自動監測在太湖流域河流污染物通量計算中的應用＊

（江蘇省環境監測中心，江蘇南京 210019）

準確掌握河流污染物通量是落實總量控制制度、減少環境污染跨界糾紛的重要前提，可為跨界污染舉證和污染治理決策提供依據。在斷面通量監控技術方面，Webb[1]等人構建了多種時段通量計算方法，富國[2]對5種河流污染物通量估算方法進行了對比分析。國內學者們將通量計算方法應用在對淮河干流水質斷面污染物年通量估算、九龍江污染物入海通量估算、洞庭湖水質及出入湖主要污染物通量估算等領域[3-5]。目前國內外主要借助人工監測進行河流污染物通量計算。太湖流域河網密布、閘壩眾多，水文復雜，范圍廣闊等特征，污染物匯入量的核定工作量巨大，需要較長的時間周期。由于人工監測頻次較低，在對工業污染物的匯入量、河流主要污染物總量的監測之后，僅以一次值來推算污染物的月排放總量、年度排放總量，或以一個地區的監測數據來推算整個流域的排放量，大大地忽視了水文條件變化、經濟社會發展的時間階段性和空間差異性和隨機性影響，使估算值與實際污染物總量相差懸殊，數據來源的代表性不足，通量計算結果科學性無法滿足當前環境管理需求。因此，探索通過水質自動監測系統來核定區域氮、磷等主要污染物入湖總量是今后水質監測發展的必然趨勢。

1.研究方法

污染物通量計算常用方法有以下6種，如表1所示。

表1 污染物通量計算的6種方法比較[2]

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時濃度；Qi為測定以上各種濃度時水流瞬時流量。

方法A計算方法：通過計算測得瞬時濃度平均值與瞬時流量平均值之積，得到某一時間點的平均瞬時通量，取時間單位為t，則K取值為將t化為年。K與平均瞬時通量的乘積及為年通量。

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時濃度；為測定以上各種濃度某一時段內的平均流量。

方法B計算方法：通過將某一時段內測得的濃度取平均值并求和，得到該時段的平均濃度之和。求時段平均濃度之和與這個時段內的平均流量之積，得到該時段內的平均通量，取時間單位為t，則K取值為將t化為年。K與時段平均通量的乘積及為年通量。

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時濃度；Qi為測定以上各種濃度時水流瞬時流量。

方法C計算方法：先將瞬時通量CiQi取平均值，再將個時段內各瞬時平均通量求和，得到一個平均的時段通量，取時間單位為t，則K取值為將t化為年。K與這個時段平均通量的乘積及為年通量。

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時濃度；為測定以上各種濃度某一時段內的平均流量。

方法D計算方法：將各個瞬時濃度與時間段內的平均流量相乘并求和，得到該時間段的一個平均時段通量，取時間單位為t，則K取值為將t化為年。K與這個時段平均通量的乘積及為年通量。

K表示將通量換算成單位為年的換算量；n表示Ci/Qi測量次數；Ci可為COD、氨氮、總磷、總氮等各種瞬時濃度；Qi為測定以上各種濃度時水流瞬時流量；為測定以上各種濃度某一時段內的平均流量。

方法E計算方法：取時段內各個瞬時濃度與瞬時流量的乘積并求和，得到該時段內的總通量，將此總通量除以時段總流量，得到時段通量平均濃度，將此濃度與時段平均流量相乘，即得到了一個平均時段通量，取時間單位為t，則K取值為將t化為年。K與這個時段平均通量的乘積及為年通量。

Ci為污染物瞬時濃度，Fi為瞬時流量（或累計流量相減），T為采樣時間間隔。對于缺失數據的時間段，根據自動監測數據的月均值補全后參與計算。對于暫無流量數據的，可以利用每日的調水量數據進行入湖總量核算。

2.數據來源與通量計算

選擇太湖流域某典型河流2009年的自動監測數據結合手工監測數據，采用上述6種方法進行污染物通量計算，其中手工數據的監測頻次為每月一次，自動數據的監測頻次為4h一次，并使用手工數據校準。方法A-E采用手工數據不同時段的均值進行計算，方法F采用自動數據的瞬時值核算。

計算結果表明，基于自動監測（方法F）的太湖流域各項主要污染物年通量處于中位，年通量分別為：高錳酸鹽指數為2923.37t/年、氨氮為640.08t/年、總氮2777.69t/年、總磷109.91t/年。方法F提高了監測頻次，大大增加了樣本數量，使得其估算結果更為接近真實情況，相比其他方法也更具代表性，如表2所示。

表2 太湖流域某典型河流6種不同方法通量計算結果

在6種不同的方法中，高錳酸鹽指數的平均值為2760.14 t/年，最小值為2238.66t/年(方法C)，最大值為3436.57t/年(方法B)，標準偏差為456.15，變異系數為16.53%。氨氮的平均值為713.85t/年，最小值為628.41t/年(方法A)，最大值為825.93t/年(方法E)，標準偏差為90.66，變異系數為12.70%；總氮的平均值為2434.24t/年，最小值為1844.05t/年(方法A)，最大值為3355.19t/年(方法B)，標準偏差為575.54，變異系數為23.64%；總磷的平均值為108.82t/年，最小值為91.08t/年(方法A)，最大值為128.07t/年(方法B)，標準偏差為14.60，變異系數為13.42%，如表3所示。

表3 太湖流域典型河流6種不同方法通量計算結果分析

3.結果與討論

（1）在6種不同的方法中，基于自動監測的太湖流域各項主要污染物年通量處于中位。由于提高了監測頻次，增加了樣本數量，使得其估算結果更為接近真實情況，相比其他方法更具代表性。太湖流域某典型河流年通量分別為：高錳酸鹽指數為2923.37t/年、氨氮為640.08t/年、總氮2777.69t/年、總磷109.91t/年。

（2）與斷面瞬間通量計算相比，時段通量的估算難度相對較大。由于時段的跨度越大，期間通量波動變化的方式也就越復雜，而采用有限次的實測數據加以推測，估算結果代表性不足。污染物年通量估算的誤差主要來源于流量、水情、采樣點的代表性、水質分析方法、監測頻率等。本文建立了基于高頻次高數據量的自動監測污染物通量計算方法，通過增加水文條件和水質情況在空間和時間上的樣本數量，使估算結果更具代表性。