太子河流域污染物排放及指標累計貢獻率分析

甘 宇

（遼寧省葫蘆島水文局，遼寧 葫蘆島 125300）

1 概述

本溪市位于遼寧東部， 地形呈啞鈴形分布，因受地形影響， 淺層地下水埋深在0.6～7.5m之間，該區域主要為第四系孔隙水和淺承壓水， 市內有大中小河流200多條， 在水資源評價中， 按流域可劃分為太子河、渾江、叆河3個四級區，按行政分區可劃分為7個縣級評價區、36個評價子單元。 太子河流域兩岸堤防長164.3km，堤距800～1800m，防洪標準為50年一遇，設計流量5050m3/s。 流域平均徑流深288.1mm，月間、年間差異較大，在雨季和旱季表現出鮮明的季節特征， 由于特殊氣象條件河流會出現干涸現象，太子河流域年均水資源14.48億m3，開發利用率僅22.75%。 該流域內有觀音閣、湯河和貝窩水庫3座水庫，是本地區工業、農業及生活用水的重要水源。

從本溪市水質點源污染方面分析， 本溪市渾江流域和太子河流域老官砬子以上區域的地表水水質較好，基本上達到Ⅱ類標準。 而老官砬子以下，由于大峪溝、溪湖溝、千金溝、本鋼建材廠、福金溝、鄭家河溝等排污口的污水匯入， 太子河水質惡化至劣Ⅴ類。 細河流域下馬塘以上，由于沒有大量的排污，水質較好達到Ⅱ類標準；下馬塘以下，由于南芬區大量生活污水和各廠礦的污水排放， 細河流經北臺廠區后水質急劇下降為劣Ⅴ類，最終匯入太子河。

從本溪水質面源污染方面分析， 根據2018年數據，全市污廢水排放總量為9495萬t，主要污染物中，工業化學需氧量產生量4.21萬t，去除率98.41%；工業氨氮產生量0.39萬t，去除率94.11%。水體中的主要超標污染物是氨氮及高錳酸鹽指數。 其中氨氮污染物的來源主要是農業化肥的使用。 農村生活污水直接排放沒有經過處理，城鎮雖經過處理，但由于污水處理廠處理能力低，處理不及時、不徹底同樣會對水體產生污染。 故選取萬元單位GDP廢水排放量、城鎮污水處理率及單位農田面積氮磷肥施用量作為生態環境狀況的評價指標。

2 本溪太子河流域污染物排放

2.1 廢水排放及處理情況

根據本溪市2010—2018年的污水排放量及處理率，如表1。

表1 城市污水排放量 單位：萬t

根據表1可以看出本溪市的生活污水排放量雖然有一定波動，但在相對穩定范圍內變化。 每年的工業廢水排放量變化很大，整體呈先增加后減少的趨勢，近3年穩定在較低的一個水平。 城鎮污水包括生活和工業污水排放量，一直維持在1億t以內，且生活污水所占比例明顯增加。 城市污水處理率繼續提高，從2010年的84.53%提高到2018年的99.55%。 為了定量分析污水排放量的變化趨勢， 利用MK趨勢分析方法計算各年污水排放量的Z值， 結果如表1。由計算結果可知，2010—2018年間本溪市生活污水排放量呈不顯著的增加趨勢，由此可知，本溪市的廢水排放的增加主要是生活污水排放的增加引起的。 與此對應的是，城市污水處理率則呈極其顯著的增加趨勢［1］。

2.2 工業主要排放物及處理情況

本溪地區工業主要排放物以化學需氧量排放及氨氮排放量為典型指標進行分析。根據《本溪統計年鑒》 中工業COD的排放與產生以及工業NH3-N排放數據如表2。 利用Mann-Kendall趨勢檢驗分析2010—2018年間上述4項指標變化趨勢。

由表2可看出，本溪市的工業COD產生量呈現先增長后減少的趨勢， 這與該地經濟發展及工業產值有極強的相關性。 而工業NH3-N量除2018年外都比較穩定。 對于排放量，工業COD和NH3-N的排放量呈現持續減少趨勢， 這與污水處理率不斷提高直接相關。

表2 工業主要污染物產生及排放量 單位：萬t

分析各污染物產生量及排放量的變化趨勢可看出，2010—2018年年間本溪市主要污染物的產生量來看，工業COD的產生呈不顯著的減少趨勢，而工業氨氮產生量為不顯著的增加趨勢。 對于排放量，COD達到了極其顯著的減少水平， 工業NH3-N則達到了顯著的減少水平?？傊鞠形廴疚锏漠a生量雖有增有減，但排放量已顯示出顯著下降。

3 化肥施用量分析

考慮到水質監測指標值TN、TP及NH3-N的含量較高， 因此對可能導致這些指標較高的化肥施用量進行相應分析。 整理《本溪市統計年鑒》中氮肥、鉀肥、磷肥施用量數據如表3。

表3 農田化肥施用量

由表3可看出，本溪市2010—2018年間氮肥施用量最多，均用量都在420kg/hm2左右。 氮、磷、鉀3項合計達600kg/hm2，高于我國平均化肥用量328.5kg/hm2，同樣大幅高于世界平均化肥施用量120kg/hm2。 本溪市化肥量接近世界平均水平4倍，遠高于我國和世界平均水平。因此研究區化肥的過量使用問題嚴重，對水質影響程度較高。

MK趨勢分析的Z值結果表明2010—2018年間本溪市氮肥和磷肥施用量表現為顯著減少趨勢， 鉀肥為不顯著的減少趨勢。 對于均量，氮肥呈現1.5水平的減少趨勢，鉀肥呈現不顯著的減少趨勢，磷肥為沒有增加也沒有減少趨勢。

綜上所述，研究區化肥施用量有一定減少趨勢，但不論同國內還是世界的平均水平相比， 化肥施用總量和均量仍維持在非常高的水平， 太子河流域水體中TN、TP和NH3-N濃度較高與化肥長期大量施用有很大關系。

4 各污染指標累計貢獻率分析

4.1 水質監測指標及污染物排放量的相關性

以觀音閣水庫為例， 利用Pearson相關系數判斷各水質監測指標和污染物排放量之間的相關性，利用雙尾檢驗判斷相關性結果的顯著性［2］，結果如表4。

表4 各水質監測指標與污染物排放指標的Pearson相關系數及其顯著性分析結果

結果表明，BOD指標與生活污水排放量呈極顯著的正相關關系， 說明BOD指標的升高與生活污水的排放有直接關系，且與氮肥施用量關系較大，COD指標與各指標的相關關系皆達不到顯著程度， 但與生活污水排放及工業COD的排放呈正相關關系，說明COD指標的升高與上述兩指標的排放密切相關。NH3-N與生活污水排放量呈顯著正相關關系， 但也與生活污水的排放密切相關。 TN雖與各指標的相關性都達不到顯著程度，但與生活污水排放量、磷肥施用量和鉀肥施用量的相關性相對較高。 TP與TN相同，與各指標間的相關性都達不到顯著程度，但與磷肥施用量之間達到了最大的正相關關系［3-4］，與工業COD、NH3-N的產生量及氮肥施用量呈負相關關系。

綜上所述， 除TP外各指標濃度的增加均與生活污水排放量有直接或間接的關系［5-6］，說明減少生活污水的排放或生活污水處理后再排放， 將對水體的治理有很大幫助，且4個指標濃度的增加均與化肥施用量息息相關。

4.2 各污染物指標間貢獻率分析

進一步分析各污染物排放量對指標的貢獻程度，利用SPSS軟件進行各指標間的貢獻率分析［7-9］，進一步探討對污染物指標影響最大因素。

根據貢獻率分析的結果， 對除NH3-N外各指標影響最大因素為生活污水排放量， 其中對BOD影響占56.75，COD占51.72%，TN占49.97，TP占53.12%。 且對于NH3-N 影響最大的因素為鉀肥施用量為52.49%，生活污水排放有很大影響，為34.42%。 由此可見， 生活污水的排放及化肥的施用是導致水體污染的主要因素［10］，與上述研究結論相符。

5 結語

（1）研究區的廢水排放及處理情況雖然有一定波動， 但整體上還呈現明顯轉好趨勢。 根據主成分分析及貢獻率分析結果，生活污水排放量對水質影響非常大，生活污水減排或處理后再排放將對改善水體質量有很大幫助。

（2）研究區的化肥施用量有一定減少趨勢，但不論同國內還是世界平均水平相比，化肥施用總量和均量仍維持在非常高的水平，太子河流域水體中TN、TP和NH3-N濃度較高與化肥長期大量施用有很大關系， 具體的相關程度和作用過程仍有待進一步研究。