回歸方程的斜率正負不同可知，高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮和總磷濃度隨時間均呈下降趨勢，溶解氧濃度隨時間呈上升趨勢，水質整體呈好轉趨勢。具體來看，高錳酸鹽指數和五日生化需氧量線性回歸方程的相關性較好，兩者呈較為穩定的逐步下降趨勢；氨氮和總磷的線性回歸方程的相關性較差，自2006年以來氨氮和總磷濃度總體呈下降趨勢，但在2009～2013年間出現短暫上升態勢，影響了線性回歸的相關性。

2.3.2 金匯港各斷面線性回歸分析

金匯港3個監測斷面自上游、中游到下游分別為金匯閘外、金匯和錢橋，各斷面五項水質因子的回歸分析結果如表4所示?；貧w趨勢結果表明，三斷面中，各水質因子的變化規律相同，除溶解氧隨時間上升之外，其余4個水質因子都呈下降趨勢。比較各斷面回歸方程可知錢橋斷面水質參數的變化率最大，顯示錢橋斷面水質好轉趨勢最明顯，這得益于在錢橋斷面沿岸采取的一系列綜合整治措施。目前，錢橋斷面水質已達到Ⅲ類水標準。

2.4 水質達標評價

金匯閘外和金匯斷面的水質功能區目標為Ⅲ類。金匯閘外斷面2006-2015年綜合污染指數均大于1，斷面水質未達標，僅2016年、2017年水質達標。金匯斷面2006～2016年綜合污染指數均大于1，斷面水質僅2017年達標。錢橋斷面的水質功能區目標為Ⅳ類，2006年以來，2009～2011年、2014年、2016年和2017年水質達標，達標年份占比50%。相比環保部規定的單因子評價方法[6]，綜合污染指數法不是以單個最差的水質因子來判斷斷面的水質類別，解決了單因子評價無法綜合評價斷面水質的弊端，從這個層面來講，綜合污染指數法的評價結果更客觀和全面。

3 結論

金匯港地表水水質以氮磷污染為主要特點，2006年至今，金匯港全河道水質總體呈好轉趨勢，近兩年水質基本達到功能區目標?？梢娊?0年來開展的四輪“三年環保行動計劃”在水環境治理方面取得了顯著成效。為進一步鞏固水環境治理的成果，奉賢區作為農業大區，仍需不斷削減農業面源污染，減少含氮磷的農藥化肥的使用量，并不斷提高區域內污水的截污納管率，削減污染物排入量。本文采用的研究方法能夠對水質進行定性評價和達標評價，同時判斷水體的主要污染因子，可以準確且全面地對地表水水質做出評價。此外，本文采用的研究方法適合應用于以氮、磷為主要污染物的城市水環境質量的評價。

參考文獻

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[9]張廣強.上海市內陸地表水常規污染指標相關性研究及應用[D].上海：東華大學，2009.

[10]上海市環保局.2015上海環境年鑒[Z].上海：上海人民出版社，2015.

收稿日期：2018-04-08

作者簡介：朱敏（1983-），女，碩士研究生，工程師，研究方向為環境質量監測和評價。