徐州市某河流水質變化與水期相關性分析

(江蘇省徐州環境監測中心，江蘇 徐州 221000)

0 引言

徐州市為嚴重缺水城市，水資源緊缺，流域補給少，河水流動性差，水環境承載力相對薄弱，河流、城市內湖等均以自然降水為主要水源補給。豐水期，大量降水帶來的地表徑流補給和域外行洪客水等因素增大了部分河流斷面水質的沖擊負荷，河流水質變化與水期（降雨）呈一定的關聯性。

針對徐州市重要河流斷面水質易受水期（降水）和客水影響的特點，選取徐州市某主要河流作為分析對象，通過不同水期水質比較，采用數理統計的方式，分析河流水質受水期影響程度，并通過主要水質參數的變化規律，結合區域降水量，分析重點斷面、河流水質狀況與降水間的關系，說明降水對水質的影響，為環境管理提供預警支撐。

1 基本情況

徐州市某河流源起安徽，由南向北經由豐縣流入徐州境內，貫穿徐州市西部全境，全長40 km。徐州市境內共設置2 個監測斷面（A 和B），斷面A 為河流入境斷面，斷面B 位于河流（徐州境內）中下游，距離斷面A 約25 km。2 個控制斷面均設有水質自動監測站，主要自動監測指標為CODMn，NH3-N，TP，pH值，DO 等。斷面基本情況見表1。

表1 斷面基本情況

2 水質與水期相關性分析

2.1 豐水期與枯、平水期日均值超標率的卡方檢驗

為分析水期與流域水質狀況的關系，以豐水期（7～9月）和平、枯水期（1～6月、10～12月）分別統計超標天數，并用pearson 卡方檢驗的方式分析水期對水質影響的顯著性[1-2]。2019年斷面A，B 自動監測數據有效運行天數統計見表2。

表2 2019年自動監測數據有效運行天數統計

豐水期和平、枯水期超標率卡方檢驗結果見表3。

表3 豐水期和平、枯水期超標率卡方檢驗結果

由表3可以看出，在豐水期，2 個斷面的P 值均小于0.05，與枯、平水期相比，河流水質呈明顯的水期變化，豐水期斷面超標比例與枯、平水期相比存在明顯差異,水質惡化明顯。

2019年豐水期與平、枯水期監測指標對比情況見表4。

表4 2019年豐水期與平、枯水期監測指標對比情況 mg·L-1

由表4可以看出，通過豐水期與平、枯水期各監測指標均值比較，水質變化明顯。豐水期期間，除pH值相對穩定外，其他指標均出現較大波動，其中，DO質量濃度較平、枯水期下降明顯；CODMn，NH3-N，TP質量濃度較平、枯水期均呈上升趨勢，斷面B 水質惡化程度尤為突出，河流水質呈明顯的周期變化。

2.2 豐水期主要污染物濃度與降雨相關性分析

斷面A 主要污染物濃度與降雨量變化趨勢（7～9月）見圖1。

圖1 斷面A 主要污染物質量濃度及降雨量變化趨勢

由圖1可以看出，斷面A 水質受降雨影響明顯，DO，NH3-N，TP 質量濃度受降雨影響較大，呈高度相關性。其中，DO 質量濃度在強降雨期間及過后一直處于低位波動，呈一定的負相關趨勢；而NH3-N，TP 質量濃度則一直處于高位波動，特別是連續降雨期間，各污染物指標上升明顯。

2019年豐水期與平、枯水期污染指標環比情況（斷面A）見表5。

表5 2019年斷面A 豐水期與平、枯水期污染指標環比情況 mg·L-1

由表5可以看出，通過豐水期與平、枯水期逐月環比情況分析，斷面A 中TP 質量濃度與降雨量間隨著雨量環比的增加呈正相關關系。CODMn，NH3-N質量濃度在降雨期間持續處在高位波動狀態。

斷面B 主要污染物濃度與降雨量變化趨勢見圖2。

圖2 斷面B 主要污染物質量濃度及降雨量變化趨勢

由圖2可以看出，斷面B 在強降雨期間NH3-N，TP 質量濃度升高明顯，且隨著雨量的增大，NH3-N質量濃度漲幅尤為顯著。

2019年豐水期與平、枯水期污染指標環比情況（斷面B）見表6。

表6 2019年斷面B 豐水期與平、枯水期污染指標環比情況 mg·L-1

由表6可以看出，斷面B 豐水期降雨量及各指標月均值的環比變化隨降雨量增大影響較大，DO質量濃度明顯偏低，CODMn，NH3-N，TP 質量濃度與降雨量呈正相關，隨降雨量增大均有不同程度上升，pH 值受降雨變化影響較小。

降雨對2 個斷面水質均產生不良影響，降雨期間各監測指標與區域單日降雨量之間的相關性系數見表7。

表7 監測指標與降雨量之間的相關性系數

由表7可以看出，斷面A 中CODMn，NH3-N，TP濃度與降雨量呈正相關性，而DO 濃度則與之成負相關性。斷面B 中NH3-N 濃度與降雨量間的相關性最高為0.4；TP 濃度相關性雖然低于NH3-N，但在降雨后仍長時間處于高位，需重點關注。

3 原因分析及對策建議

3.1 原因分析

據調查，該河流兩岸沒有工業排放和畜禽排放源，均以農田為主，造成降雨期間水質惡化的可能原因：①秸稈浸泡水隨降雨涌入河道。徐州地區一般6月至7月間進入雨期，還田秸稈尚未完全腐爛被土壤固化吸收，經稻田灌溉水浸泡發酵后，含有大量的有機質和N,P 等生物營養物質[3-5]，隨雨水匯入河道，造成河道水質惡化。有實驗表明[6]，玉米秸稈經浸泡2 d 后COD 質量濃度為86 mg/L，氨質量分數為2.18%，浸泡水中NH3-N，TP 指標逼近飽和，污染物含量較高；②稻田播種施肥造成初期雨水N,P 含量較高。徐州地區早稻種植在每年的5月中旬，約在6月下旬至7月初，播種出芽后及正常生長期間，需要施加大量的化肥和農藥，這期間與雨期重合。另外，由于耕種方式的轉變，稻苗播種不用深耕，化肥等施加在土壤淺層，易受降雨沖刷匯入河道，造成斷面水質惡化。

3.2 對策與建議

（1）由政府引導，加強秸稈的“收、儲、運、利用”全過程管理，秸稈還田的管理起點在“收”，重點在“儲”和“運”，難點在“利用”，由于對秸稈收集和儲運的意義認識不深，秸稈收集率普遍偏低，有些秸稈在農耕之后直接進入河道，加之粗放的還田方式，秸稈露天堆放，受雨水浸泡后，腐質隨之進入河道，造成河道水質下降。建議建立黨委政府責任制，加大財政補貼，引導農民做好秸稈的集中收集，建立秸稈收集點，統一儲存和運輸。同時加大科技投入，合理謀劃秸稈使用，變廢為寶，開展秸稈能源化、基料化、資源化的研究，提高秸稈的可利用效率，構建秸稈從收集運輸到綜合利用的產業閉環，形成產業鏈，增加其附加值，提高農民收入，激活其參與積極性。

（2）調整耕作結構，合理布局，提倡科學施肥，加強農田退水管理[7]。加強近河道農田管理，建立河道兩側非耕作區，耕作區深耕深翻，提倡種、肥同播，特別注意雨期與播種季重疊期的管理。加強農田退水管理，農田灌溉退水因裹挾大量化肥、有機質，導致N,P 含量較高，直接進入河道易造成水體污染，建議加強農耕水，特別是農田退水的收集，建立收集渠道或與城市管網相連接，集中收集處理，避免直接入河。

3 結論

（1）通過卡方檢驗發現，與枯、平水期相比，豐水期河流水質惡化顯著。（2）降雨量與斷面水質自動站主要監測指標相關性分析顯示，降雨量對主要監測指標的影響顯著，呈一定的規律性。其中，DO 濃度與區域降水量呈負相關關系，而NH3-N，TP，CODMn濃度與之呈正相關關系，又以NH3-N 指標相關性最高。TP 濃度會在降雨后的一段時間持續處于高位。（3）由于秸稈還田不完全，水稻種植肥料等，秸稈浸泡水、水稻灌溉水隨降雨一同匯入河道，可能是造成豐水期水質惡化的主要原因。改善秸稈還田方式、加強農耕管理是解決豐水期水質惡化的主要措施。