2014—2018年大連市大沙河水質時空變化特征分析

原 暉

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

水資源是人類賴以生存的自然資源，地球上任何自然活動都離不開水資源的支持。河流是水資源的一種重要表現形式，合理利用河流水資源，對社會經濟的可持續發展具有重要意義。

位于大連境內的大沙河是一條獨立入海的河流，發源于普蘭店區安波鎮的雞冠山[1]，是大連市的主要供水水源，承擔著向大連市城鎮居民提供生活、生產和農田灌溉用水的任務。近年來，隨著工農業發展步伐的加快，大量工農業廢水和生活污水排入大沙河流域，導致大沙河水質惡化，已經嚴重影響了流域內城鎮的發展。眾所周知，水質變化是自然因素和人為因素兩方面共同作用的結果[2]，因此大沙河流域的水質變化趨勢仍然存在著許多未知。為使大沙河流域經濟實現可持續發展，本文利用大沙河2014—2018年的水質監測數據，分析了近年來大沙河水質的時空變化特征，以期為日后大沙河的治理和合理開發利用提供數據支撐。

1 研究區概況

大沙河發源于普蘭店區安波鎮雞冠山南麓，流經普蘭店區、瓦房店市，于瓦房店市三臺滿族鄉娘娘宮村注入渤海。流域面積約為1648km2，河流長度約為129km，平均河流寬度可達350m，平均比降為1.34‰，主要支流有長山河、夾河及洼店河。

大沙河地處大連市普蘭店區，屬暖溫帶大陸性季風氣候，既無嚴寒之冬，亦無酷暑之夏，但卻四季分明，年平均溫度約為9.7℃，年平均日照時間約為2276.2h。每年的6—9月為汛期，其中7月、8月為主汛期，年平均降水量可達635.0～920.8mm。

2 水質監測及分析方法

2.1 水質監測

為了能夠全面地反映大沙河水質特征，在大沙河的上、中、下游設置了3個監測斷面，分別為劉大水庫、元臺大橋以及洼子店閘，見圖1。監測時間為2014—2018年，監測頻次為每月1次，即每年共獲取12次監測數據。監測的主要指標包括高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、總氮以及富營養化指數，其中水樣的采集以及分析工作均由遼寧省水環境監測中心大連分中心完成。

圖1 大沙河水質監測斷面分布

2.2 分析方法

2.2.1 主要監測指標的測定方法

主要監測指標均采用國標方法進行測定，具體如下：高錳酸鹽指數依據《水質 高錳酸鹽指數的測定》(GB 11892—1989)，利用高錳酸鉀和草酸鈉反滴定對高錳酸鹽指數進行測定；氨氮依據《水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》(HJ 535—2009)，采用紫外分光光度法進行測定；總磷和總氮則分別依據《水質 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》(GB 11893—1989)和《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消減紫外分光光度法》(HJ 636—2012)進行測定。

2.2.2 富營養化指數的計算

根據水利部《地表水資源質量評價技術規程》(SL 395—2007)的要求，湖庫富營養化的評價采用指數法，評價項目包括總磷、總氮、葉綠素a、高錳酸鹽指數以及透明度。根據湖泊(水庫)營養狀態評價標準及分級方法，依據各個指標的濃度值，采用線性插值法獲得各個指標的賦分值En，利用式(1)計算求得營養狀態指數EI：

(1)

式中：EI為營養狀態指數；En為評價項目賦分值；N為評價項目個數。

具體的賦分標準及分級方法見表1。

表1 營養狀態評價標準

評分法是一種簡單通用的評價模式，是驗證其他評價模式的最好驗證對比法。評分值越高說明水體的富營養化程度越嚴重。

3 分析結果

3.1 主要污染物濃度時空變化

大沙河2014—2018年主要污染物年平均濃度變化趨勢見圖2，具體表現為高錳酸鹽指數和總氮近幾年總體變化不大，呈穩定趨勢；氨氮在2016年濃度升高之后即呈降低趨勢；總磷在2015年濃度陡然升高之后也越來越低。總體來看，近幾年大沙河主要河流污染物的濃度呈降低趨勢，水質已得到了明顯的改善，這與日益健全的法律法規以及相關部門嚴格的監管力度是分不開的。

圖2 2014—2018年大沙河主要污染物年平均濃度變化

圖3 2014—2018年大沙河各監測斷面主要污染物年平均濃度變化

大沙河各個監測斷面主要污染物年平均濃度變化趨勢見圖3。劉大水庫2014—2018年高錳酸鹽指數、氨氮和總氮平均濃度基本沒有大的變化，整體呈平穩趨勢；總磷則在2015年顯著上升之后又突然下降并趨于平穩。元臺大橋2014—2018年高錳酸鹽指數和總磷在2015年上升以后又呈緩慢下降趨勢；氨氮除2016年顯著上升以外整體呈下降趨勢；總氮在2014—2017年持續走高后于2018年開始下降。洼子店閘高錳酸鹽指數2014—2018年基本沒有變化，呈平穩趨勢；氨氮自2015年上升以后于2016年開始下降；總磷除2017年顯著上升外，總體呈先上升后下降趨勢；總氮則在2015年下降以后又呈緩慢上升趨勢。空間特征顯示：元臺大橋斷面的各主要污染物濃度均明顯大于劉大水庫和洼子店閘，即大沙河中游水質明顯劣于上游及下游。元臺大橋地處瓦房店市元臺鎮，主要接納瓦房店市的生活污水、工農業廢水和元臺鎮3家企業的廢污水。常年的污水排放導致元臺大橋斷面水質污染嚴重，因此仍要加強對元臺大橋斷面的水污染治理工作。

3.2 富營養化狀況

富營養化是指水體在人類活動或自然條件的作用下，氮、磷等營養物質過剩，導致水體生產力從低的貧營養狀態逐步向高的富營養狀態過渡的一種水質污染現象。根據富營養化指數的計算方法，本文先后獲得了大沙河流域的總體富營養化指數以及劉大水庫、元臺大橋、洼子店閘3個斷面的富營養化指數。由圖4可知，大沙河2014—2017年富營養化指數沒有太大變化，2018年富營養化指數稍有降低，但基本都穩定在50左右。根據地表水評價技術規程的要求，總體上大沙河呈現的營養狀態均為中營養狀態。

圖4 2014—2018年大沙河富營養化指數變化趨勢

由圖5可知，劉大水庫及洼子店閘斷面近5年來的富營養化指數總體都呈顯著降低趨勢，元臺大橋斷面除2016年突然升高以后，2017年和2018年都有明顯下降。總體上3個監測斷面富營養化指數近年來均呈顯著減小的趨勢，流域內水質有明顯改善。根據富營養化指數的計算結果，元臺大橋斷面呈輕度富營養狀態，而劉大水庫和洼子店閘均為中營養狀態。元臺大橋富營養化指數較高是因為附近的生活污水排放較多，而生活污水中往往氮、磷含量都較高，因此導致進入水體中的氮、磷等營養物質過剩，水體呈現了輕度富營養化狀態[3]。水體富營養化會嚴重影響水體水質，造成水體透明度降低，進而影響水生植物的光合作用，造成溶解氧過飽和。富營養化水體中的硝酸鹽、亞硝酸鹽含量也會超標，此類水作為飲水水源會嚴重危害人們的身體健康。因此元臺大橋斷面的水污染治理仍需得到高度重視[4]。

圖5 2014—2018大沙河各監測斷面富營養化指數逐年變化情況

4 結 論

根據大沙河流域2014—2018年上、中、下游3個監測斷面的水質監測數據，分析了大沙河主要污染物以及富營養化指數的時空變化特征，得到如下結論：

a.主要污染物在時間維度上呈現減小趨勢，在空間維度上中游主要污染物濃度要高于上游及下游。

b.富營養化指數在時間維度上亦呈減小趨勢，在空間維度上中游的富營養化程度要高于上游和下游。

總體來說，大沙河近幾年來的水質是有所改善的，這得益于國家對水環境治理的重視以及各項法律法規的有效落實。但是目前，對于大沙河中游的治理仍迫在眉睫。