（水文学及水资源专业论文）于桥水库入库河流水质评价及其趋势分析.pdf

摘要 由于社会经济的发展，工农业及社会生活用水呈逐年增加的趋势，于此同时 用水量也大幅增加。正是由于人类对河流的过度攫取以及污染物的过度排放，使 河流水质不断恶化，影响了供水安全。为了更充分的了解河流水质水量的演变过 程，清楚水质水量的现状及未来，从而利用趋势分析对水质水量的发展过程进行 模拟。本文主要是以于桥水库上游水质水量为研究对象，对于桥水库上游水质进 行评价后，运用线性回归法、m a n n k e n d a l l 法对水库上游的三条主要河流的水质 与水量进行趋势分析，从而了解于桥水库近3 0 年的水质水量变化过程。取得的 主要成果如下： ( 1 ) 以用单因子水质评价法对典型年与2 0 0 0 2 0 0 7 年的水质进行了评价， 评价结果显示于桥水库上游来水的水质不容乐观。 ( 2 ) 利用线性回归法、季节性m a n n k e n d a l l 法对水库上游的来水量进行了 分析，结果显示黎河入库水量呈上升趋势，沙河、淋河呈下降趋势。入库河流总 水量呈上升的趋势。 ( 3 ) 利用线性回归法与k e n d l l 检验法对于桥水库上游来水的水质进行了趋 势分析。并根据数据的特点将资料分为两个时间段分别分析，两个时间段分别为： 19 8 0 2 0 0 7 年与2 0 0 0 2 0 0 7 年。 关键词：水质因子；水量；趋势分析；水质评价 a b s t r a c t a sar e s u l to fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t , i n d u s t r i a la n ds o c i a ll i f eh a si n c r e a s e dy e a r b yy e a rw i t ht h el e v e lo fp o s i t i v et r e n d si nw a t e rc o n s u m p t i o na tt h es a m et i m ea l s o i n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y h u m a nc a r r i e do u te x c e s s i v ee x p l o to nm a n yr i v e r s ，s ot h a t r i v e rw a t e rq u a l i t yd e t e r i o r a t i n ga n da f f e c t i n gt h ew a t e rs u p p l ys e c u r i t y t oe n a b l e u st om o r ef u l l yu n d e r s t a n d i n gt h ee v o l u t i o no fw a t e ra n dr i v e rw a t e r q u a l i t yp r o c e s s ， c l e a r l yt h ec u r r e n ts t a t u so fw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t ya n di nt h ef u t u r e ，t h u st h eu s e o ft r e n da n a l y s i so fw a t e ra n dq u a l i t yo fw a t e rt os i m u l a t et h ed e v e l o p m e n tp r o c e s s t h i sa r t i c l ei sb a s e do nt h ey u q i a or e s e r v o i ri nt h eu p p e rr e a c h e sf o rt h es t u d yo f w a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t y , a f t e rw a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o n ，t h eu s eo fl i n e a rr e g r e s s i o n ， m a n n k e n d a l lm e t h o d ，a n dt h es e a s o n a lk e n d a l lt e s tt h eu p p e rr e a c h e so ft h e r e s e r v o i rw a t e rq u a l i t yo ft h r e em a j o rr i v e r sa n dw a t e r , f o rt r e n d a n a l y s i s t o u n d e r s t a n dt h ec h a n g eo ft h ew a t e rq u a l i t ya n dw a t e rv o l u m e ，i nt h ep a s t3 0y e a r s m a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： f i r s t ，s i n g l e - f a c t o re v a l u a t i o no fw a t e rq u a l i t ya p p l i e st ot h ey e a r so f2 0 0 0 2 0 0 7 a n dt y p i c a ly e a r e v a l u a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h eu p p e rr e a c h e so ft h ey u q i a o r e s e r v o i rc a nn o tb eo p t i m i s t i ca b o u tt h ew a t e rq u a l i t y s e c o n d l y , u s eo fl i n e a rr e g r e s s i o n ，t h es e a s o n a lm a n n - k e n d a l lm e t h o dt ot h eu p p e r r e a c h e so ft h er e s e r v o i rw a t e rw e r ea n a l y z e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ev o l u m eo fl i r i v e ri sr i s i n g ，s h a h er i v e ra n dl i nr i v e ro p p o s i t e t h r e er i v e r su p w a r dt r e n di n t h et o t a la m o u n to fw a t e r f i n a l l y , t h eu s eo fl i n e a rr e g r e s s i o nm e t h o d ( u s i n ge x c e lt od e a lw i t h ) a n dt h e s e a s o n a lk e n d l lt e s t ( u s i n gt h em a t l a bp r o g r a m m i n gf o rd a t a ) t ow a t e rq u a l i t yo f y u q i a or e s e r v o i rf o rt h et r e n da n a l y s i s a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ed a t a i n f o r m a t i o ni sd i v i d e di n t ot w ot i m ep e r i o d sw e r ea n a l y z e d t h et w ot i m ep e r i o d s w a r e19 8 0 2 0 0 7a n d2 0 0 0 - 2 0 0 7y e a r s k e yw o r d s ：w a t e r q u a l i t yf a c t o r , w a t e rv o l u m e ，t r e n da n a l y s i s ，w a t e rq u a l i t y a p p r a i s a l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：走芝、媸签字日期：弘力 年气月于日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗态堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：赶龟年 导师签名： c矿 n 勿砷 签字日期：炒7 年7 月尹日 签字日期：一年q 月弋日 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 于桥水库是引滦入津工程重要的调蓄水库，承担着天津市供水水源地的任 务；其入库水量由两部分组成，一是引滦水，二是自产水。于桥水库流域面积为 2 0 6 0 k m 2 。其中，沙河水系8 8 7 k m 2 占4 3 1 ，黎河水系面积4 8 8 k m 2 占2 3 7 ， 淋河水系面积2 5 2 k m 2 占1 2 2 ，库区面积4 3 3 k m 2 占2 1 0 。 于桥水库自1 9 8 3 年引滦入津工程通水以后至8 0 年代中后期，水质良好，基 本处于中营养状态。近十多年来，随着流域内的社会经济迅速发展，入库污染负 荷急剧增加，水库水质恶化。至9 0 年代末期，水库水质部分时段已经出现i v v 类，水质恶化和富营养化发展速度惊人。2 1 世纪初，引滦水水质有所好转，特 别是2 0 0 3 年州河暗渠的建成和使用，引滦沿线下游水质基本稳定。但于桥水库 上游污染情况仍然严重，要达到并长期保持引滦水质满足饮用水源的功能还任重 道远。 调查发现近年来上游来水入库水量和水质都有较大改变，而且改变方向对保 证供水安全不利。近十年来，入库水源水质明显变差，主要是因为于桥水库库周 边村落没有统一的污水收集处理设施，生活污水大部分随地泼到，生活垃圾和人 畜粪便在雨季也随地表径流一起流入水库，这些入库的污水含有大量的有机营养 物质，加之其他的污染因素，严重超出水库水体的自净能力，造成水库富营养化； 另外，库区周边的林地、园地、耕地每年使用化肥和农药后在土壤中的残留物， 遇降雨顺势汇入水中，汛期随地表径流入库。因此有必要掌握水量和水质历史变 化规律和今后发张趋势，及时探讨对主要不利因素的控制措施，防患与未然。 于桥水库是天津的供水水源，也全市工农业及生活用水的主耍来源，还担负 着市区的防洪及工农业供水的重要任务。因此对于桥水库水库上游干流河道的水 资源的质和量趋势进行分析研究，了解掌握其水资源的质与量的变化趋势，能够 为于桥水库及其上游河道的水资源保护以及对市区工农业供水水质与水量的安 全提供参考。本文主要研究主要目的是研究入库水量与水质的变化规律，了解于 桥水库上游来水的水质现状及水质的趋势情况，并对产生这种变化的原因进行分 析，以便及时了解与控制对供水安全不利的因素，确保天津的供水安全。 第一章绪论 1 2 国内外研究动态 1 2 1 水质评价的研究状况 水质是指水体的物理、化学和生物学的特征和性质。水质评价是以水环境监 测资料为基础，按照一定的评价标准和评价方法，对水质要素进行定性评价或定 量评价，以准确反映水质现状，了解和掌握水体污染影响程度和发展趋势，为水 环境保护和水资源规划管理提供科学依据。 1 2 1 1 水质评价指标的选择 水质评价参数的选择应遵循以下原则【1 】： 1 针对性原则，即评价参数能反映评价区域的重要水环境问题，满足水质 评价的目标要求； 2 适度性原则，即以适量的评价参数与水质评价获得可信的评价结果； 3 监测技术可行性原则，即所设置的评价参数必须是利用现有的技术手段 可获取监测数据。 1 2 1 2 水质评价标准 根据不同的评价类型，采用相应的水质标准。评价水环境质量，采用地面水 环境质量标准；评价养殖水体的质量，要采用渔业用水水质标准：评价集中式生活 饮用水取水点的水源水质，用地面水卫生标准；评价农田灌溉用水，采用农田灌溉 水质标准等。一般都以国家或地方政府颁布的各类水质标准作为评价标准。在没 有规定的水质标准情况下，可采用水质基准或本水系的水质背景值作为评价标 准。 本文采用目前我国普遍采用的地表水水质评价标准：地表水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 - - - - 2 0 0 2 ) 与中华人民共和国环境行业标准( h j t 3 3 8 2 0 0 7 ) 1 2 1 。 1 2 1 3 水质评价方法 国内外水质评价工作历经半个多世纪，早期的水质评价方法主要根据水的 色，味、嗅、浑浊等感官性状做定性描述，概念比较含糊。随着科技水平的不断 提高。人们对水体的物理、化学和生物性状有了较深入的认识随之发展了多种水 环境评价方法。目前，国内外水环境质量评价方法多种多样，提出的评价方法不 少于5 0 6 0 种之多，如：郭周亭的水资源量评价方法浅析【3 】；汪红军，彭建华，梁 开封的综合水质标志指数法在水库水质评价中的应用【4 】；扬威等的因子分析法在 伊通河水质评价中的应用【5 1 ，朱志超，刘燕燕等的东湖水质的面积加权法评价分 第章绪论 析1 6 】等，各种方法各有利弊。现阶段可将水质评价方法可分为两大类，一类是以 水质的物理化学参数的实测值为依据的评价方法；另一类是以水生物种群与水质 的关系为依据的生物学评价方法。目前水质评价较多采用的是物理化学参数评价 方法，这种方法又分：单项参数评价法即用某一参数的实测浓度代表值与水质 标准对比，判断水质的优劣或适用程度。多项参数综合评价法即把选用的若干 参数综合成一个概括的指数来评价水质，又称指数评价法。在我国水质评价中最 常用的是单因子评价方法和综合评价方法【1 】： 1 单因子评价法 单因子评价方法将各参数浓度代表值与评价标准逐项对比，以单项评价最差 项目的类别作为水质类别。单因子评价法是目前使用最多的水质评价法该法简单 明了，可直接了解水质状况与评价标准之间的关系，给出各评价因子的达标率、 超标率和超标倍数等特征值。主要方法有标准指数法、污染超标倍数法。 在我国水质评价中，尽管单因子评价法为大家普遍采用，但该方法因为只能 进行定性评价，在所依托的评价标准不断修正( g b 3 8 3 8 系列标准：8 8 ，9 9 ，2 0 0 2 ) 的情况下，根据单因子评价获得的评价结果几乎很难进行比较：而且该方法在水 环境总体概念上存在局限：但对于有问题的水质因子，即水体中污染严重的水质 因子可以明确的给出1 1 。 2 综合评价法 综合评价法的主要特点是用各种污染物的相对污染指数进行数学上的归纳 和统计，得出一个较简单的代表水体污染程度的数值。综合评价法能了解多个水 质参数与相应标准之间的综合相对关系，但有时也掩盖高浓度的影响常用的综合 评价法的数学模式有：幂指数法、加权平均法、向量模法、算术平均法。通常采 用的综合评价法有： 简单综合污染指数法( p 值法) 、综合污染指数法、水质水量系数法、有机综 合评价法、布朗水质数法等。 基于多个水质指数的综合评价从定量角度期望建立不因水域变化和水质标 准变化而破坏水质评价的连续性，但由于提出的指标体系与局部水域特点关系密 切，评价结论不能像单因子方法一样明晰水质问题所在，但是综合评价能较清晰 的判断水质的污染程度，从而从整体了解水体的质量；而且方法简单，适用面广。 1 2 2 趋势分析的方法 趋势研究是指分析一段时间内某类随机变量的系列观测值，判断其总体概 率分布是否随时间变化，进而描述变化进程或变化速率【1 1 。 1 目前趋势分析方法的发展 第一章绪论 水质评价的客观需要推动水质趋势分析理论与方法的研究工作。美国地质调 查局( u s g s ) 自2 0 世纪7 0 年代末就每5 年进行一次趋势分析，美国在全国和 州的河流的水质趋势评价中采用的方法多为季节性肯达尔方法。我国在2 0 世纪 8 0 年代末将g u g s 的水质趋势分析技术方法引入国内，并在淮河流域和1 9 9 5 年 的全国水资源质量评价中应用。2 0 0 4 年全国水资源综合规划，全国统一采用由 中国水利水电科学研究所水环境研究所开发的软件p w q t r e n d ，该软件也是基于 季节性肯达尔检验法。 河流的水质状况是受多因家综合作用的复杂系统。对河流水质的变化趋势进 行分析研究，是国内外水质监测及评价工作面临的一项重要课题。目前，对河流 水质的变化趋势进行分析有两种方法，一种是根据过去实测水质资料进行模拟建 模，通过模型的计算来预侧水质的趋势，也称水质预侧。这种方法比较复杂，需 要相当大的资金投人，所需的资料也比较多。如水质、水文、河流地形等资料， 且不同的河流需要建立不同的模型，模型的适用范围十分有限。另一种是通过对 水质水量资料序列进行统计分析，找出水质发生变化的趋势。本文选用第二种方 法进行水质趋势分析。 在水质评价研究领域出现许多趋势分析方法，这些方法可分为序列建模法和 趋势检验法，趋势检验法又包括参数检验与非参数检验、法【到。几种常用的方法有： 回归分析法；时间序列分析法( b o x 觚dj e n k i n s 1 9 7 2 t 7 1 ：b o x 觚dt i a 0 ，1 9 7 5 1 8 j 等) ；水质g m 分析模型，具有代表行的是邓聚龙所著灰色预测与决剩9 1 ，1 9 8 9 年夏军等主编的水文系统识别等1 1 0 】：滑动平均法的应用也较广泛，如张祥伟在 1 9 9 3 年的论文国内外水质规划发展趋势【l 、秩次相关检验法、季节性k e n d a l l 检验法、以及由k e n d a l l 检验法推广出来m a n n k e n d a l l 检验法( h i r s c h ，1 9 8 2 1 2 】) 。 本文主要用的是线性回归法”j 、m a n n k e n d a l l 方法f 】引。 1 3 本文研究的主要内容 河流汇入水库的水体是污染物进入水库的主要载体。对入库河流水质水量进 行了解，不仅可以对水质的现状进行了解，更重要的是充分利用以往监测到的水 质、水量资料进行系统的分析研究，找出规律性的成果。从而对对上游水环境治 理提供必要的科学依据。主要监测项目有：p h 值、高锰酸钾指数、溶解氧、化 学需氧量、生化需氧量、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷、总氮和悬浮物等 1 1 项。其他如砷、汞、铬、氟化物、总硬度、总碱度、重金属、透明度、叶绿 素等作为辅助项目，总计项目为3 0 项。 具体的研究内容如下： 4 第一章绪论 1 调查、搜集、研究和分析于桥水库水质的状况；水质监测信息，水库的 运行、管理等方面的资料： 2 搜集、分析、整理水库及其附近的地形环境图以及有关属性信息、监测 点分布图、监测数据资料等； 3 对于桥水库上游的沙河、淋河与黎河进行水质评价。 4 分析各实测数据的时空变换规律，筛选不同的趋势分析方法，并建立趋 势分析的模拟模型； 5 采用趋势分析方法对水库水质水量趋势进行分析预测； 6 依据水质水量的趋势分析的结果，分析于桥水库水质的主要不利因素与 原因。 第二章于桥水库库区及流域概况 第二章于桥水库库区及流域概况 2 1 流域自然环境概况 2 1 1 地理位置 于桥水库位于天津市北部蓟县城东4 k m 处，燕山山脉南麓。北部与河北省兴 隆县、北京市平谷县相邻，南部与宝坻县隔蓟运河相望。东与河北省遵化县、玉 田县毗邻。西以河北省三河市为界。距离天津市区l1 5 k m 。于桥水库流域地理位 置为东经1 1 7 0 2 6 1 1 8 0 1 2 、北纬3 9 0 0 2 3 - 4 0 0 0 2 3 ，流域东西长6 0 k m ，南宽6 1 l k m ， 总面积2 0 6 0 o k m 2 。 2 1 2 地质地貌 于桥水库流域属于我国的燕山纬向构造体系。在大地构造上处于燕山沉降带 的南侧，地质历史古老，有太古界、元古界( 震旦纪下中统) 和第四纪地层。于 桥水库流域地形地势从东北向西南呈梯级下降，西北部是中山区；向南海拔逐渐 降低成低山丘陵区；中部为平原，中道山在平原的中部将其分割成北山、北川、 中山、南川、南山的“三山两川”的地貌格局。总体上说，流域由小面积的中山、 大面积的低山丘陵和不连续的平原组成，以流水剥蚀地貌为主。 山地：海拔一般在5 0 0 m 以上，相对高差2 0 0 m 8 0 0 m ，面积5 0 2 k m 2 ，占全流 域面积的2 4 4 。 丘陵：主要分布在山外围与洪积冲积平原的交接地带，海拔多在5 0 0 m 下， 相对高度5 0 2 0 0 m ，面积6 6 3 k m 2 ，占流域面积的3 2 2 。 河谷盆地和山间小盆地：面积1 0 2 k m 2 ，占全流域面积的5 。目前已恳为耕地。 平原：海拔小于5 0 m ，面积7 1 6 4 k m 2 。占全流域面积的3 4 8 ，属冲积、洪积 平原。 库区：水面面积7 4 k m 2 ，流域面积的3 6 。 2 1 3 流域气候 于桥水库流域属于暖温带半湿润大陆性季风型气候区。蓟县的多年平均气温 6 第章于桥水库厍眨展流域概况 为il5 。c 气温年较差可达3 l5 ：多年平均年降水量为7 5 0 r a m ，多年平均年蒸 发量为1 0 0 0 m m ，北部山区为9 0 0 m m ；年平均无霜期天数1 9 4 天：风向有明显的季 节变化，冬季以西北风、北风为主，夏季以东南风、南风为主秋季处于过度季 节，以西南偏南风较多。 2 1 4 河流水系 于桥水库流域内的河流属蓟运河左支州河水系，介于潮白河、滦河两大水系 之间，是海、滦河流域的重要水系之一。发源于燕山山脉，为雨水一地下承补给 型，超渗产流，多为季节性河流。于桥水库流域四面环山，该区陴水半沛，水系 发育，河网密度较大。流域内河流长度大于2 0 k m 的有i1 条，小于2 0 k m 的达3 0 多 条，多数是河短水急、汇流面积小、水量变化大、季节性强的小河流，这些小河 流汇集成较大的二大水系：一黎河、沙河与淋河。详见水库水系图( 2 i ) 2 1 5 植被、土壤 图2 - i 于桥水库水系圈 l 土壤 流域中土壤类型有棕壤、褐土、潮土三大类型。这三大土类，一般是从北向 第二章于桥水库库区及流域概况 南，从山区向平原呈带状分布。棕壤主要分布在兴隆县、蓟县的中、低山区，遵 化县只有零星分布。潮土分布在流域的西南部平原海拔2 5 m 以下的低洼地方。介 于两者之间的是褐土。 2 植被 流域中的植被属暖温带落叶阔叶林，植物种类较多，据不完全统计，流域中 野生维管束植物有5 3 2 种，分属于1 1 2 科，3 4 1 属。目前，全流域森林植被占总面 积的1 9 7 7 ，流域内现有的森林植被都是天然次生林和人工林( 包括针叶林、果 林) ，他们主要分布在山地丘陵区。由于环境的差异，形成了落叶阔叶林、温性 针叶林、针阔杂交林、灌丛、灌草丛、果树林、农田栽培植被等群落。 2 2 水库库区环境特征 2 2 1 于桥水库现状 于桥水库位于天津市蓟县城东4 千米处，库区位于燕山山脉边缘地带的州河 盆地，是一座山谷型盆地水库，水库坝址建于蓟运河左支流州河出口处，控制流 域面积2 0 6 0 k m 2 ，占整个州河流域面积的9 6 。州河由沙河、淋河、黎河三大支 流汇合而成，各支流上游沟涧甚多，支流分散成辐射状汇集于州河盆地，水库库 区即位于该盆地，最大回水长东西约为3 0 k m ，南北宽8 k m ，最大淹没面积2 5 0 k m 2 ( 正常蓄水位时淹没面积8 6 8 2 k m 2 ) 。州河流域境内雨量充沛，多年平均降雨 7 5 0 m m ，多年平均径流量5 0 6 亿m 3 ，水库运用初期，曾出现过坝下游大面积沼泽 化、管涌等现象，唐山大地震后，主河床附近坝段坝坡脚产生裂缝，坝基出现砂 层液化现象。“7 9 8 ”河南大水后，水库被列为病险水库，因此按千年二遇设计， 最大可能洪水校核标准对水库进行除险加固，设计洪水位2 5 6 2 m ，洪峰流量 8 3 2 7 m 3 s ，校核洪水位2 7 7 2 m ，洪峰流量1 7 9 6 0 m 3 s 。为保证引滦工程输水1 9 8 2 至1 9 8 3 年对大坝实施了加高坝顶、加固坝坡及坝基截渗等工程措施。1 9 9 5 年1 9 9 6 年采用高喷防渗墙结合坝后压重的方法再次对大坝进行了局部加固处理。2 0 0 1 年至2 0 0 3 年再次对大坝进行加固处理( 包括4 2 0 米的防渗墙，高压喷射灌浆、补喷、 接触灌浆、现浇硅防浪墙、减压沟回填、坝后压重、迎水坡护砌) 。 该库建于1 9 5 9 年，1 9 6 0 年7 月完成第一期工程( 拦河坝、泄洪洞) 。1 9 6 5 年续 建开挖溢洪道( 实际只开挖至2 3 o m 高程) 。水库大坝为一级建筑物，按千年一遇 洪水设计，最大洪水校核，抗震按8 度设防。水库正常蓄水位2 1 1 6m ，校核洪水 位2 7 7 2i l l 。总库容1 5 5 9 亿m 5 ，正常蓄水位2 1 1 6 m 大沽) ，汛限水位1 9 8 7m ，死 水位1 5 m ，水库下游直接影响范围有蓟县、宝抵、宁河、玉田、汉沽等各县( 区) 第二章于桥水库库区及流域概况 的低洼地区近百万人口，3 0 0 余万亩耕地。 作为引滦入津的重要调蓄水库，地表汇水是于桥水库来水的主要途径，由本 流域地表径流汇水和引滦输水两部分组成，设计引水量为1 0 l m 3 ，夏季主要受纳 本流域的径流汇水，其它季节则主要受纳来自大黑汀水库的滦河水。水库最主要 的功能是向城市供水，每年可向天津市供水约9 亿n 1 3 ，自1 9 8 3 年以来已向天津市 供水约1 4 8 亿m 3 。于桥水库l o 万亩水面是天津市城市供水之源。 天津地区干早缺水，水资源总量多年平均值为1 8 1 6 亿m 3 ( 不含入境水量) ，人 均水资源占有量1 6 0 m 3 ，仅为全国人均水资源占有量的7 ，是全国人均水资源占 有量最少的省、市之一。于桥水库是天津市惟一的水源地，是引滦入津工程的大 型调蓄水库，承担着向天津市供水的重要任务。于桥水库富营养化程度直接影响 着引滦水质的好坏，也是关系天津人民身心健康、社会稳定和国民经济发展的大 事。近1 0 多年来，于桥水库流域经济高速增长，城乡居民生活水平迅速提高，由 此引起的废水排放量成倍增加，特别是含氮、磷废水，通过河道流入水库，使水 库中氮磷浓度逐年增加。加之人们对水库缺乏有效地保护和再生，造成水资源短 缺和水环境质量的不断下降，致使于桥水库水环境逐年恶化。于桥水库的水量、 水质状况与天津市人民的生产与生活密切相关，但是水资源的短缺和水质污染的 交互影响使天津市的城市供水安全受到了严重的威胁。 于桥水库自1 9 8 3 年引滦入津工程通水以后至8 0 年代中后期，水质良好，基本 处于中营养状态。近十多年来，随着流域内社会经济迅速发展，入库污染负荷急 剧增加，水库水质恶化。至9 0 年代末期，水库水质部分时段已经出现v 类， 水质恶化和富营养化发展速度惊人。2 l 世纪初，引滦水质有所好转，特别是2 0 0 3 年州河暗渠的建成和使用，引滦沿线下游水质基本稳定。但于桥水库上游污染情 况依然严重。 2 2 2 水库上游污染物负载断面 于桥水库污染负载量的统计计算断面如下1 1 4 j ： 1 隧洞出口： 本断面为跨流域引滦入境水量水质的控制站。通过隧洞出口站可以计算历年 入境的水量与污染物入境负载量。可依此了解大黑汀水库及滦河上游的水量、水 质状态和变化规律。 2 黎河下游断面： 黎河下游的入库水量包括引滦入境水量和黎河水系自产水量。黎河下游的污 染物负载总量为引滦入境水污染负载量与黎河自产水携带污染物负荷量之和。黎 河中游有前毛庄站监控水量和水质。黎河下游断面为黎河入于桥水库总控制断面 9 第_ 二章于桥水库库区及流域概况 有长年的水质监测资料。 3 沙河下游断面： 沙河是于桥水库流域主要的水量呵污染负荷的来源。沙河中游有水平口水文 站控制水量并常年进行水质监测。沙河下游断面是沙河入于桥水库的总控制断。 4 淋河桥断面： 淋河桥位于淋河龙口水文站下游和淋河西沟汇合处。淋河桥站由于桥水库管 理处设常年水质监测点。其水量由龙门口水文站控制量和西沟及区间汇水水量组 成。 5 果河桥断面 果河桥断面位于沙河与淋河的交汇处，是沙河与淋河的总控制断面。 沙河是于桥水库流域控制面积最大的河流，而黎河的入库水量的占总水量的 百分比却是最大的，基本上水库的水量是由沙河、淋河、黎河三河水量组成。因 此沙河，黎河与淋河的水环境的质量直接关系到于桥水库对城市供水的质量。为 了充分保证城市供水安全，本文就以沙河、淋河、黎河的水质水量资料为基础， 利用趋势分析方法对其入库水量水质及主要污染源的可能变化趋势进行分析。 2 2 3 库区社会环境 于桥水库库区汇流面积4 2 4 k m 2 ，分布有1 7 个乡镇，2 3 7 个村落，人i s l 2 0 2 万 人。其中在高程2 7 7 2 m 以下邻近水库与水库环境密切相关的乡镇有1 0 个，共1 2 9 个自然村，总人口1 3 万人，耕地7 万亩，林地1 8 万亩，2 0 多个乡镇企业，5 4 - 度假 村，工业产值1 2 7 5 亿元。 汇入于桥水库的主要河流，沙河、黎河和淋河主要汇流区均在遵化市境内， 遵化市的工矿、企业、城镇、农田是造成流域水环境污染的重要来源。主要的工 业产值中，以矿山、化肥、啤酒、糠醛等企业为主。由于工业发展环境和水环境 保护措施相互对滞后，“三废”特别是废水处理尚未达标排放，而形成对于于桥 水库水体重要的污染源。 蓟县北部和遵化市相邻，沙河、淋河和黎河下游及于桥水库库区均在蓟县境 内。水库周边有1 0 多个乡，受水库水源之益，农业发达，养殖业星罗棋布，是蓟 县富饶之地。但经济发展的负面影响就是，水库周边的养殖业、鱼池等高污染负 荷的养殖用水回归入库严重影响水库水质。 l o 第三章入库河流水质评价 第三章入库河流水质评价 根据流域自然条件，运用单因子评价分别对流域丰水期、枯水期、平水期进 行评价。单因子评价是指每个评价指标与选定的评价标准单独进行对比评价，这 类评价可以给出各类评价因子的达标率、超标率和超标倍数等值。 本次评价采用国家地面水环境质量标准g b3 8 3 8 2 0 0 2 ) ) 与中华人民共和 国环境行业标准( h j t 3 3 8 2 0 0 7 ) 【2 】进行了评价【2 】o 地表水评价项目包括水温、p h 值、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮、氟化物、氯 化物、硝酸盐、铁、锰、挥发酚、硫化物和大肠菌群1 6 个项目。个别的测站的 有些评价因子欠缺。 3 1 水质评价方法 3 1 1 单因子水质评价法 单因子评价法将各参数浓度代表值与评价标准逐项对比，以单因子评价最差 项目的类别作为水质类别。本文使用的是单因子评价中的标准指数法。 标准指数法是指某一评价因子的实测浓度与选定评价标准的比值，计算公式 为： ，1 s ? = ( 3 1 ) c n 式中，s i 为评价因子i 在取样点的标准指数；c i 为评价因子i 在取样点的实 测值，m g l ；c 。j 为评价因子i 的标准值，m g l 。当评价因子标准指数 1 时，表明该水质因 子超出选定的水质标准，以不能满足要求。 3 1 2 综合因子评价法 本文使用的是简单综合污染指数法。简单综合污染指数法实质上为各项评价 因子标准指数加和的算术平均值，计算公式为： p = 吉挚 2 ， 第三章入库河流水质评价 岛= 豆 ( 3 3 ) c o f p 2 去喜乏 c 3 - 4 ， 式中，p 为综合污染指数；s ，为第i 种污染物的标准指数；c i 为第i 种污染 物实测平均浓度，m g l ；c o ；为第i 种污染物评价标准值，m g l 。 水质评价污染程度分级见表3 1 表3 1 水质污染程度分级 2 0 清洁 尚清洁 轻污染 中污染 重污染 严重污染 3 2 典型年的水质评价 丰水年的典型年选择了1 9 9 6 年。1 9 9 6 年于桥水库水文站降雨量1 0 8 4 m m ， 全流域普降大雨，8 月上旬于桥水库出现了1 9 6 0 年建库以来的最高水位2 2 6 2 m 。 由于雨量大，个河道均出现了高水位和较大流量过程，因此由于高水位、大流量， 使下垫面污染物溶出、汇集，污染物增加。但资料中只有非汛期的资料，因此本 文评价的是1 9 9 6 年非汛期的水质。 枯水年的典型年选取了1 9 9 7 年。1 9 9 7 年于桥水库的降水量只有3 8 6 m m 。由 于降水少，于桥水库处于超低水位运行，水库蓄水量少，自净能力降低，而且出 现了建库以来少有的“水华”现象。没有1 9 9 7 年资料的河流本文选取2 0 0 6 年为 典型年，2 0 0 6 年的降雨量为4 6 8 1 m m 。 平水年选1 9 9 8 年，该年降水量为7 8 8 9 r a m ，接近多年平均降雨量7 5 0 m m 。 3 2 1 单因子评价法对典型年的水质评价 本节采用的水质资料为：沙河1 9 9 6 年、1 9 9 8 年、2 0 0 6 年的水质资料；黎河 第三章入库河流水质评价 与果河的水质资料为1 9 9 6 年、1 9 9 7 年、1 9 9 8 年。利用单因子评价法，对典型年 的水环境进行质量评价，评价结果如下表3 2 、表3 3 和表3 4 所示。 表3 2沙河水质评价超标因子 沙河1 9 9 6 年的丰水年的评价结果( 表3 2 ) 为类水，其中锰、挥发性酚、 亚硝酸盐氮达到了类水的标准，铜、锌、总大肠菌群也有超标。2 0 0 6 年枯水 年非汛期的评价结果为v 类水，总氮超标严重，远远超过了v 类水的标准。亚硝 酸盐氮较硝酸盐氮、氨氮超出标准多；总大肠菌群、总磷也分别达到了i i 、类 水的标准。1 9 9 8 年平水年的( 资料中没有总氮、总磷) 评价结果为类水，亚 硝酸盐氮的浓度达到了类水的标准，其次还有六价铬、大肠菌群稍有超标。 第三章入库河流水质评价 1 8 1 o 1 0 2 0 0 1 3 2 4 0 0 1 5 0 o 1 o 0 1 2 0 0 0 1 2 1 1 0 2 1 3 0 1 2 0 i l v v 从表3 3 可以看出，果河1 9 9 6 年、1 9 9 7 年、1 9 9 8 年的水质量评价分别为 类水、类水、大于v 类水。主要是由于亚硝酸盐氮的浓度超标造成的，在这3 个典型年里，亚硝酸盐氮的水质类别最好的是类水。总大肠菌群也分别在1 9 9 6 年、1 9 9 7 年、1 9 9 8 年达到了类水、i 类水、i 类水的标准。氨氮在1 9 9 7 年也 有超标。水环境污染相当严重。果河含氮元素的污染物浓度超标是造成果河水质 下降的主要原因。 表3 4 黎河水质评价超标因子 氮 群 度盐铬菌硬酸价肠 总硝六大 亚 总 g 汐 第三章入库河流水质评价 从表3 - 4 可以看出，黎河1 9 9 6 年、1 9 9 7 年、1 9 9 8 年的水质量评价分别为 v 类水、类水、类水。都是由于亚硝酸盐氮的浓度超标造成的，硝酸盐氮、氨 氮的浓度在这三年中也有超标，说明含氮元素的污染物污染严重。总硬度与高锰 酸钾指数的水质类别为类水，其他水质因子均符合i 类水的标准。( 资料中没 有总氮、总磷、大肠菌群的监测值，因此评价结果可能有误差) 。 淋河由于缺少水质资料未作评价。 3 2 2 综合评价法对典型年的水质评价 本节采用的水质资料为：沙河1 9 9 6 年、1 9 9 8 年、2 0 0 6 年的水质资料；黎河 与果河的水质资料为1 9 9 6 年、1 9 9 7 年、1 9 9 8 年。利用综合因子评价法法，对典 型年的水环境进行质量评价，评价结果如下表3 - 5 、表3 - 6 和表3 7 所示。 表3 5 沙河水质评价 第三章入库河流水质评价 1 9 9 81 4 8 74 9 6严重污染 从以上各表( 表3 - 5 、表3 - 6 和表3 7 ) 可看出，典型年中沙河，果河和黎河 的水质均受到( 丰水年，枯水年和平水年) 的污染程度严重；黎河三年均为严重 污染，果河1 9 9 8 年为重污染，其余两年为严重污染，沙河的2 0 0 6 年为严重污染， 1 9 9 6 与1 9 9 7 年是重污染。 3 32 0 0 0 2 0 0 7 年的水质评价 3 3 1 单因子评价法对2 0 0 0 2 0 0 7 年的水质评价 通过对沙河，果河，淋河与黎河2 0 0 0 2 0 0 7 年的水环境进行单因子水质评价， 得知评价结果如下( 表3 8 ) 。 表3 - 82 0 0 0 2 0 0 7 年水质评价结果 1 沙河： 2 0 0 0 年2 0 0 7 年的水质评价结果是，每年的水的质量均为 v 类水的标准。 其中最主要的原因是总氮超标严重，8 年中总氮最小的浓度值为2 2 7 m g l ，比v 类水的标准值要大：氨氮只有在2 0 0 0 年1 月与2 0 0 7 年2 月的浓度达到了类水 的标准，其他年份时浓度均为低于类水标准：硝酸盐氮的浓度在7 年中都低于 i i i 类水的标准；亚硝酸盐氮的浓度在这8 年中每年均超过了v 类水的标准；五日 生化需氧量、总磷、溶解氧、大肠菌群、总硬度、高锰酸钾指数这些水质因子偶 有浓度超标，但都没到类水的标准；其他水质因子均符合i 类水的标准。 2 果河： 1 6 第三章入库河流水质评价 2 0 0 0 年2 0 0 7 年果河的水环境质量评价结果都为超过v 类水。而且每年总氮 浓度均超过v 类水标准；2 0 0 3 年2 0 0 7 年每年的铁污染也相当严重；2 0 0 3 年、2 0 0 5 年锰的含量也有超标现象，其他水质因子均满足i 类水的标准。 3 淋河： 由于总氮的污染严重，所以淋河在这8 年里均为大于v 类水。在2 0 0 0 年至 2 0 0 7 年中，氨氮最大浓度没有超过i i 类水标准；硝酸盐氮的最大浓度达到i 类 水的标准；亚硝酸盐氮比硝酸盐氮污染严重；总氮严重污染，最小浓度6 1 m g l ； 高锰酸钾指数、溶解氧、总硬度也有轻度超标；总磷的浓度变化大；其他符合i 类水的标准。 4 黎河： 黎河在2 0 0 0 年至2 0 0 7 年的水环境质量评价结果也是大于v 类水。其中最主 要的原因也是总氮超过v 类水的标准，最小浓度为2 8 8 ，即最小浓度都超过了超 过v 类水的标准。 3 3 2 综合评价法对2 0 0 0 2 0 0 7 年的水质评价 通过对沙河，果河，淋河与黎河2 0 0 0 2 0 0 7 年的水环境进行综合因子水质评 价，得知评价结果如下( 表3 9 ) 。 表3 - 92 0 0 0 2 0 0 7 年综合水质评价结果 河名年份 p 污染程度 2 0 0 03 3 2 9 严重污染 2 0 0 1 5 4 2 0 严重污染 2 0 0 2 4 9 5 0严重污染 沙河 2 0 0 4 3 5 9 0严重污染 2 0 0 53 3 5 0严重污染 2 0 0 6 4 4 1 0严重污染 第三章入库河流水质评价 由上表( 表3 - 9 ) 可以看出，沙河，果河，淋河与黎河2 0 0 0 2 0 0 7 年的水质 污染严重。其中沙河的2 0 0 0 2 0 0 7 年的水质均为严重污染。果河和黎河两河都只 有一年是重污染，其余是严重污染。淋河较其他河流要好，大部分为中度污染， 只有2 0 0 7 年为严重污染。 3 4 小结 通过丰水年( 1 9 9 6 年) 、枯水年( 1 9 9 7 年或2 0 0 6 年) 和平水年( 1 9 9 8 年) 三河的水质评价，三河水环境质量有如下的特点：首先，无论丰水年、枯水年还 是平水年，污染的主要原因之一都是含氮元素的污染物的含量超标，尤其总氮与 亚硝酸盐氮的浓度含量太高。其次，三河的水环境质量堪忧，三年的评价均为v 类水或类水，水质很差。 2 0 0 0 年至2 0 0 7 年的水质评价结果是，沙河、果河、淋河、黎河四条河流的 水质评价结果均为大于v 类水，总氮与亚硝酸盐氮的污染最为严重，淋河总氮的 最低浓度都达到了6 1 m g l 。因此含氮类元素的污染物成为于桥水库上游河流水 环境的主要问题之一。 总磷、总氮、高锰酸钾指数等经常作为水库富营养化的评价参数，水库上游 的河流总氮、总磷等的浓度含量超标，会直接影响水库的营养化状态。 第四章入库河流水最趋势分析 4 1 研究方法 第四章入库河流水量趋势分析 对于桥水库的水量进行趋势分析分析有利于对不利因素进行控制，有利于提 出科学、合理的水库水量供水安全控制方案等。对于水库上游水量的趋势分析， 本文采用如下方法：线性回归法f l 】、m a n n k e n d a l l 方法【1 3 】。 研究河段的选择：于桥水库中的水量资料主要由沙河、黎河和淋河的水文站 的监测资料而来。 本文水库上游干流的3 个监测站依次为：沙河水平口站、黎河前毛庄站、淋 河龙口站共三个站1 9 6 0 2 0 0 7 年的年实测入库水量监测资料进行趋势分析研究。 同时采用沙河，果河，黎河和淋河的1 9 8