首页 > 论文范文 > 自然科学论文 > 资源科学论文 > 水资源论文 > 引洮工程水源地水质实际情况与变化规律的分析

引洮工程水源地水质实际情况与变化规律的分析

2023-09-22 48 上传者：管理员

摘要：为研究引洮工程水源地水质实际情况与变化规律，文章根据水源地及上游岷县两个断面2012—2021年这10a的实测水质、水文资料，运用不同季节浓度比较法、季节性Kendall检验法、流量调节浓度法进行分析。结果表明：影响引洮工程水源地水体质量的指标浓度根据季节变化存在动态变化，在季节性Kendall检验下，岷县断面氨氮质量浓度存在下降趋势；水源地溶解氧质量浓度存在上升趋势；其它指标浓度无明显变化趋势。在流量调节浓度法检验下，岷县氨氮质量浓度呈现下降趋势，探索了引洮工程水源地污染物来源，为陇中地区的饮水安全、生态规划建设提供理论支撑。

关键词：
引洮工程水源地
指标浓度
水体质量
生态规划
自然资源
加入收藏

1、研究背景

1.1工程简介

引洮工程地处卓尼县藏巴哇乡境内，是目前甘肃省最大的跨流域调水工程，解决了甘肃中部干旱地区的用水问题，同时也改善了周边的苦、咸水质。引洮工程水源地是洮河上的九甸峡水库，正常蓄水位2202m,其库容为9.43亿m3,2022年向周围5市13个县区供水量达1.73亿m3,受益人口约600多万。因为供给地区广，掌握其水源地水质实际状况对所处地区的健康平衡发展具有促进作用。目前关于引洮工程质量建设方面以及工程受水区水质问题的研究较多，如张成俭[1]等结合TBM掘进机施工特点为后期隧洞施工提供前期地质指导与预报，杨梅霞[2]等通过对工程通水后安定区水质指标前后变化的研究，发现通水后安定区农村饮用水水质的合格率得到了提高，但以水源地水质的研究鲜见报道。因此，本文以九甸峡水库为研究对象，对它的指标浓度、水质类别情况等进行长序列的研究，以期从中寻找问题、发现规律，对保障两岸人民的饮水安全，引洮工程水资源的优化调度起到借鉴作用。九甸峡水质站分布如图1所示。

1.2水质判别依据与数据来源

水质判别以地表水环境质量标准GB 3838—2002为准，地表径流和水质指标信息来源于甘肃省临洮水文站。

1.3季节性Kendall检验法介绍

Mann-Kendall检验法是由H.B.Mann和M.G.Kendall提出来的，被广泛的运用到了各种领域，其中也包括水质变化趋势的分析当中。这一方法属于非参数方法，它不受少数异常值的干扰，也不需要样本遵从一定的分布，因此，在分析某一断面n年逐月的长序列监测数据上比较适用，Mann-Kendall检验过程可简要概括为以下步骤：

式中，x11～xnp—每月的水质浓度数据；xnp—第n年p月的浓度值。

式中，Si—不同年份第i月历年水质序列相比较的差值之和。

显著性水平α的界限可定为0.01和0.1,当0.01<α≦0.1时，可认为趋势检验是显著的；当α≦0.01时，则认为具有高度显著性水平；当α>0.1时，则认为不存在趋势。τ作为统计量，可以用来判断趋势的走向，若τ>0,则趋势呈上升情况；若τ<0,则呈下降情况；当τ=0时，被认为没有趋势[3,4,5]3- 5]。

1.4流量调节法

污染物输送率通量为浓度与同步流量的乘积，通过它的变化趋势，可以对污染物总量的增减进行分析判断。由于九甸峡水库的流量不易测得，其上游岷县断面的流量易获取，可根据历年的岷县流量资料，对库区上游污染物输送率进行趋势分析，从而推求得到九甸峡水库污染物总量的变化情况，但这种推求不能显示是否是由流量变化引起了污染物浓度的变化。据报道引起河流水质变化的因素诸多，譬如：流域内植被、土壤、降雨、径流及人类活动等，但主要原因还是河道污水的排放和径流的变化[6]6]。因此，对流量调节后的水质指标浓度进一步开展季节性Kendall检验就显得十分必要，通过检验可以分析是污染源因素还是流量因素引起的水质变化，进而确定下来污染类型是点源还是面源污染。在流量调节浓度变化趋势分析中，一般采用以下7种流量校正方程：①ρ=a+bQ;②ρ=a+bInQ;③ρ=a+b/Q;④Inρ=a+bInQ;⑤ρ=a+bQ+cQ2;⑥ρ=a+b/(1+cQ);⑦Inρ=a+bInQ+c(InQ)2。公式中ρ为指标物质的浓度；Q为采样断面的河水流量；a、b、c为回归常数，分析时应用。

2、结果与分析

2.1水质指标浓度等级评价

一般影响水质的主要指标有氨氮、溶解氧、高锰酸盐指数、总磷等，对九甸峡库区而言，其重金属项目常年处于未检出状态，高锰酸盐指数浓度历年约为1.5mg/L,小于Ⅰ类水标准限值2mg/L,对水质类别的变化没有影响，影响较大的为氨氮，2012—2021年氨氮年平均浓度的变化如图2所示。

从2012年初始的0.348mg/L降至2021年的0.199mg/L,下降了约43%,库区的水质呈现出越来越好的状态(氨氮Ⅰ类水标准限值为0.15mg/L)。在这些年间，选择介于丰水年和枯水年之间的2019年研究其指标浓度随季节变化规律，如图3所示。由图3可以看到溶解氧的含量大小为冬季>春季>秋季>夏季、氨氮的变化为秋季>夏季>春季>冬季、高锰酸盐指数的变化为冬季>夏季>秋季>春季。根据历年资料数据，流量的大小为夏季>秋季>春季>冬季，其中流量的大小关系与溶解氧的刚好相反，上游补给水量大时，水库中溶解氧含量反而变低，溶解氧浓度值夏季最低，冬季最大，这是由于冬季气温低、气压大导致水中溶解氧气的含量增大，而到夏季时随着气温升高，氧气在水中溶解的能力变低，而水中生物的活动加剧，生物耗氧量随之增大，地表径流的大量补给也可能带来了一些需氧污染物，致使水中耗氧量增加，使得溶解氧的浓度在一年之中夏季达到了最低。高锰酸盐指数浓度的大小反映了水体中有机和无机可氧化物质污染的程度，按季节来看其值没有发生大起大落的变化，都小于Ⅰ类限值，对水质类别没有影响。氨氮值夏秋2个季节的浓度要高于冬春季节，因为水库是一个极其复杂的生态系统，影响因素众多，结合上游流量和水库蓄水、泄洪方面考虑，氨氮夏秋季节浓度增高原因之一可能是这2个季节为汛期，大气降水比较多，大量未被农作物利用的氮化合物、垃圾渗出液等被农田排水和地表径流带入河流，以及水库泄洪导致库内水体掺混使得底泥含氮污染物向上覆水体中释放共同作用所致。

2.2水质类别占比率

九甸峡水库从2012年开始监测，2012年监测频次为一季度1次，共4次，2013—2016年期间，监测频次为2个月一次，每年6次；2017—2021年，监测频次为每月1次，每年12次，每次均在每月上旬进行采样送往实验室检测，同时进行加标回收、全程序空白等质量控制，以保证检测的准确性。通过GB 3838—2002评价标准对2012到2021年采集数据进行评价汇总，见表1(总氮不参评)。

由表1可知，水质类别经常保持在Ⅰ、Ⅱ类，在这10a间，Ⅰ类水质占比为12×100%/88=13.6%,Ⅱ类水质占比为75×100%/88=85.2%,Ⅲ类水质占比为1×100%/88=1.14%,其中Ⅱ类水质占比最大，Ⅰ类水质占比次之，Ⅲ类水质事件为偶发事件，占比率最低，通过对比说明九甸峡水库水质类别基本常年稳定在Ⅱ类。在总氮参评条件下，水质则降到了Ⅲ、Ⅳ类，说明总氮参不参评对水质的影响是比较大的。

2.3研究断面指标浓度趋势分析

由于河道水库的指标浓度受汛期、非汛期等其它因素的综合影响，单方面研究其年均浓度变化显得不够全面，因此，可选择不同年份同一月份的数据进行Kendall趋势分析，以避免流量周期性变化带来的一些影响。2012—2021年九甸峡与岷县断面的趋势分析结果见表2。

研究表明九甸峡的指标项目氨氮、高锰酸盐指数、总磷没有显著性变化，溶解氧变化趋势为显著上升，说明库区水质是逐年改善的，上游岷县断面，经分析其高锰酸盐指数、溶解氧、总磷浓度无明显变化趋势，氨氮变化趋势为显著下降，氨氮是水体中的主要耗氧污染物，值越大，水质越差；值越小，水质越好，浓度变化趋于降低趋势，说明其水质呈现逐渐优化的状态，与下游水质变化方向一致。

2.4指标浓度输送率、流量调节浓度趋势变化分析

指标浓度输送率可反映物质总量的变化情况，研究2012—2021年岷县断面指标浓度输送率变化情况，结果见表3。

由表3可知氨氮、高锰酸盐指数、溶解氧、总磷的显著性水平a>0.1,浓度输送率在研究时段没有明显的升降趋势。

因此在研究指标浓度时可以引入流量，计算出流量与浓度相关性最好的公式，就可以体现出流量对浓度的影响情况，进而分析相关物质的主要污染源。由于库区流量的不易测得性，因此，转而对库区上游岷县断面流量调节浓度进行趋势分析，从而确定进入库区化学物质的来源。经分析计算，可得各指标项目的流量校正公式、相关系数、指标浓度趋势分析结果，见表4—5。

指标浓度输送率可以体现物质总量的变化，但不容易反映流量对浓度的影响大小。为了进一步研究流量与浓度的关系，对流量校正后的浓度进行趋势分析，表5显示在研究年份间，高锰酸盐指数、溶解氧、总磷的流量调节浓度为无明显升降趋势，氨氮项目的变化趋势则为高度显著降低趋势，这一结果与氨氮的指标输送率趋势的变化结果不一致，说明流量和污染源对浓度的变化起了影响作用，结合流量与质量浓度的变化分析，考虑氨氮的污染源主要为非点源污染。

3、结论

(1)通过对引洮工程水源地九甸峡水库近十年来的研究，发现水中化学物质的浓度与季节变化有一定的关系，水源地在研究时段内水质逐年优化、变好，由于河道水库水质影响因素众多，通过上游断面流量调节浓度变化分析显示流量和污染源对进入水库指标浓度均有影响作用，其污染源主要考虑以非点源污染为主。水源地水质变化的指标主要为氨氮和总氮，总氮值过大，有潜在引起富营养化的风险，建议对九甸峡所处洮河流域上游进行总氮控制，从而降低氮排放，以达到人水共同和谐发展。

(2)本文在水源地富营养化方面未进行进一步探讨，存在不足，在后续研究中还应对相关指标进行论证，综合、全面解析水源地水质整体状况。

参考文献:

[1]张成俭引洮工程TBM施工极软岩隧洞段工程地质问题分析与评价[J]水利规划与设计, 2011(4);:61- 63.

[2]杨梅霞,梁春娜,金晶,等.定西市安定区2014- -2017年农村饮用水水质监测结果分析[J]中国卫生检验杂志, 2019(29):627- 629.

[3]王志良,尚冉冉,陈海涛,等基于Kendal检验法的伊洛河水质变化趋势分析[J]华北水利水电大学学报(自然科学版),2021,42(2):17- 23.

[4]宓辰羲,王林,林慧,等.应用Kendall检验法的葭窝水库水质变化趋势分析[J]科学技术与工程, 2017(21):145- 149.

[5]陈欣佛,柴元冰,闵敏基于Kendal检验法的湟水水质变化趋势分析[J]人民黄河, 2019,41(9):97- 101.

[6]王浩,陈敏健,唐克旺.水生态环境价值和保护对策[M].北京:北京交通大学出版社,2005.

文章来源:缐萍.引洮工程水源地水质变化分析[J].水利技术监督,2023,(09):85-88+118.