东辽河四双大桥断面污染物通量估算

东辽河四双大桥断面污染物通量估算

随着我国水环境问题的加剧，跨行政区域河流污染事件频发，不仅使人们喝得高兴，而且还造成了巨大的经济损失，影响了社会稳定。因此，对流域内边界段污染物的总量研究非常重要。作为流域污染物总量控制的基础,其可为跨界流域的水环境管理提供必要参考。目前,国内外学者已从不同角度对各流域污染物通量估算进行了研究与探讨。依据河流年内径流量的变化,河流年内分为丰水期、平水期、枯水期3个水期,各水期的河流污染负荷的主要来源、相对降雨强度及水质水量相关关系等不同,可作为污染物通量估算方法选择的依据。笔者采用Webb等所构造的5种常用时段通量估算公式,根据河流的3个水期将一年划分为3个相应时段,在3个水期各自特点的基础上,分析并选择各水期的合适方法对东辽河四双大桥断面的污染物通量进行估算,并以此作为东辽河的分水期通量估算方法。1辽宁康平流域降水特征东辽河发源于吉林省辽源市萨哈岭,流经辽源、梨树、公主岭、双辽及辽宁省西丰、图昌等市县,在辽宁省康平县三门郭家与西辽河汇合,全长406km,其中吉林省境内长321km,流域面积10136km2,河道比降0.5‰。流域降水受季风影响年变率较大,年内降水量分配不均。吉林省污染源普查结果显示,吉林省地区农业面源对流域内河流污染物负荷的贡献率已经超过50%。2学习方法2.1通量估算公式目前,Webb等所构造的5种常用时段通量估算公式被研究者们所普遍采用,富国等已较为详细地分析了5种估算方法的应用取向,其公式及应用范围详见表1。2.2河流污染物负荷及河流水质水量相关关系分析河流年内径流量一般受气候、土壤结构、地表植被、地形地貌等自然条件和流域内人类活动的共同影响。根据河流水文特征,按年内径流量的大小可将河流全年分为丰水期、平水期、枯水期,据此可将河流一年划分为丰水期、平水期、枯水期3个对应时段,则河流的年时段污染物通量估算表达式为:年通量=丰水期通量+平水期通量+枯水期通量。其中各水期的污染物通量估算最优方法在上述5种常用方法中选择。河流中的污染物来源为流域内点源污染、面源污染及河流本底值,其中点源污染负荷常年固定排放,面源污染则与流域地表情况、降雨等关系密切,污染物负荷的主要来源(包括点源、面源或点源-面源混合型)不同时,污染物浓度与径流量变化的关系不同,因此河流水质、水文数据及水质水量相关关系可直接影响其污染物通量估算方法选择和估算结果,对河流污染物通量估算方法的选择及其结果有着重要意义。笔者从河流污染物负荷的主要来源、水质水量相关关系、相对降雨强度、结冰作用几个方面对河流各水期污染物通量估算方法的合理性进行分析,以确定各水期内合适的估算方法。东辽河流域属于温带季风气候,夏季多雨,冬季寒冷干燥。河流丰水期集中在夏季,降雨充沛,径流量占全年总径流量的比例大且有暴涨暴落、波动范围大的特点,水期较短,一般只有2～3个月,水质监测数据有限,因此分析其浓度与流量关系的意义不大,结合丰水期特点和流域地区农业面源污染较重的情况,认为丰水期河流污染物负荷以面源占优,在计算过程中采用以强调时段总径流量且以面源占优的方法5来估算最合适。平水期降雨强度较弱,水期较长且常规水质监测数据较多,但河流污染物负荷来源不明显,不能简单地判断为点源或面源占优,因此需要结合平水期水质水量相关关系及其与丰水期和枯水期的相对降雨强度来确定合适估算方法。枯水期多集中在冬季,流量很小且波动范围不大,水质监测数据也有限,由于水期内降雨降雪带来的面源污染很小,可认为其污染物负荷主要来源于河流点源,其污染物通量估算采取方法3最为合适。此外,冬季枯水期由于河水结冰进入冰封期,其最小流量取决于冰封期初期河流流量的大小。若初期河流流量小则会发生断流,需要说明,估算公式中的K值为有流量时间短的转换系数。320水文水质状况选取东辽河四双大桥断面水质监测数据较多的2007年进行通量估算,估算因子为CODcr和NH3-N。东辽河在2007年属于偏枯水年,其中7～8月为丰水期,3～6和9～10月为平水期,其余为枯水期。2007年东辽河四双大桥断面水文水质监测数据如表2所示。各水期径流量占年径流量比例中枯水期、丰水期、平水期分别为13.6%、38.9%、47.5%。3.1东辽河四双大桥断片湿地断裂带污染物通量估算结果2007年东辽河四双大桥断面丰水期和枯水期径流量分别占年径流量的38.9%和13.6%。按照不同时期所选择的估算方法,经计算得到丰水期污染物通量:CODcr为1324.6t,NH3-N为69.5t;枯水期污染物通量:CODcr为243.6t,NH3-N为20.6t。其中由于枯水期内1～2月无水质监测数据,但1、2、12月为冰封期,未出现断流且水量波动范围较小,故估算时采用与其月均流量近似的12月数据。2007年东辽河平水期为期6个月,径流量占年径流量的47.5%,总径流量和平均月径流量分别是丰水期的1.22倍和0.41倍、枯水期的3.49倍和2.33倍。运用SPSS统计软件对平水期CODcr、NH3-N的浓度与流量进行相关性分析,Pearson相关系数(95%显著性水平下,样本数为5)分别为-0.005和-0.186,即相关性不显著。结合平水期河流污染物通量估算方法选择依据,由于同等时间长度内降雨量越大,面源污染对河流污染负荷越大。与丰水期相比,平水期平均月降雨量,降雨强度和降雨密度也小,则面源负荷减弱,且与枯水期相比,平水期点源负荷的流达率较高,因而点源负荷加强。用方法1到方法5对平水期CODcr和NH3-N通量分别进行估算(表3),可见强调点源占优的方法3估算结果大于方法1,强调面源占优的方法4估算结果大于方法2,则时间离散相为正,而以强调总径流量和以面源占优的方法5估算结果低于方法4和方法2。综上分析,可以认为平水期点源相对占优,使用方法3的估算结果更合适。综合3个水期污染物通量估算结果,可以得出2007年东辽河四双大桥断面CODcr和NH3-N的全年通量分别为3323.7t和278.3t。表4为各水期通量及全年通量估算结果。3.2该研究筛选方法的估算结果用5种常用方法估算了2007年东辽河四双大桥断面通量,并将其估算结果与该研究筛选的方法进行对比,用R代表2种结果的相对误差,R=(5种常用方法估算结果-该研究筛选方法估算结果)/该研究筛选方法估算结果*100%。具体情况列于表5。可以看出,该研究筛选方法的估算结果高于常用的5种方法,CODcr的相对偏差在-9.7%～-20.0%之间,NH3-N的相对偏差在-6.1%～-24.5%之间。在不考虑该研究筛选方法估算结果的情况下,方法3的估算结果是常用的5种方法中最可信的。5种方法中方法3的R最小,该研究筛选方法的估算结果与方法3的估算结果接近且较大,原因在于对丰水期通量估算考虑到面源负荷占优的影响。综上所述,与采取5种常用方法中的某一种估算结果作为河流年时段内污染物通量相比,该研究依据2007年东辽河水期将其划分为3个时段,分别选择合适的方法所估算出的污染物通量具有更高的准确性和科学性。4污染物通量估算(1)东辽河丰水期内污染物负荷以面源占优,且水期短、径流量大,方法5最适合其水期的通量估算。(2)枯水期污染物负荷主要来自于河流点源污染,方法3最适合估算其污染物通量,考虑冬季枯水期有无结冰导致的断流现象,公式中以K值代表实际有流量时间段的转换系数。(3)平水期依据其水质水量