鵝卵石濾料廠家2004—2016年長江干流氮、磷濃度變化趨勢

　　鵝卵石濾料剩生產(chǎn)廠家2004—2016年長江干流氮、磷濃度變化趨勢。基于長江干流宜賓、宜昌、漢口、大通和上海(石洞口) 5個斷面2004—2016年NH3-N和TP濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用spearman 秩相關(guān)系數(shù)法探究長江干流氮、磷濃度的年際變化趨勢和年內(nèi)變化規(guī)律。結(jié)果表明: 研究期間長江干流上游的NH3-N濃度低于中下游，可達(dá)到GB 3838—2003《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，TP濃度在全河段濃度均較高，達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn); NH3-N濃度在此期間具有顯著下降趨勢，而TP濃度呈顯著上升趨勢; 上游NH3-N濃度并不隨流量變化，TP濃度與流量的年內(nèi)分布呈正相關(guān)，中下游的NH3-N和TP濃度與流量的年內(nèi)分布均呈負(fù)相關(guān)。

　　0 引 言

　　近年來，水體的富營養(yǎng)化趨勢已經(jīng)危及國內(nèi)所有的江河湖庫，水體富營養(yǎng)化成為保護(hù)我國水體環(huán)境迫切需要解決的問題。國內(nèi)外相關(guān)研究表明：氮、磷營養(yǎng)元素正是誘發(fā)水體富營養(yǎng)化的重要因素[1-2]，氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)在湖泊、水庫、河流和海灣等緩流水體中富集，最終導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化[3]。

　　長江是世界第三、我國第一大河流，分布著全國1/3的人口、GDP、糧食產(chǎn)量、水資源和40%的水能資源。長江流域橫貫中國大陸中部，跨越東中西三大經(jīng)濟(jì)地帶，連接南北，在國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位[4]。伴隨著近些年來經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，整個流域內(nèi)的大量氮、磷最終都匯聚入長江水體中，給長江的水體環(huán)境安全造成了巨大的安全隱患。因此，本文通過分析長江干流NH3-N和TP濃度的年際變化趨勢和年內(nèi)變化規(guī)律，探究長江干流水體目前的氮、磷負(fù)荷狀態(tài)，為長江流域氮、磷控制等水質(zhì)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為預(yù)防和治理水華提供參考。

　　1 數(shù)據(jù)來源與方法

　　1.1 數(shù)據(jù)來源

　　本文采用2004—2016年長江干流上宜賓、宜昌、漢口、大通和上海(石洞口)5個斷面NH3-N和TP的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測斷面位置如圖1所示。其中，宜賓位于長江上游，反映長江上游水體的氮、磷特征;宜昌位于長江上游和中游的結(jié)合處，完整控制長江上游100.6萬km2的廣大地區(qū)，反映上游水體進(jìn)入中游時(shí)的最終狀態(tài);漢口則是長江中游的主要控制斷面，控制流域面積為148.8萬km2，水質(zhì)體現(xiàn)長江中游的水體特征;大通地處長江下游，是長江干流的總控制斷面，控制流域面積為170.5萬km2[5];上海(石洞口)臨近河口，反映入海前水體中的氮、磷濃度。因此，這5個重要斷面的NH3-N和TP變化基本體現(xiàn)出長江干流水體氮、磷的變化趨勢。

　　圖1 監(jiān)測斷面位置

　　1.2 研究方法

　　目前國內(nèi)外研究水質(zhì)變化趨勢的常用方法有時(shí)間序列分析法、滑動平均法、spearman秩相關(guān)系數(shù)法和季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗(yàn)法等，這些方法的分析側(cè)重點(diǎn)各不相同，各有優(yōu)劣。其中，spearman秩相關(guān)系數(shù)法沒有需要長序列數(shù)據(jù)的限制，適用于監(jiān)測數(shù)據(jù)較少且影響因素單一的相關(guān)檢驗(yàn)[6]。根據(jù)長江干流的實(shí)測數(shù)據(jù)情況，本文選用spearman秩相關(guān)系數(shù)法研究NH3-N和TP濃度的變化趨勢。

　　秩相關(guān)系數(shù)法又稱等級相關(guān)系數(shù)法，是衡量時(shí)間序列變化趨勢在統(tǒng)計(jì)上有無顯著性的常用方法，在污染物濃度變化趨勢研究中得到大量應(yīng)用[7-10]。用于檢驗(yàn)水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)序列與其響應(yīng)時(shí)間序列間的相關(guān)性，從而判斷水質(zhì)序列在時(shí)間序列上是否存在趨勢變化，計(jì)算公式如下：

　　(1)

　　di=Xi-Yi

　　(2)

　　式中：di為變量Xi和Yi的差值;Xi為周期i到周期N按濃度值從小到大排列的序號;Yi為按時(shí)間排列的序號;N為年份。

　　將秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對值同spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值Wp進(jìn)行比較，如果|rs|>Wp，則表明變化趨勢有顯著意義;如果rs為正值，則表明數(shù)據(jù)序列具有上升趨勢;如果rs為負(fù)值，則表明數(shù)據(jù)序列具有下降趨勢。

　　2 分析結(jié)果

　　2.1 長江干流氮、磷濃度總體水平

　　結(jié)果分析主要從長江干流N、P濃度的整體水平、年際及年內(nèi)變化3個方面展開[11-19]。2004—2016年，長江干流5個主要斷面NH3-N和TP濃度的平均值和變化幅度，如圖2和圖3所示。可知：NH3-N濃度大通斷面和上海斷面的年均值和年際變幅均大于宜賓、宜昌和漢口斷面，達(dá)到GB 3838—2003《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中，ρ(NH3-N)大通斷面平均值最高，達(dá)到0.416 mg/L，分別是漢口斷面和宜昌斷面的4.5，4.0倍;年際變幅大通斷面也較高，達(dá)到0.341 mg/L，分別是漢口斷面和宜昌斷面的4.5，9.7倍。TP濃度從上游到下游監(jiān)測斷面年均值整體屬正態(tài)分布，漢口斷面濃度最高，達(dá)到0.132 mg/L，宜昌斷面濃度最低，為0.102 mg/L，其他監(jiān)測斷面TP濃度相差不大，但均超出Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。年際變幅方面，宜賓斷面變幅最大，達(dá)到0.157 mg/L，分別是上海斷面和漢口斷面的5.2，3.9倍。

　　平均值;         變化幅度。

　　圖2 各斷面NH3-N濃度的年均值和年際變幅

　　平均值;       變化幅度。

　　圖3 各斷面TP濃度的年均值和年際變幅

　　總體來看，長江干流水體的NH3-N濃度空間差異明顯，上、中游的NH3-N濃度遠(yuǎn)低于下游，為Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但下游的NH3-N濃度不穩(wěn)定，平均濃度和年際變幅均較大;TP平均濃度在長江干流上游、中游和下游都較高，為Ⅲ類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，年際變幅上游高于下游，其原因可能是下游TP濃度相對較高比較穩(wěn)定，變化幅度不大，上游水質(zhì)較好，受到外界干擾變化較為顯著。

　　2.2 長江干流氮、磷濃度年際變化

　　2004—2016年，宜賓、宜昌、漢口、大通和上海(石洞口)5個斷面的NH3-N和TP濃度年際變化如圖4和圖5所示。采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法對上述5個斷面年際變化趨勢顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

 —宜賓;       —宜昌;      —漢口;      —大通;   　—上海。

　　圖4 各斷面NH3-N濃度年際變化曲線

　　NH3-N濃度宜賓斷面在2004年以后明顯降低，一直保持低濃度水平，近年來有波動上升趨勢，但檢驗(yàn)結(jié)果不顯著;宜昌和漢口斷面2004—2016年13年均保持在0.1 mg/L左右，無明顯波動，但顯著性檢驗(yàn)結(jié)果顯示在α=0.05和0.01時(shí)，兩斷面具有顯著意義，且呈下降趨勢;大通斷面波動起伏較大，出現(xiàn)4個波峰，最大波峰出現(xiàn)在2013年，高達(dá)0.619 mg/L，整體呈上升趨勢，但檢驗(yàn)結(jié)果顯示無顯著意義;上海(石洞口)斷面也有4個波峰，最高的波峰出現(xiàn)在2005年，達(dá)到0.548 mg/L，檢驗(yàn)結(jié)果顯示濃度波動整體呈下降趨勢，具有顯著意義(α=0.01)。TP濃度宜賓斷面呈先上升后下降的起伏狀態(tài)，在2012年達(dá)到最大值，為0.219 mg/L，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果呈下降趨勢，且具有顯著意義(α=0.01);宜昌、漢口和大通斷面濃度均呈波動上升趨勢，其中，大通斷面起伏最大，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果在α=0.05和0.01時(shí)均無顯著意義，宜昌和漢口顯著性檢驗(yàn)結(jié)果均有顯著意義;上海(石洞口)斷面濃度較為平緩，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果呈下降趨勢，但無顯著意義。總體來看，長江干流的NH3-N濃度整體呈顯著下降趨勢，而TP濃度整體呈上升趨勢。

　　—宜賓;—宜昌;—漢口;—大通;—上海。

　　圖5 各斷面TP濃度年際變化曲線

　　表1 各斷面NH3-N和TP濃度年際變化趨勢顯著性檢驗(yàn)

　　2.3 長江干流氮、磷濃度年內(nèi)變化

　　宜賓、宜昌、漢口、大通和上海(石洞口)5個斷面NH3-N和TP濃度和徑流量的年內(nèi)變化如圖6和圖7所示。NH3-N濃度在宜賓和宜昌斷面年內(nèi)變化很小，基本在0.1 mg/L附近波動;漢口、大通和上海(石洞口)斷面濃度呈凹狀起伏波動趨勢，年內(nèi)變幅分別為0.166，0.356，0.39 mg/L，三斷面在5—11月濃度相對較低，最低濃度通常出現(xiàn)在6月，12—3月濃度相對較高，最高濃度通常出現(xiàn)在3月。TP濃度在宜賓和宜昌斷面表現(xiàn)出起伏較大的凸?fàn)畈▌樱?—8月濃度相對較高，10—2月濃度相對較低，兩斷面最大值分別出現(xiàn)在7月和8月，其中，宜賓斷面7月濃度遠(yuǎn)超長江干流其他斷面各月濃度，高達(dá)0.192 mg/L;漢口、大通和上海(石洞口)斷面濃度年內(nèi)呈現(xiàn)起伏凹狀波動狀態(tài)，年內(nèi)變幅分別為0.027，0.045，0.03 mg/L，兩斷面最小值分別出現(xiàn)在6和7月，5—8月濃度相對較低，1—4月濃度相對較高。結(jié)合長江干流徑流量年內(nèi)分布，長江干流的上游NH3-N濃度與徑流量相關(guān)性較低;TP濃度與徑流量呈正相關(guān)關(guān)系，濃度隨徑流量增大而升高，反之亦然。中下游的NH3-N和TP濃度與徑流量呈負(fù)相關(guān)趨勢，在夏季豐水期，濃度較低，在冬季枯水期，濃度相對較高。

　　流量;

           —宜賓;—宜昌;—漢口;—大通;—上海。

　　圖6 各監(jiān)測斷面NH3-N濃度年內(nèi)變化曲線

 

　　流量;

　　—宜賓;—宜昌;—漢口;—大通;—上海。

　　圖7 各監(jiān)測斷面TP濃度年內(nèi)變化曲線圖

　　3 結(jié) 論

　　利用2004—2016年長江干流上宜賓、宜昌、漢口、大通和上海(石洞口)5個斷面NH3-N和TP水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法對長江干流氮、磷濃度的年際和年內(nèi)空間變化進(jìn)行了初步研究，研究結(jié)果顯示：

　　1)研究期間，長江干流NH3-N濃度空間差異顯著，上游和中游NH3-N濃度遠(yuǎn)低于下游，為GB 3838—2003 Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，下游NH3-N濃度不穩(wěn)定，且年際變幅較大;長江干流TP濃度都較高，為Ⅲ類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，TP濃度上游年際變幅高于下游。

　　2)長江干流宜昌、大通和上海(石洞口)斷面NH3-N濃度呈下降趨勢，且具有顯著意義;TP濃度宜賓斷面呈下降趨勢，宜昌和漢口斷面呈上升趨勢，且都具有顯著意義。因此，長江干流的NH3-N濃度呈下降趨勢，TP濃度呈上升趨勢。

　　3)長江干流上游NH3-N濃度與徑流量年內(nèi)分配相關(guān)性不顯著，TP濃度與徑流量的年內(nèi)分布呈正相關(guān)關(guān)系，徑流量越大濃度越高，徑流量越小濃度越低。中游和下游NH3-N和TP濃度與徑流量的年內(nèi)分布呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在豐水期，濃度較低;在枯水期，濃度相對較高。

　　一、文章亮點(diǎn)

　　分析長江干流NH3-N和TP濃度的年際變化趨勢和年內(nèi)變化規(guī)律，探究長江干流水體目前的氮、磷負(fù)荷狀態(tài)，為長江流域氮、磷控制等水質(zhì)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為預(yù)防和治理水華提供參考。

　　二、文章簡介

　　本文采用2004—2016年長江干流上宜賓、宜昌、漢口、大通和上海(石洞口) 5個斷面NH3-N和TP的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測斷面位置如圖1所示。

　　采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法對上述5 個斷面年際變化趨勢顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

　　總體來看，長江干流的NH3-N濃度整體呈顯著下降趨勢，而TP濃度整體呈上升趨勢。

　　結(jié)合長江干流徑流量年內(nèi)分布，長江干流的上游NH3-N濃度與徑流量相關(guān)性較低; TP濃度與徑流量呈正相關(guān)關(guān)系，濃度隨徑流量增大而升高，反之亦然。中下游的NH3-N和TP濃度與徑流量呈負(fù)相關(guān)趨勢，在夏季豐水期，濃度較低，在冬季枯水期，濃度相對較高。

　　三、重要結(jié)論

　　研究期間，長江干流NH3-N濃度空間差異顯著，上游和中游NH3- N濃度遠(yuǎn)低于下游，為GB 3838—2003 Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，下游NH3-N濃度不穩(wěn)定，且年際變幅較大; 長江干流TP濃度都較高，為Ⅲ類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，TP濃度上游年際變幅高于下游。

　　長江干流宜昌、大通和上海(石洞口) 斷面NH3-N濃度呈下降趨勢，且具有顯著意義; TP濃度宜賓斷面呈下降趨勢，宜昌和漢口斷面呈上升趨勢，且都具有顯著意義。因此，長江干流的NH3-N濃度呈下降趨勢，TP濃度呈上升趨勢。

　　長江干流上游NH3-N濃度與徑流量年內(nèi)分配相關(guān)性不顯著，TP濃度與徑流量的年內(nèi)分布呈正相關(guān)關(guān)系，徑流量越大濃度越高，徑流量越小濃度越低。中游和下游NH3-N和TP濃度與徑流量的年內(nèi)分布呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在豐水期，濃度較低; 在枯水期，濃度相對較高。

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