汉江干流中游断面污染物通量估算方法研究

朱艳容，龙雪峰，方文宏

(长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局，湖北 襄阳 441000)

水体污染物浓度反映的是水质情况，不能反映水量对浓度的影响和监测断面污染物的总量[1]，随着最严格水资源管理制度的提出[2]，水体污染物浓度的控制已不能满足水污染治理的要求。污染物通量是指断面在一定时间内某种污染物的通过量，其测算结果不仅能够用于表征各类污染源的入河负荷，也可反映流域污染特征和水化学演化规律[3]。污染物总量控制是水污染治理的一项重要措施，兼顾了现有的污染治理水平和水体纳污能力[4]，掌握河流污染物通量估算方法以及通量变化规律对污染控制与管理具有重要意义。

河流中的污染物通量不仅与径流量大小及污染物浓度有关，同时也受到点源和面源污染以及河流本底的影响[5- 6]。因此，需根据不同水质断面、不同污染物及其污染来源与特点，选择合适的方法估算河流污染物通量。

1 研究区域

选择余家湖水文站断面，该断面位于汉江干流中游位置。在丹江口大坝下游120km处，河段顺直平缓，主河槽宽在600～800m之间。河床由砂及卵石组成，水生植物较少，多年冲淤变化不明显。受采砂活动影响河床地形较为复杂，床面多有起伏，呈不规则锯齿状。河段水流顺畅，无阻水、壅水现象。

2 研究方法

2.1 水质监测方法

采集水样与水文测量同步，对研究断面的主要污染指标CODMn、氨氮、总磷等进行实验室分析。分析法采用国家标准或者水利、环境行业标准。

2.2 流量测定方法

基于ADCP测定流量并处理数据。

2.3 污染物年通量的估算方法

河流污染物年通量的估算方法，理论上污染物时段通量可用下面的数学公式估算。

(1)

式中，Q(t)—瞬时流量，m3/s；C(t)—瞬时浓度，mg/L。

该公式需同步记录河流每个瞬间的流量值与浓度值，操作难度较大，实际工作中很难实现。监测中，长期的连续流量资料相对容易获得，而水质监测周期相对较长与水质浓度的连续数据较难获得，只能获得分布离散的、时间跨度较大的监测数据，所以上述时段通量的积分公式通常转化为算术表达式:

(2)

式中，Qi—瞬时流量，m3/s；Ci—瞬时浓度，mg/L;Qa—时段平均流量，m3/s；Ca—时段平均浓度，mg/L;T—估算时段，s；Q＂i—时均流量偏差，m3/s；C＂i—时均浓度偏差，mg/L;n—估算时段的样品数量。

式(2)中，第一项为时均流量和时均浓度的乘积，为对流项，第2项为时均离散项[7]，因此式(2)可简化为表1中5种计算方法[8]。

表1 时段通量的估算方法

注：K为估算时段的转换系数，n为估算时间段内的样品数量。

3 监测数据

水文数据为余家湖水文站断面2016年每日获取的流量数据，见表2。

研究采用的水质数据来源于汉江水环境监测中心2016年余家湖水文站断面每月监测数据，见表3。

表2 余家湖水文站断面2016年流量单位：m3/s

注：瞬时流量指的是与水质采样时间同步记录的流量数据。

4 结果分析

4.1 相关性分析

进行余家湖水文站断面污染物指标与同步流量的线性相关性分析，相关系数r值见表4。

表3 水质监测数据 单位：mg/L

表4 污染物与流量的相关系数

从表4可知，相关系数-0.5

4.2 年通量计算

按照表1中的5种方法，计算余家湖水文站断面2016年各污染物通量，结果见表5。

表5 污染物通量估算 单位：t

从表5可知，使用A、B、C、D、E方法计算出的年通量差别不大，从精确的角度考虑，方法A计算出的各污染物通量结果均最大，说明方法A忽略的时均离散项为负；方法D的月平均流量与方法B、E年平均流量相比提高了精度；方法C为同步实测水质水文数据所得的日通量，且由于余家湖水文站断面为混合污染类型，点源特征更强[10]，估值较为可靠，因此采用方法C作为余家湖水文站断面的通量估算方法最为合适。

5 研究成果

(1)余家湖水文站断面的污染源类型为点源非点源混合类型，点源特征更强。

(2)水质水文监测结果表明，余家湖水文站断面2016年水文流量与水质监测数据全年变化幅度不大，忽略了时均离散项的方法A、B计算所得污染物通量与方法C、D、E计算所得污染物通量差别较小。

(3)分析不同污染物与同步监测流量的相关性，发现污染类型趋于一致，比较分析5种通量计算方法，结果表明方法C为余家湖水文站断面通量估算最合适的方法。

6 结语

汉江襄阳段河流水质受丹江口水库蓄水，南水北调调水、入河区域污染物排放等多重影响，污染成因复杂。随着襄阳市区域经济的快速发展，污染负荷逐年增加，严重危及汉江流域内用水安全，并制约了流域内的可持续发展。汉江襄阳段河流既面临着经济快速发展导致的水污染负荷增加[11]，又面临着污染排放总量必须消减、水质必须改善的需求，因此明确污染物通量估算方法，开展襄阳段污染物通量监测研究，可为汉江襄阳段水污染控制提供重要信息及决策依据。