黃 奔,戚浩強(qiáng),吳軍新,朱彩琳,劉水芹

(上海市水文總站,上海 200232)

黃浦江上游是上海重要城市水源,是上海市“兩江并舉、多源互補(bǔ)”總體原水布局的重要組成部分,承擔(dān)了向上海市部分市區(qū)和青浦、松江、金山、奉賢等郊區(qū)水廠的原水供應(yīng)[1],其重要戰(zhàn)略價(jià)值在2022年9月長(zhǎng)江水源地發(fā)生咸潮入侵影響后已得到體現(xiàn)。黃浦江干流的松浦大橋取水口是黃浦江上游飲用水水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)備用取水口。保護(hù)該地的水質(zhì)品質(zhì),有利于保障上海居民生活用水的戰(zhàn)略安全。

黃浦江上游松浦大橋斷面受上游內(nèi)陸河段來水的影響和長(zhǎng)江口潮汐的作用,是一條中等強(qiáng)度的感潮河流[2]。河段水流的流向、流速、流量經(jīng)常發(fā)生劇烈變化。因此,水質(zhì)問題存在反復(fù)性和復(fù)雜性[3]。如圖1所示,黃浦江上游來水分為3支:北支為斜塘-泖河(接太河)-攔路港-淀山湖;中支為園泄涇-大蒸港(接俞匯塘、浙江省紅旗塘);南支為泖港-秀州塘及掘石港-胥浦塘[4],主要承泄太湖、江蘇泖淀、浙江杭嘉湖大部分來水,在米市渡匯合為黃浦江干流[5]。

圖1 黃浦江上游水系及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

本文對(duì)上游來水、潮流量變化對(duì)松浦大橋斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)影響進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,探討松浦大橋備用水源地水質(zhì)變化原因,以期為上海水環(huán)境保護(hù)和治理提供參考。

1 斷面選取和分析方法

1.1 監(jiān)測(cè)斷面與數(shù)據(jù)來源

在黃浦江干流和上游3支來水分別選取松浦大橋斷面、斜塘夏字圩斷面、圓泄涇三角渡斷面、胥浦塘蔣古渡斷面作為代表斷面。本文主要涉及溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮、總磷(TP)、總氮(TN)共6個(gè)水質(zhì)指標(biāo)。所有水質(zhì)指標(biāo)均源于2017年—2022年上海市水文總站連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。此外,2017年—2022年黃浦江干流松浦大橋斷面潮流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來源于上海市水文總站水情在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1.2 分析方法

根據(jù)黃浦江水系污染特征[6],在單因子評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,選取其中的DO、CODMn、BOD5、氨氮及TP 5個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行水質(zhì)污染指數(shù)計(jì)算,綜合分析水質(zhì)污染狀況[7]。為定量分析松浦大橋備用水源地水質(zhì)與潮流量、上游來水的關(guān)聯(lián)和差異,本文利用SPSS軟件引入了相關(guān)分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法[8]。其中,水質(zhì)污染指數(shù)如式(1)～式(2)。

(1)

(2)

其中:P——水質(zhì)污染指數(shù),無量綱;

Pi——單項(xiàng)污染指數(shù),無量綱;

Ci——污染物實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度,mg/L;

Si——評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值(以地表水Ⅲ類水質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)),mg/L;

n——參與評(píng)價(jià)項(xiàng)目數(shù)。

DO污染指數(shù)計(jì)算如式(3)。

(3)

其中:P′i——t下的DO污染指數(shù);

t——溫度,℃;

C飽(t)——t下的飽和DO質(zhì)量濃度,mg/L;

C′i——t下的DO實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度,mg/L;

C標(biāo)(t)——t下的DO標(biāo)準(zhǔn)值,mg/L,標(biāo)準(zhǔn)值參考《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)進(jìn)行換算。

2 黃浦江上游3支來水水質(zhì)變化情況

根據(jù)上海市水文總站2017年—2022年對(duì)斜塘夏字圩斷面、圓泄涇三角渡斷面、胥浦塘蔣古渡斷面的連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分析黃浦江上游來水主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)DO、CODMn、BOD5、氨氮、TP、TN的變化趨勢(shì),并運(yùn)用水質(zhì)污染指數(shù)綜合分析水質(zhì)污染變化趨勢(shì)。

上游3支來水單因子參數(shù)年均值變化如圖2所示。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡的DO年均值呈振蕩上升趨勢(shì),水質(zhì)類別為Ⅱ類及以上,其中最高值出現(xiàn)在2021年;胥浦塘蔣古渡的DO年均值呈“上升-下降”趨勢(shì),水質(zhì)類別為Ⅲ類,最高值出現(xiàn)在2019年。3支來水CODMn年均值均呈先下降后上升的趨勢(shì),其中胥浦塘蔣古渡水質(zhì)改善趨勢(shì)相當(dāng)明顯,最小值出現(xiàn)在2021年,水質(zhì)類別從Ⅳ類提升到Ⅲ類。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡基本維持在Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),其中2019年達(dá)到了Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡BOD5年均值呈“上升-下降-再上升”趨勢(shì),總體呈上升趨勢(shì),水質(zhì)類別基本維持在Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn),2022年水質(zhì)類別下降到Ⅲ類。胥浦塘蔣古渡的BOD5年均值呈“明顯下降-小幅上升”趨勢(shì),水質(zhì)類別從Ⅳ類提升到Ⅲ類。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡氨氮年均值呈現(xiàn)“降低-反彈-平穩(wěn)”趨勢(shì),水質(zhì)類別均為Ⅱ類。胥浦塘蔣古渡氨氮年均值呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì),水質(zhì)類別從Ⅲ類提升到Ⅱ類。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡TP年均值小幅振蕩上升趨勢(shì),水質(zhì)類別整體維持在Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。胥浦塘蔣古渡TP年均值呈現(xiàn)逐年穩(wěn)步下降趨勢(shì),水質(zhì)類別從Ⅳ類提升到Ⅲ類。斜塘夏字圩TN年均值總體呈現(xiàn)小幅波動(dòng)的穩(wěn)定趨勢(shì)。圓泄涇三角渡TN年均值呈“短暫上升-明顯下降-小幅上升”趨勢(shì),整體下降趨勢(shì)較為明顯,最低值出現(xiàn)在2021年。胥浦塘蔣古渡TN年均值呈現(xiàn)“明顯下降-觸底反彈”趨勢(shì),最低值出現(xiàn)在2020年。胥浦塘蔣古渡2020年后TN的上升與氨氮的下降,提示水體中有機(jī)氮、硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮等其他方面氮源污染可能有所上升,值得警惕。

圖2 黃浦江上游來水主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化趨勢(shì)

從各支流監(jiān)測(cè)指標(biāo)變化趨勢(shì)來看,斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡變化趨勢(shì)較為相似,整體呈現(xiàn)“改善-反彈”趨勢(shì),其中整體變差的指標(biāo)有BOD5和TP。BOD5在2022年的上漲,使得其水質(zhì)類別由Ⅱ類下降到Ⅲ類,影響較為突出;TP指標(biāo)雖有上升,但未影響其水質(zhì)類別。胥浦塘蔣古渡的主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)呈現(xiàn)明顯改善的趨勢(shì),尤其是BOD5、TP的改善,在水質(zhì)類別從Ⅳ類提升到了Ⅲ類的過程中起到了很大貢獻(xiàn)。從整體趨勢(shì)來看,上游來水在2021年后存在水質(zhì)污染小幅回潮現(xiàn)象,這可能與上游來水的水質(zhì)污染情況有關(guān)。

如圖3所示,黃浦江上游3支來水水質(zhì)污染指數(shù)變化趨勢(shì)圖,2017年—2022年斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡變化趨勢(shì)較為相似,可以分為均為“上升-下降-再上升”3個(gè)階段。第一階段(2017年—2018年)為小幅上升階段,第二階段(2018年—2019年)為水質(zhì)改善階段,第三階段(2019年—2022年)為觸底反彈持續(xù)上升階段。斜塘夏字圩和圓泄涇三角渡水質(zhì)污染指數(shù)雖有波動(dòng),但整體水質(zhì)情況良好。2017年—2022年胥浦塘蔣古渡則呈現(xiàn)“持續(xù)改善-小幅反彈”的兩個(gè)階段。第一階段(2017年—2021年)為持續(xù)改善階段,水質(zhì)污染指數(shù)由1.03下降到0.67,下降幅度達(dá)到35.0%;第二階段(2021年—2022年)為小幅反彈階段,水質(zhì)污染指數(shù)從0.67上升到0.74。因此,綜合來看,目前上游來水經(jīng)過長(zhǎng)期有效管控和治理,水質(zhì)得到穩(wěn)定改善。

圖3 黃浦江上游來水水質(zhì)污染指數(shù)趨勢(shì)

3 黃浦江上游松浦大橋斷面水質(zhì)變化情況的相關(guān)性分析

3.1 黃浦江上游松浦大橋斷面水質(zhì)年際變化趨勢(shì)

對(duì)2017年—2022年松浦大橋斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(表1)進(jìn)行分析,DO呈平穩(wěn)上升趨勢(shì),均維持在Ⅱ類以上水平。值得關(guān)注的是,2022年年均值水質(zhì)類別提升到Ⅰ類水平,增幅約為14.9%。CODMn呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì),總體下降趨勢(shì),水質(zhì)類別常年介于Ⅱ～Ⅲ類。BOD5質(zhì)量濃度常年在1.9～3 mg/L,2022年有小幅反彈。氨氮從2017年—2020年呈連續(xù)下降趨勢(shì),經(jīng)過2021年反彈后,在2022年又下降,水質(zhì)類別常年處于Ⅱ類水平,降幅約為36.8%。TP質(zhì)量濃度常年在0.11 mg/L左右波動(dòng),呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的趨勢(shì)。TN在2017年—2021年總體呈下降趨勢(shì),降幅為26.1%,2022年TN有所反彈。綜上,6年間黃浦江上游干流水源地水質(zhì)改善明顯,并呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢(shì)。

表1 松浦大橋斷面主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)年均值統(tǒng)計(jì)

由水質(zhì)污染指數(shù)變化趨勢(shì)(圖4)可知,2017年—2022年松浦大橋斷面水質(zhì)污染指數(shù)呈現(xiàn)“小幅上升-明顯下降-趨于穩(wěn)定”態(tài)勢(shì)。結(jié)果顯示,黃浦江上游備用水源地水質(zhì)近年來處于穩(wěn)中向好的趨勢(shì)。

圖4 松浦大橋斷面水質(zhì)污染指數(shù)變化

3.2 松浦大橋斷面潮流量變化與水質(zhì)變化的相關(guān)性

如表2所示,2017年—2022年,黃浦江年落潮量基本圍繞“320億m3”上下波動(dòng),年漲潮量整體呈現(xiàn)“先下降后上升”趨勢(shì),年凈泄量整體呈現(xiàn)“先上升后下降”趨勢(shì)。落潮量和凈泄量波動(dòng)范圍較小。

表2 松浦大橋斷面潮流量

如表3所示,本文對(duì)水質(zhì)污染指數(shù)與年潮流量進(jìn)行相關(guān)性分析,可知近年來水質(zhì)污染指數(shù)與年潮流量無顯著相關(guān)性。

表3 松浦大橋斷面超流量與水質(zhì)污染指數(shù)相關(guān)系數(shù)

根據(jù)污染物通量計(jì)算(表4),在上游年潮流量基本穩(wěn)定的情況下,隨著黃浦江上游松浦大橋斷面污染平均濃度的下降,污染物總通量也得到了穩(wěn)步下降。同時(shí),進(jìn)一步佐證了黃浦江上游水源地區(qū)域水環(huán)境治理成效的持續(xù)顯著。

表4 松浦大橋斷面污染物通量

3.3 上游來水水質(zhì)與干流松浦大橋斷面水質(zhì)相關(guān)性分析

如表5所示,近6年松浦大橋斷面與上游來水的水質(zhì)參數(shù)相關(guān)性分析表明,松浦大橋水質(zhì)與上游來水的各項(xiàng)指標(biāo)存在不同程度的相關(guān)性。具體來看,與胥浦塘蔣古渡來水水質(zhì)對(duì)比來看,CODMn和氨氮具有高度顯著相關(guān)(CODMn:r=0.912,p<0.01; 氨氮:r=0.792,p<0.05)。CODMn和氨氮是水質(zhì)污染指數(shù)統(tǒng)計(jì)中的主要相關(guān)指標(biāo),所以兩處水質(zhì)污染指數(shù)相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.832(p<0.05)。與圓泄涇三角渡來水水質(zhì)對(duì)比來看,雖然兩處DO、CODMn相關(guān)性較強(qiáng)(p<0.05),TN高度顯著相關(guān)(p<0.01),但氨氮、TP相關(guān)性程度不高,從而導(dǎo)致兩處水質(zhì)污染指數(shù)中等相關(guān)性(r=0.509);與斜塘夏字圩來水水質(zhì)對(duì)比來看,僅TN指標(biāo)存在相關(guān)性(r=0.746,p<0.05),其他指標(biāo)無明顯相關(guān)性。因此,胥浦塘蔣古渡和圓泄涇三角渡的水質(zhì)提升對(duì)黃浦江上游松浦大橋水源地水質(zhì)有改善意義,其中胥浦塘蔣古渡作用更明顯。

表5 松浦大橋斷面與黃浦江上游來水水質(zhì)參數(shù)相關(guān)系數(shù)

結(jié)合圖3、圖4結(jié)果,本文認(rèn)為,上游圓泄涇三角渡、斜塘夏字圩兩支流水質(zhì)與松浦大橋斷面水質(zhì)常年較為接近,且水質(zhì)保持在總體穩(wěn)定。在此基礎(chǔ)上,胥浦塘蔣古渡來水水質(zhì)的持續(xù)改善是松浦大橋斷面水質(zhì)持續(xù)向好的主要原因。值得注意的是,2021年以后3支來水的水質(zhì)污染指數(shù)均高于松浦大橋水質(zhì)污染指數(shù),得益于上游來水水量水質(zhì)的控制,使得污染物匯入量小于環(huán)境承載能力,從而3支來水匯合后污染物濃度在松浦大橋斷面得到降低。

4 結(jié)論

黃浦江上游水源地水質(zhì)在2017年—2022年呈現(xiàn)穩(wěn)中向好趨勢(shì)。近年來,上游圓泄涇三角渡、斜塘夏字圩2支流來水水質(zhì)常年總體處于良好狀態(tài),胥浦塘蔣古渡來水水質(zhì)得到明顯提升。胥浦塘蔣古渡來水水質(zhì)改善對(duì)黃浦江上游水源地水質(zhì)提升貢獻(xiàn)最大。水質(zhì)污染指數(shù)與黃浦江潮流量的相關(guān)性分析表明,近年來黃浦江潮流量對(duì)黃浦江上游水源地水質(zhì)無顯著影響。結(jié)合上游來水變化情況來看,上游來水污染物匯入量下降,減輕了水源地環(huán)境承載負(fù)荷,從而使得自凈能力得到盈余,水質(zhì)不斷得到了進(jìn)一步的改善。下一步,應(yīng)進(jìn)一步完善管理法規(guī)、強(qiáng)化執(zhí)法監(jiān)督,有效控制水源地點(diǎn)源及農(nóng)業(yè)面源污染,提高農(nóng)村生活污水處理率,加強(qiáng)跨省合作機(jī)制建設(shè)和流域溝通,加強(qiáng)聯(lián)合監(jiān)測(cè)與建立預(yù)警平臺(tái),促進(jìn)黃浦江上游水源地的水環(huán)境質(zhì)量處于更好水平。