于秀英

(凌源市興源街道水利站,遼寧 凌源 22500)

1 研究區(qū)概況

碧流河是遼東半島的主要河流之一，發(fā)源于遼寧省大連市蓋州市萬福鎮(zhèn)廟溝新開嶺，海拔高度1047 m。碧流河在蛤螞什嶺附近進入大連市莊河市，并在陽街道尖山村河口注入黃海。碧流河干流全長156 km，多年平均徑流量8.6億m3，是大連市的主要地表水來源河流[1]。碧流河萬福鎮(zhèn)以上河段為上游，萬福鎮(zhèn)至碧流河水庫段為中游，碧流河水庫以下為下游。碧流河流域?qū)儆诘湫偷闹袦貛駶櫄夂颍募痉置?，多年平均氣?0.6 ℃，多年平均降雨量739.4 mm。流域內(nèi)主要土地類型為林地和耕地，分別占全部流域面積的75%和19%，其余為居民用地、水域等土地利用類型。流域內(nèi)有小石硼、孟家店等9個氣象站以及礦洞溝、繭場、玉石水庫、碧流河四個水文站。

隨著大連市城市發(fā)展速度的加快，為了解決城市供水問題，1985年8月在碧流河干流上修建了碧流河水庫，并先后在其上中游的干流和支流上修建了玉石水庫、紅旗水庫等兩座中型水庫和7座小型水庫。其中，碧流河水庫位于大連市與營口市交界處的碧流河干流上，距大連市區(qū)175 km，集水面積2085 km2，最大庫容9.34億m3[2]。水庫建成之后一直是大連市的主要供水水源地，自建成投入運行以來，已經(jīng)累計向大連市供水25億m3[3]。隨著遼東半島地區(qū)經(jīng)濟社會的迅速發(fā)展，大連市水資源短缺問題日漸突出，而碧流河流域的污染情況也不容忽視。在這一背景下，為了保證碧流河水庫向大連市提供優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定的水資源，加強對碧流河上中游的水質(zhì)的監(jiān)測和預(yù)測工作就顯得十分重要。

2 季節(jié)性Kendall檢驗法基本原理與計算流程

季節(jié)性Kendall檢驗法是水質(zhì)評價和預(yù)測研究領(lǐng)域的重要方法，其主要優(yōu)勢在于能夠?qū)ρ芯繑嗝姹O(jiān)測資料的非正態(tài)分布特征的發(fā)展趨勢進行分析，以實現(xiàn)對研究斷面未來水質(zhì)特征的發(fā)展和變化趨勢進行準(zhǔn)確掌握[4]。根據(jù)碧流河中上游污染現(xiàn)狀和污染物的主要特點，研究中選擇DO、CODmn、BOD5、NH3-N、TN和TP以及F-七種主要污染物作為水質(zhì)狀況的分析參數(shù)，根據(jù)2014—2018年5 a的水質(zhì)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對研究斷面未來水質(zhì)變化特征進行分析。

在季節(jié)性Kendall檢驗法中，零假設(shè)作為隨機變量出現(xiàn)，并且具有時間層面的獨立性，假定研究斷面在一年的 12個月中水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)具有大致相同的概率分布[5]，即可構(gòu)建出n年p月水質(zhì)實測數(shù)據(jù)矩陣如式(1)所示：

(1)

式中：x11，…xnp為各年各月份污染物指標(biāo)濃度監(jiān)測值，mg/L。

(1)對前p個月中第i個月情況的分析

設(shè)第i月內(nèi)的水質(zhì)序列中有ni個數(shù)值沒有被漏測，然后將所有月份的實測數(shù)據(jù)進行比較，并用xji-xki表示實測數(shù)據(jù)之間的差值。按照差值的符號特征進行統(tǒng)計，如果有Pi個正差值和Qi個負(fù)差值，并設(shè)Si=Pi-Qi在零假設(shè)具有正態(tài)分布特征，那么其均值如式(2)所示，方差如式(3)所示，第i月內(nèi)可以作比較的差值數(shù)據(jù)組個數(shù)mi表達如式(4)所示。

E(Si)=0

(2)

(3)

(4)

(2)對前p個月的整體情況分析

前p個月參數(shù)如式(5)～式(7)所示：

(5)

(6)

(7)

如果n≥10,S也滿足正態(tài)分布特征，則標(biāo)準(zhǔn)方差Z如式(8)所示：

(8)

(3)趨勢檢驗

(9)

趨勢檢驗顯著水平α的表達式為：

(10)

根據(jù)季節(jié)性Kendall檢驗法的理論研究成果和實踐經(jīng)驗[6]，趨勢檢驗的顯著性水平α的臨界值為0.1和0.01。具體而言，當(dāng)α≤0.01時，Kendall檢驗結(jié)果為高度顯著性；當(dāng)0.01≤α≤0.1時，Kendall檢驗結(jié)果為顯著性。當(dāng)t>0時，Kendall檢驗結(jié)果的顯著性呈上升趨勢；當(dāng)t<0時，Kendall檢驗結(jié)果的顯著性呈下降趨勢；當(dāng)t=0時，Kendall檢驗結(jié)果顯著性無明顯變化。

3 檢驗結(jié)果及分析

研究中選取礦洞溝、繭場、玉石水庫、碧流河四個監(jiān)測斷面2014—2018年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對碧流河上中游河段未來的水質(zhì)變化趨勢進行檢驗分析，將上述監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入軟件，得到表1～表4的檢驗結(jié)果。

表1 礦洞溝斷面水質(zhì)趨勢分析結(jié)果

表2 繭場斷面水質(zhì)趨勢分析結(jié)果

表3 玉石水庫斷面水質(zhì)趨勢分析結(jié)果

表4 碧流河斷面水質(zhì)趨勢分析結(jié)果

從表1-表4所列的碧流河中上游四個斷面的評價結(jié)果可以獲得如下結(jié)論：從總氮指標(biāo)來看，碧流河中上游的污染最為嚴(yán)重的是總氮指標(biāo)，全部四個計算斷面均已經(jīng)超過國家地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的V 類標(biāo)準(zhǔn)，在繭場和玉石水庫斷面該指標(biāo)沒有明顯的升降變化趨勢，而其余兩個斷面呈現(xiàn)出顯著的下降趨勢。究其原因，主要是上游地區(qū)大力推廣綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)以及農(nóng)民環(huán)保意識不斷增強，碧流河水庫由于受到大伙房水庫供水工程來水量不斷增大的影響，水庫水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，特別是總氮指標(biāo)下降比較顯著。從溶解氧指標(biāo)來看，玉石水庫斷面呈顯著上升趨勢，這與當(dāng)?shù)鼐用窕顒佑幸欢P(guān)系，繭場斷面無明顯變化，其余兩個斷面呈顯著下降趨勢。高錳酸鉀、五日生化需氧量以及總磷指標(biāo)的各個斷面濃度指數(shù)變化波動不大，大部分?jǐn)嗝娉薀o明顯變化趨勢。氨氮和氟化物指標(biāo)在繭場斷面呈顯著下降趨勢，其余斷面無明顯變化，究其原因主要與河流匯流后流量增大，污染物遭到一定程度稀釋有關(guān)。總體而言，碧流河上中游水體除了總氮指標(biāo)超標(biāo)比較嚴(yán)重之外，其余指標(biāo)值均符合Ⅰ類至Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水體水質(zhì)情況總體穩(wěn)定，可以滿足向大連市供水的基本要求。

4 結(jié) 語

本次研究中調(diào)查了碧流河上中游地區(qū)的自然與社會情況，利用季節(jié)性Kendall檢驗法對四個典型斷面的水質(zhì)情況進行綜合評價。結(jié)果顯示，碧流河上中游水體除了總氮指標(biāo)超標(biāo)比較嚴(yán)重之外，其余指標(biāo)值均符合Ⅰ類至Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水體水質(zhì)情況總體穩(wěn)定，可以滿足向大連市供水的基本要求。但是，鑒于提高碧流河水庫供水水質(zhì)以及研究區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的需求，碧流河上中游蓋州市和莊河市等各級政府應(yīng)該進一步加大環(huán)境保護力度，特別是不斷推進綠色農(nóng)業(yè)推廣力度，加大對流域內(nèi)高污染工礦業(yè)的監(jiān)管，提高廣大居民的環(huán)保意識，不斷降低污染物排放量，為從源頭提升碧流河上中游的水質(zhì)提供保障。