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摘要：基于２０１１—２０２０年桃河陽泉段水質監測數據，選取高錳酸鹽指數、生化需氧量、化學需氧量、氨氮、陰離子表面活性劑和總磷為評價指標，運用改進內梅羅污染指數法、Ｄａｎｉｅｌ趨勢檢驗法和Ｐｅａｒｓｏｎ相關性分析方法，對河流水質變化趨勢及影響因素進行討論。結果表明：２０１１—２０１６年桃河水質狀況持續惡化，自２０１７年起呈顯著好轉趨勢，沿程水體受污染程度呈現“兩頭低、中間高”現象；白羊墅斷面水體受匯水范圍內煤炭行業廢水不達標排放影響，水質污染最為嚴重；娘子關作為出境斷面，ＮＨ３－Ｎ質量濃度超標主要與白羊墅斷面水體水質有關。

關鍵詞：水質；工業廢水；Ｐｅａｒｓｏｎ相關性；桃河

陽泉市位于山西省東部，總面積４５５９ｋｍ２。陽泉市煤炭資源儲量大、易開采、質量高，是我國最大的無煙煤產地。近年來焦化、煤炭洗選等行業廢水存在不達標排放現象，排放廢水成分復雜、毒性大、難降解，對桃河水資源的可持續利用及社會經濟發展造成嚴重危害［１］。依據２０１１—２０２０年陽泉市地表水環境監測資料，采用改進內梅羅污染指數法、Ｄａｎｉｅｌ趨勢檢驗法和Ｐｅａｒｓｏｎ相關性分析，對桃河水質變化趨勢及影響因素進行分析，以期為桃河水環境治理提供參考。

１河流概況

桃河發源于山西省晉中市壽陽縣，自陽泉市郊區新店村西入境，流域面積１０８６ｋｍ２，桃河屬季節性河流，水體自凈和生態補償調控能力有限，加上沿河人口分布密集、工業企業集中，桃河水質面臨嚴峻考驗。

２研究方法

桃河陽泉段控制斷面主要有曉莊、白羊墅和娘子關斷面，各監測斷面相對位置見圖１。２０１１—２０２０年桃河陽泉段水質監測數據來源于山西省陽泉生態環境監測中心。對歷年水質監測數據進行匯總分析，選取高錳酸鹽指數（ＣＯＤＭｎ）、生化需氧量（ＢＯＤ５）、化學需氧量（ＣＯＤＣｒ）、氨氮（ＮＨ３－Ｎ）、陰離子表面活性劑（ＬＡＳ）和總磷（ＴＰ）作為桃河水質的代表性評價指標。（２）Ｄａｎｉｅｌ趨勢檢驗法。Ｄａｎｉｅｌ趨勢檢驗法用以定量評價水質變化趨勢有無顯著性。經計算得到秩相關系數ｒｓ，將其絕對值同Ｓｐｅａｒｍａｎ秩相關系數統計表中的臨界值Ｗｐ進行比較。如果｜ｒｓ｜＞Ｗｐ，則表明水質變化趨勢顯著；如果｜ｒｓ｜≤Ｗｐ，則表明水質變化平穩；ｒｓ為負呈下降趨勢，ｒｓ為正呈上升趨勢。秩相關系數ｒｓ計算公式：；Ｎ為時間周期的數量，Ｎ≥５。（３）Ｐｅａｒｓｏｎ相關性分析。利用ＩＢＭＳＰＳＳＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ２５軟件進行Ｐｅａｒｓｏｎ相關性分析，以評價連續變量之間的相關性。

３結果與討論

３．１水質類別分析

以地表水Ⅲ類水標準值為計算依據，各評價指標的權重見·２４·表１。在歷年監測數據中，曉莊和娘子關斷面ＬＡＳ未見檢出，因此ＬＡＳ僅作為白羊墅斷面和桃河陽泉段綜合水質的評價指標。改進內梅羅污染指數法劃分水質類別標準［２］：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類水Ｐ′分別為＜０．５５、０．５５～０．６９、０．６９～１．００、１．００～３．５３、≥３．５３。２０１１—２０２０年曉莊、白羊墅、娘子關斷面以及桃河陽泉段改進內梅羅污染指數和水質類別劃分結果見表２，可以看出，曉莊斷面作為桃河陽泉段上游，改進內梅羅污染指數較低，水質類別多年穩定在Ⅰ～Ⅱ類，水質狀況為優；白羊墅斷面在２０１１—２０１３年水質狀況穩定，２０１４年水體受到明顯污染并不斷惡化，２０１４—２０１６年斷面改進內梅羅污染指數逐年增大，２０１６年高達２０．４９，河流水質惡化明顯，隨著水體污染治理措施的實施，２０１７年水質污染指數大幅度下降至３．０４，水質狀況明顯好轉，之后水質保持穩中向好趨勢，２０２０年斷面污染指數已降為０．９５；娘子關斷面改進內梅羅污染指數相較白羊墅斷面大幅降低，但水質狀況在２０１４—２０１６年也呈惡化趨勢，上游水體受污染程度嚴重時會對下游水質造成一定影響。依據《地表水環境質量評價辦法（試行）》中河流水質評價方法，對桃河陽泉段綜合水質進行評價。從河流流向來看，桃河入境時水體清潔，流經礦區、城區后水質惡化，出境時水質有所改善。從年際變化來看，桃河流域綜合水質在陽泉境內經歷了污染到改善的過程。以歷年改進內梅羅污染指數為變量，２０１６年為時間分割點進行污染趨勢分析，２０１１—２０１６年桃河陽泉段水質污染指數的秩相關系數為１．０００＞０．８２９，表明水質狀況逐年下降且呈顯著性趨勢；２０１６—２０２０年秩相關系數為－１．０００，其絕對值＞０．９００，表明水質逐年好轉亦呈顯著性趨勢，見表３。

３．２白羊墅斷面水質分析

以地表水Ⅲ類水為計算標準，２０１１—２０２０年白羊墅斷面各污染指標超標倍數見圖２，可以看出，ＴＰ超標倍數較為穩定，其數值基本在０～１范圍內波動，其他污染指標超標倍數變化趨勢相似。ＮＨ３－Ｎ作為白羊墅斷面水質惡化的主要污染物，其超標倍數在２０１６年高達２６．８，這主要與當地能源結構有關。陽泉市煤炭資源豐富，且主要集中分布在礦區，煤炭焦化是研究河段主要衍生行業。根據黃源凱等［３］對焦化廢水污染構成的研究，焦化廢水具有ＣＯＤＣｒ和ＮＨ３－Ｎ濃度高的特征。相比其他污染因子，ＮＨ３－Ｎ超標倍數劇增主要原因是，焦化廢水有機物濃度高且毒性強，抑制硝化細菌的正常生長代謝，導致傳統脫氮技術很難實現穩定的氨氮硝化［４］。ＬＡＳ在２０１４—２０１７年存在超標污染情況，依據田冬梅等［５］對陰離子表面活性劑的研究，其在煤炭行業應用廣泛，ＬＡＳ在煤炭開采過程中不僅具有抑塵效果，而且可以應用于煤炭洗選，改善精煤品質。利用ＳＰＳＳ統計軟件，對２０１１—２０２０年白羊墅斷面污染指標進行相關性分析，以ＣＯＤＣｒ為自變量，其他污染指標為因變量，采用雙側顯著性檢驗計算Ｐｅａｒｓｏｎ相關系數ｒ和顯著性水平Ｐ。由表４可知，白羊墅斷面ＣＯＤＣｒ與ＣＯＤＭｎ、ＢＯＤ５、ＮＨ３－Ｎ、ＬＡＳ的相關系數ｒ均大于０．８，且Ｐ＜０．０１，具有極強相關性；ＣＯＤＣｒ與ＴＰ相關性不強。白羊墅斷面匯水范圍內煤炭、化工、洗選企業多，而這些行業廢水幾乎不含磷，但陽泉市各匯水范圍白羊墅常住人口最多，沿河城鎮生活污水收集管網的不完善及農業生產化肥農藥的施用等面源排放造成水體中ＴＰ超標。由此可知，２０１４—２０１６年白羊墅斷面水質惡化與匯水范圍內工業企業廢水不達標排放密切相關。

３．３娘子關斷面水質分析

娘子關斷面２０１１—２０２０年污染指標超標倍數見圖３。娘子關斷面匯水范圍內工業企業污染源少，并且距上游白羊墅斷面約４０ｋｍ，污染物經河水自凈降解，加之娘子關斷面前設有污水處理廠，因此娘子關斷面水體水質得到極大改善，除氨氮外其他指標基本達到地表水Ⅲ類水標準。氨氮作為主要污染物，２０１１—２０１３年出現部分月份氨氮超標現象，主要原因是娘子關匯水范圍內農業產業結構豐富，存在化肥農藥的大量施用。２０１４—２０１６年氨氮超標加重，變化趨勢與白羊墅斷面相同。隨著工業和農業污染防控措施的實施，２０１７年氨氮年平均質量濃度降為０．４４ｍｇ／Ｌ。２０１５年３月至２０１６年１２月白羊墅和娘子關斷面ＣＯＤＣｒ、ＮＨ３－Ｎ質量濃度變化見圖４。當白羊墅斷面ＣＯＤＣｒ質量濃度連續數月高達２００ｍｇ／Ｌ以上時，娘子關斷面ＣＯＤＣｒ質量濃度始終在２０ｍｇ／Ｌ上下波動。白羊墅斷面ＮＨ３－Ｎ質量濃度在２０１５年１０月至２０１６年５月劇增，而同時期娘子關斷面的質量濃度也比以往要高，之后隨著白羊墅斷面ＮＨ３－Ｎ質量濃度的下降娘子關斷面ＮＨ３－Ｎ質量濃度呈回落趨勢。利用ＳＰＳＳ統計軟件對２０１１—２０２０年白羊墅與娘子關斷面ＮＨ３－Ｎ質量濃度進行相關性分析，計算結果顯示Ｐｅａｒｓｏｎ相關系數ｒ＝０．５８０，且Ｐ＜０．０１，具有顯著相關性。因此得出，娘子關斷面水體中的ＮＨ３－Ｎ易受白羊墅斷面水質影響，而其他污染指標受影響較小，推測與污水處理廠脫氮系統的超負荷運行及處理工藝的局限性有關。

３．４水質影響因素分析

２０１１—２０１６年桃河陽泉段水環境質量持續惡化主要原因包括：企業環保設施污染治理績效低下，工業廢水無法穩定達標排放，依舊存在個別企業偷排漏排的現象；沿河村鎮生活面源、農業面源排放造成河段水體水質惡化；城鎮污水處理廠污水處理工藝存在一定短板，處理能力不足。十三五期間，陽泉市積極開展水生態修復與保護工作，一是通過改造優化現有企業工業廢水處理工藝，提高工業廢水排放標準；二是加強農村環境綜合整治；三是提標增效治理城鎮污水，補齊城鎮污水收集和處理設施短板。

４結語

２０１１—２０２０年桃河陽泉段水質經歷從急劇惡化到顯著改善的過程，沿程水體污染程度呈現“兩頭低、中間高”的現象。桃河陽泉段水質主要受中游白羊墅斷面匯水范圍內工業企業廢水處理效果的影響，并且下游娘子關斷面水體中ＮＨ３－Ｎ質量濃度受白羊墅斷面水質影響。受陽泉市煤炭產業結構影響，河流水體中ＣＯＤＣｒ、ＮＨ３－Ｎ和ＬＡＳ為特征污染因子。由于傳統脫氮工藝對ＮＨ３－Ｎ處理效果差，ＮＨ３－Ｎ成為河流水體的主要污染物。

作者：傅敏 孫竹梅 單位：山西省陽泉生態環境監測中心 中北大學環境與安全工程學院