基于肯德爾檢驗法的雅魯藏布江干流水質(zhì)變化趨勢分析

祝賓紅

（西藏自治區(qū)水文水資源勘測局，西藏 拉薩 850000）

雅魯藏布江是中國最長的高原河流，位于西藏自治區(qū)，也是世界上海拔最高的大河之一。雅魯藏布江發(fā)源于西藏西南部喜馬拉雅山北麓的杰馬央宗冰川，上游稱為馬泉河，由西向東橫貫西藏南部，繞過喜馬拉雅山脈最東端的南迦巴瓦峰轉(zhuǎn)向南流，經(jīng)巴昔卡出中國境。雅魯藏布江全長2840.0km，在中國境內(nèi)長度2057km，流域面積24.6萬km2；水能蘊藏量豐富，在中國僅次于長江[1]。雅魯藏布江在中國南段地區(qū)形成巨大的谷地，是重要青稞產(chǎn)地；進入印度后稱為布拉馬普特拉河，是重要的茶葉產(chǎn)地。因此，對雅魯藏布江干流的水質(zhì)變化趨勢進行分析具有重要意義。

1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及參數(shù)的選擇

雅魯藏布江干流流經(jīng)日喀則、拉薩、山南、林芝四地市。西藏自治區(qū)水文局在雅魯藏布江干流上共布設(shè)水質(zhì)監(jiān)測斷面10處（出于保密性需要，10處監(jiān)測斷面以編號代替），代表河長1972.0km。其中，8號、9號、10號3處水質(zhì)斷面從2016年開始監(jiān)測，按照水質(zhì)趨勢分析“數(shù)據(jù)不少于5年，不大于100年，且年監(jiān)測頻次不低于3次”的基本要求，該三處斷面不滿足趨勢分析要求，該趨勢分析僅針對1號、2號、3號、4號、5號、6號、7號7處監(jiān)測斷面進行分析。

根據(jù)近年來“三條紅線”考核要求，僅針對COD?mn和氨氮兩項參數(shù)進行水質(zhì)趨勢分析；采用2013-2017年的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行趨勢分析。

2 分析方法及原理

肯德爾（Mann-Kendall）檢驗方法適用于非正態(tài)分布、不完整或有少數(shù)異常值的資料分析，而這些情況在時間序列分析中經(jīng)常會遇到，因此該趨勢分析采用肯德爾檢驗方法對雅魯藏布江干流進行水質(zhì)趨勢分析。

Kendall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，否則記為“-”號。如果加號個數(shù)比減號多，則可能為上升趨勢；類似的如果減號比加號多，則可能為下降趨勢。如果水質(zhì)資料不存在上升或下降趨勢，則正、負(fù)號的個數(shù)分別為50%[2].

對序列 Xt=（x1，x2，x3…，xn），先確定所有對偶值（xi，xj，j＞i）中xi與xj的大小關(guān)系（設(shè)為τ）。趨勢檢驗的統(tǒng)計量為：

當(dāng)n＞10時，UMK收斂于標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布。原假設(shè)為該序列無趨勢，采用雙邊趨勢檢驗，在給定顯著性水平a下，在正太分布表中查得臨界值Uα/2，當(dāng)｜UMK｜＜ Uα/2時，接受原假設(shè)，即趨勢不顯著；｜UMK｜＞Uα/2時，則拒絕原假設(shè)，即認(rèn)為趨勢顯著[3]。

3 計算工具

本次的趨勢計算采用PWQTrend2018軟件。

4 水質(zhì)現(xiàn)狀及歷年水質(zhì)監(jiān)測年均值數(shù)據(jù)

采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）進行水質(zhì)現(xiàn)狀評價[4]，參數(shù)水質(zhì)現(xiàn)狀（2017年）見表1；2013-2017年雙因子水質(zhì)監(jiān)測年均值數(shù)據(jù)見表2。

表1 水質(zhì)斷面設(shè)置及水質(zhì)現(xiàn)狀（從上游至下游）

5 水質(zhì)變化趨勢分析

對1號、2號、3號、4號、5號、6號、7號7處監(jiān)測斷面的CODmn和氨氮2013-2017年的逐月監(jiān)測數(shù)據(jù)采用PWQTrend2018軟件進行趨勢分析。水質(zhì)項目檢驗數(shù)據(jù)一般包括三類信息：水質(zhì)項目濃度、漏測、未檢出。

①漏測：一般采用小于0的數(shù)字表示；②未檢出：一般采用0表示；③水質(zhì)項目濃度：大于檢測線的數(shù)字。

根據(jù)《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》（SL395-2007），水質(zhì)站水質(zhì)變化趨勢的顯著性根據(jù)顯著性水平（α）確定：①α≤0.01，水質(zhì)變化趨勢高度顯著；②0.01＜α≤0.1，水質(zhì)變化趨勢顯著；③α＞0.1，水質(zhì)變化無趨勢。

趨勢分析結(jié)果見表3、表4。

表2 雅魯藏布江干流2013-2017年雙因子水質(zhì)監(jiān)測值

表3 CODmn2013-2017年月水質(zhì)變化趨勢

表4 氨氮2013-2017年月水質(zhì)變化趨勢

6 結(jié)果分析

從表3、表4的CODmn和氨氮5年的月檢測濃度趨勢變化分析可以看出，CODmn濃度在7處斷面中的7號監(jiān)測斷面出現(xiàn)了顯著下降趨勢，其余6處監(jiān)測斷面無明顯升降趨勢；7處監(jiān)測斷面氨氮濃度均無明顯升降趨勢，3號和4號監(jiān)測斷面的氨氮僅在2017年略有上升，這兩處斷面流經(jīng)城鎮(zhèn)和村莊，是受到了面源和城鎮(zhèn)及村莊生活污水的影響[5]，但在5年系列趨勢分析中，并不具備代表性，不影響對雅魯藏布江5年系列趨勢的總體評價，總體而言，2017年雅魯藏布江總體水質(zhì)尚好，無明顯升降趨勢。

需要說明的是，如果僅以各斷面的年均值濃度進行河流水質(zhì)的趨勢分析和判斷是不合理、不科學(xué)的，各斷面代表河長不一樣，監(jiān)測頻次不一致，監(jiān)測月份不一樣，需要在監(jiān)測當(dāng)月綜合各斷面監(jiān)測情況進行權(quán)重分析，才能綜合判斷當(dāng)月該條河流所布站點的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，這種結(jié)果的判斷也僅是對監(jiān)測斷面的水質(zhì)判斷，不能代表整條河流的水質(zhì)現(xiàn)狀。