西安秦渡生態(tài)灃河水質(zhì)與流量關(guān)系研究

西安秦渡生態(tài)灃河水質(zhì)與流量關(guān)系研究

0環(huán)境關(guān)系研究西河是汾河右岸的一個初級支流，位于西安市西南部。20世紀80-90年代,灃河流域天然徑流快速減小,同時受上游旅游區(qū)排放的餐飲廢水、生活污水及中下游鄉(xiāng)鎮(zhèn)排放的工業(yè)廢水影響,灃河干流受到嚴重的點源污染。由于流域的灃惠渠灌區(qū)農(nóng)田中農(nóng)藥的大量噴灑和化肥的使用效率低導(dǎo)致毒性較大的有機農(nóng)藥污染,這就導(dǎo)致灃河流域明顯的非點源污染。1998年,灃河及其支流被列為西安市地表飲用水源地,之后多年來西安市對灃河開展了大規(guī)模區(qū)域污染綜合整治。2010年初,西安市政府審議通過了《灃河流域綜合保護利用規(guī)劃》,未來隨著《關(guān)中-天水經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》和西咸一體化的實施,再加上灃渭新區(qū)的建設(shè),灃河將從城郊河流變?yōu)槌侵泻?在城市發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位。目前,已有不少學(xué)者采用不同方法對灃河水質(zhì)進行了評價分析。李英杰、王莉等采用季節(jié)性Kendall檢驗方法分析了灃河各斷面CODMn、BOD5和NH3-N的變化趨勢,得知中上游監(jiān)測斷面的水質(zhì)變化趨勢不顯著,下游斷面的CODMn、BOD5和NH3-N均呈顯著減小趨勢,整條河流的CODMn、BOD5和NH3-N均顯著減小。李英杰、程三友等采用有機污染綜合指數(shù)法和變異系數(shù)等方法研究了灃河水質(zhì)近20年的時空變化,將多年來的水質(zhì)情況分為緩慢污染、快速污染、污染相持和污染改善4個階段,2000年是水質(zhì)變化趨勢的轉(zhuǎn)折點。王莉等采用Daniel趨勢檢驗技術(shù),用Spearman秩相關(guān)系數(shù),衡量了灃河污染變化趨勢,得知嚴家渠斷面及三里橋斷面水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn),灃河口斷面水質(zhì)有惡化趨勢。楊凱等分析了灃河降雨前后水質(zhì)污染變化,得知降雨形成的面源污染對灃河總氮負荷影響顯著,硝氮和總氮在降雨過程中的變化有很好的相關(guān)性。劉建林等提出了城市河道治理與文化景觀建設(shè)相結(jié)合的全新河流治理理念,治理河流的同時提升了城市文化內(nèi)涵,滿足了市民旅游文化需求,保護了當(dāng)?shù)氐奈幕袍E。前人研究表明,西安灃河水體以有機污染為主。本文對2009-2011年大峪口斷面和秦渡鎮(zhèn)斷面的多場洪水監(jiān)測資料和2001-2009年秦渡鎮(zhèn)斷面的定期監(jiān)測資料作了水質(zhì)流量的變化趨勢分析,研究灃河的水質(zhì)流量之間的關(guān)系,為打造生態(tài)灃河提供科學(xué)依據(jù)。1環(huán)境流量之間的關(guān)系在2009-2011年的豐水期,分別在大峪口斷面和秦渡鎮(zhèn)斷面,監(jiān)測了多場洪水過程,并記錄其流量和水質(zhì)數(shù)據(jù),據(jù)此資料,本文對所監(jiān)測的每一場洪水進行了水質(zhì)流量之間的關(guān)系分析。本文還收集了灃河秦渡鎮(zhèn)斷面2001-2009年的定期水質(zhì)監(jiān)測資料,以及秦渡鎮(zhèn)水文站2001-2009年的逐日流量數(shù)據(jù),摘錄其中處于洪水過程中的數(shù)據(jù)資料,分析其流量濃度變化關(guān)系。沿灃河共有5個監(jiān)測斷面:灃河源頭、灃河峪口、嚴家渠、三里橋、灃河入渭口。灃河源頭包括灃峪、高冠峪、太平峪和祥峪。2結(jié)果與討論2.1分析過程水質(zhì)流量在2009-2011年的豐水期期間,分別在大峪口斷面和秦渡鎮(zhèn)斷面,監(jiān)測了多場洪水過程,按照每一場洪水的漲落過程(包括漲水段、洪峰段和退水段3個階段),定時地測量其各階段的流量,記錄監(jiān)測的時間和流量數(shù)據(jù),并對應(yīng)地采集其水樣進行室內(nèi)實驗,即可得到兩個斷面多場洪水過程的水質(zhì)流量數(shù)據(jù)資料。為了研究灃河洪水過程中水質(zhì)流量之間的變化關(guān)系,利用2009-2011年大峪口斷面和秦渡鎮(zhèn)斷面定期監(jiān)測的洪水過程資料,對其進行水質(zhì)流量的關(guān)系分析;再分別將兩個斷面的多場洪水流量數(shù)據(jù)全部整理在一起,按照從小到大的順序?qū)⒘髁繑?shù)據(jù)劃分為不同的等級,分析其對應(yīng)的水質(zhì)范圍和數(shù)值大小的變化;然后整理每一場次洪水過程的流量與濃度的最值,并計算每場洪水流量的均值以及污染物COD、NH3-N、TN的加權(quán)平均濃度,按照Q平均從小到大的順序,對其進行水質(zhì)流量的關(guān)系分析,得出相應(yīng)結(jié)論。2.1.1洪水流量趨勢:cod與nh3-n的混合式n根據(jù)2009-2011年大峪口斷面的6場洪水監(jiān)測數(shù)據(jù),分析其水質(zhì)、流量之間的變化關(guān)系。一個圖代表該斷面的一場洪水監(jiān)測過程,橫軸是洪水發(fā)生的時間,主縱坐標是洪水流量值和COD濃度值,次縱坐標是TN和NH3-N的濃度值,以此作曲線,見圖1。由圖1可看出:①COD濃度在較小流量洪水過程中,主要呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,在較大流量洪水過程中,呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢。②TN濃度隨洪水流量變化過程,主要呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,少數(shù)呈先減小后增大。總之,COD與TN的變化不穩(wěn)定。③NH3-N隨洪水流量變化過程,主要是呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,也有個別呈先增大后減小趨勢。也就是說,洪水對NH3-N有一定的稀釋作用,使得NH3-N的濃度隨流量的增大而減小,而當(dāng)洪峰過后,流量減小,其濃度值變大。2.1.2洪水流量對污染物的影響按照相同的方法,對秦渡鎮(zhèn)斷面8場洪水過程作曲線。由圖2可以看出,多數(shù)情況下COD、TN、NH3-N3種污染物變化趨勢大體相似,均隨著洪水流量變化過程,呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,少數(shù)例外。也就是說,洪水對COD、TN、NH3-N均有一定的稀釋作用,使得3種污染物的濃度隨流量的增大而減小,而當(dāng)洪峰過后,流量減小,其濃度值變大。2.1.3從流量和流量分布組成分析nh3-n、tn濃度值本文分別將兩個斷面的多場洪水流量數(shù)據(jù)全部重新整理在一起,按照從小到大的順序?qū)⑺辛髁繑?shù)據(jù)劃分為不同的等級,并分析其對應(yīng)的水質(zhì)數(shù)值大小和范圍的變化,見表1和表2。由表1可看出:①隨著流量的增大,大峪口斷面的COD與TN濃度值范圍逐漸減小,且COD值趨于居中化,TN值趨于偏大化。即在小流量(0～5)時,COD與TN的濃度值變化很不穩(wěn)定,一般最值出現(xiàn)在此階段;流量較大(5～20)時,變化范圍相對小一些,濃度值較為穩(wěn)定,值趨于居中化,沒有最值出現(xiàn)在此階段;大流量(20～60)時,變化范圍較小,COD濃度值在28.47～48mg/L之間,處于中間范圍;TN濃度值在3.1～3.85mg/L之間,處于偏大范圍。②NH3-N濃度變化基本穩(wěn)定,即在大峪口的洪水過程中,無論流量大小處于哪一等級,NH3-N濃度值的大小及范圍變化均較小。由表2可看出:①隨著流量的增大,秦渡鎮(zhèn)斷面的NH3-N與TN濃度值范圍大體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢,且值均趨于居中化。即在小流量(0～50m3/s)時,NH3-N與TN的濃度值變化很不穩(wěn)定,一般最值出現(xiàn)在此階段;流量較大(50～200m3/s)時,變化范圍相對小一些,濃度值較為穩(wěn)定,值趨于居中化,除NH3-N外(最小值0.02出現(xiàn)在100～200m3/s之間),沒有最值出現(xiàn)在此階段;大流量(200～300m3/s)時,變化范圍較小,NH3-N濃度值在1.99～2.37mg/L之間,處于中間范圍;TN濃度值在2.44～3.79mg/L之間,處于偏大范圍。特大流量(300～500m3/s)時,NH3-N與TN濃度值變化范圍比大流量時的大,較為不穩(wěn)定。②COD濃度值變化不穩(wěn)定,其范圍呈先減小后增大的趨勢,即小流量和大流量時,其變化范圍較大,在較大流量時變化范圍較小,但在特大流量時COD值的變化較為穩(wěn)定,且其值處于偏大范圍。2.1.4tn和cod利用2009-2011年大峪口斷面和秦渡鎮(zhèn)斷面定期監(jiān)測的洪水過程資料,整理每一場次洪水過程的流量與濃度的最值,并計算每場次洪水流量的均值以及污染物COD、NH3-N、TN的加權(quán)平均濃度,按照Q平均從小到大的順序排列,結(jié)果列于表3中。并以Q平均為橫坐標,TN、NH3-N的平均濃度值為主縱坐標,COD的平均濃度值為次縱坐標,將大峪口斷面和秦渡鎮(zhèn)斷面的結(jié)果分別繪于圖3、圖4中。(1)從大峪口斷面來看,洪水Q平均在3.12～4.33m3/s時,COD、NH3-N、TN濃度值均呈下降趨勢;Q平均在4.33～8.22m3/s時,TN和COD濃度值呈上升趨勢,而NH3-N繼續(xù)呈下降趨勢;當(dāng)Q平均在8.22～17.56m3/s時,TN和COD濃度值呈下降趨勢,而NH3-N呈上升趨勢;在Q平均處于8.22mg/L時,TN和COD濃度值達到最大,NH3-N達到最小值。說明小流量的洪水對大峪口的NH3-N、TN和COD均有一定的稀釋作用,較大流量的洪水對NH3-N有一定的稀釋作用,但它所產(chǎn)生的地表徑流帶來的TN和COD濃度值較枯季流量時的大,使得TN和COD濃度值大幅提升,而大流量洪水對污染物的影響剛好相反,它對TN和COD有一定的稀釋作用,但所產(chǎn)生的地表徑流帶來的NH3-N濃度值較枯季流量時的大,使得NH3-N濃度值增大。(2)從秦渡鎮(zhèn)斷面來看,洪水Q平均在31.68～44.52m3/s時,NH3-N、TN濃度值大體呈上升趨勢,且TN值上升的幅度很大,COD呈下降趨勢;Q平均在44.52～123.88m3/s時,NH3-N和COD濃度值大體呈上升趨勢,TN呈下降趨勢;當(dāng)Q平均在123.88～312.25m3/s時,COD濃度值一直在增大,而NH3-N值在減小,TN值基本保持穩(wěn)定。即小流量時,NH3-N的變化幅度較小,而TN和COD的變化幅度較大;大流量時,剛好相反,NH3-N的變化幅度較大,而TN和COD的變化幅度較小。說明小流量及較大流量的洪水所產(chǎn)生的地表徑流帶來的NH3-N濃度值較枯季流量時的大,使得NH3-N濃度值總體提升,而小流量的洪水對秦渡鎮(zhèn)的COD有一定的稀釋作用,較大流量的洪水對TN有一定的稀釋作用,而大流量洪水對污染物的影響剛好相反,它對NH3-N有一定的稀釋作用,此時的TN較為穩(wěn)定,但所產(chǎn)生的地表徑流帶來的COD濃度值較枯季流量時的大,使得COD濃度值增大。從變化幅度來看,小流量洪水對NH3-N的影響較小,對TN和COD的影響較大;相反,大流量洪水對NH3-N的影響較大,對TN和COD的影響較小。2.2秦渡鎮(zhèn)從洪水中的水質(zhì)監(jiān)測點源污染隨水資源量的變化規(guī)律本文收集了秦渡鎮(zhèn)斷面多年來的定期監(jiān)測數(shù)據(jù),并對照水文年鑒中秦渡鎮(zhèn)水文站的逐日流量表,摘錄其中處于洪水過程中的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù),整理資料,結(jié)果見表4。將每一場洪水的流量過程線繪制成折線圖,橫軸為洪水發(fā)生的日期(時間),縱軸為日流量,定期水質(zhì)采樣日期在圖中用空三角符號標出,見圖5。再將6場洪水的洪峰流量按照從小到大的順序排列,將對應(yīng)的污染物濃度隨洪峰流量的變化趨勢繪制成圖,橫軸為洪峰流量,縱軸為污染物濃度,見圖6。由圖5和表4可看出:①2002年到2008年秦渡鎮(zhèn)斷面所監(jiān)測的6場洪水中,水質(zhì)監(jiān)測點處于起漲段的3場,退水段的3場。②從COD濃度變化來看,6場洪水中,處于起漲段點的COD值均較小,處于退水段點的較大,說明雨洪產(chǎn)生的地表徑流所帶來的COD濃度較河流枯季時的濃度值大,即COD的非點源污染影響較大。③從NH3-N、TN濃度變化來看,在2006年所監(jiān)測的洪水中NH3-N、TN濃度值相當(dāng)大,其水質(zhì)監(jiān)測點處于起漲段,說明2006年NH3-N、TN的點源污染較嚴重。由圖6可看出:①當(dāng)洪峰流量為14.1m3/s時,TN和NH3-N的濃度值均達到最大值,而COD值卻較小;當(dāng)洪峰流量在19.9～135m3/s時,隨著洪峰流量的增大,NH3-N濃度值逐漸減小,COD濃度值逐漸增大,而TN濃度值則先增大后減小;當(dāng)洪峰流量為298m3/s時,NH3-N和COD均達到最小值,TN值卻較大。②即洪峰流量為14.1m3/s時,對應(yīng)水質(zhì)監(jiān)測點處于起漲段,說明NH3-N、TN的點源污染較嚴重,所受到的非點源污染影響相對較小;而隨著洪峰流量增大,由于洪水的稀釋作用,NH3-N值逐漸減小,但TN值的變化較為不穩(wěn)定;當(dāng)洪峰流量在14.1～135m3/s之間時,COD濃度值受到的雨洪所帶來的非點源污染的影響較大,而呈現(xiàn)逐漸上升的狀態(tài),當(dāng)洪峰流量達到298m3/s時,由于洪水的稀釋作用,COD值減小。3秦渡鎮(zhèn)斷面洪水對nh3-n、tn、cod的影響根據(jù)秦渡鎮(zhèn)斷面2001-2009年的定期水質(zhì)與流量資料、2009-2011年大峪口斷面和秦渡鎮(zhèn)斷面的多場洪水過程的水質(zhì)水量同步監(jiān)測資料,對水質(zhì)與流量之間的關(guān)系進行了分析,得到以下結(jié)論:(1)從斷面的監(jiān)測流量變化來看,隨流量的增大,大峪口斷面的COD與TN濃度值范圍逐漸減小,NH3-N濃度基本穩(wěn)定;秦渡鎮(zhèn)斷面的NH3-N與TN濃度值范圍大體上逐漸減小,COD濃度值變化不穩(wěn)定。(2)按照每場洪水的平均流量大小來看,大峪口斷面小流量洪水對NH3-N、TN和COD均有一定的稀釋作用,較大流量的洪水對NH3-N有稀釋