鹅卵石滤料厂家2004—2016年长江干流氮、磷浓度变化趋势

　　鹅卵石滤料厂家2004—2016年长江干流氮、磷浓度变化趋势

　　鹅卵石滤料剩生产厂家2004—2016年长江干流氮、磷浓度变化趋势。基于长江干流宜宾、宜昌、汉口、大通和上海(石洞口) 5个断面2004—2016年NH3-N和TP浓度监测数据，采用spearman 秩相关系数法探究长江干流氮、磷浓度的年际变化趋势和年内变化规律。结果表明: 研究期间长江干流上游的NH3-N浓度低于中下游，可达到GB 3838—2003《地面水环境质量标准》Ⅰ类水质标准，TP浓度在全河段浓度均较高，达到Ⅲ类水质标准; NH3-N浓度在此期间具有显著下降趋势，而TP浓度呈显著上升趋势; 上游NH3-N浓度并不随流量变化，TP浓度与流量的年内分布呈正相关，中下游的NH3-N和TP浓度与流量的年内分布均呈负相关。

　　0 引 言

　　近年来，水体的富营养化趋势已经危及国内所有的江河湖库，水体富营养化成为保护我国水体环境迫切需要解决的问题。国内外相关研究表明：氮、磷营养元素正是诱发水体富营养化的重要因素[1-2]，氮、磷营养物质在湖泊、水库、河流和海湾等缓流水体中富集，最终导致水体富营养化[3]。

　　长江是世界第三、我国第一大河流，分布着全国1/3的人口、GDP、粮食产量、水资源和40%的水能资源。长江流域横贯中国大陆中部，跨越东中西三大经济地带，连接南北，在国民经济的发展中具有重要的战略地位[4]。伴随着近些年来经济的迅速发展，整个流域内的大量氮、磷最终都汇聚入长江水体中，给长江的水体环境安全造成了巨大的安全隐患。因此，本文通过分析长江干流NH3-N和TP浓度的年际变化趋势和年内变化规律，探究长江干流水体目前的氮、磷负荷状态，为长江流域氮、磷控制等水质管理提供基础数据，为预防和治理水华提供参考。

　　1 数据来源与方法

　　1.1 数据来源

　　本文采用2004—2016年长江干流上宜宾、宜昌、汉口、大通和上海(石洞口)5个断面NH3-N和TP的监测数据，监测断面位置如图1所示。其中，宜宾位于长江上游，反映长江上游水体的氮、磷特征;宜昌位于长江上游和中游的结合处，完整控制长江上游100.6万km2的广大地区，反映上游水体进入中游时的最终状态;汉口则是长江中游的主要控制断面，控制流域面积为148.8万km2，水质体现长江中游的水体特征;大通地处长江下游，是长江干流的总控制断面，控制流域面积为170.5万km2[5];上海(石洞口)临近河口，反映入海前水体中的氮、磷浓度。因此，这5个重要断面的NH3-N和TP变化基本体现出长江干流水体氮、磷的变化趋势。

　　图1 监测断面位置

　　1.2 研究方法

　　目前国内外研究水质变化趋势的常用方法有时间序列分析法、滑动平均法、spearman秩相关系数法和季节性肯达尔检验法等，这些方法的分析侧重点各不相同，各有优劣。其中，spearman秩相关系数法没有需要长序列数据的限制，适用于监测数据较少且影响因素单一的相关检验[6]。根据长江干流的实测数据情况，本文选用spearman秩相关系数法研究NH3-N和TP浓度的变化趋势。

　　秩相关系数法又称等级相关系数法，是衡量时间序列变化趋势在统计上有无显著性的常用方法，在污染物浓度变化趋势研究中得到大量应用[7-10]。用于检验水质指标数据序列与其响应时间序列间的相关性，从而判断水质序列在时间序列上是否存在趋势变化，计算公式如下：

　　(1)

　　di=Xi-Yi

　　(2)

　　式中：di为变量Xi和Yi的差值;Xi为周期i到周期N按浓度值从小到大排列的序号;Yi为按时间排列的序号;N为年份。

　　将秩相关系数rs的绝对值同spearman秩相关系数统计表中的临界值Wp进行比较，如果|rs|>Wp，则表明变化趋势有显著意义;如果rs为正值，则表明数据序列具有上升趋势;如果rs为负值，则表明数据序列具有下降趋势。

　　2 分析结果

　　2.1 长江干流氮、磷浓度总体水平

　　结果分析主要从长江干流N、P浓度的整体水平、年际及年内变化3个方面展开[11-19]。2004—2016年，长江干流5个主要断面NH3-N和TP浓度的平均值和变化幅度，如图2和图3所示。可知：NH3-N浓度大通断面和上海断面的年均值和年际变幅均大于宜宾、宜昌和汉口断面，达到GB 3838—2003《地面水环境质量标准》Ⅱ类水质标准。其中，ρ(NH3-N)大通断面平均值最高，达到0.416 mg/L，分别是汉口断面和宜昌断面的4.5，4.0倍;年际变幅大通断面也较高，达到0.341 mg/L，分别是汉口断面和宜昌断面的4.5，9.7倍。TP浓度从上游到下游监测断面年均值整体属正态分布，汉口断面浓度最高，达到0.132 mg/L，宜昌断面浓度最低，为0.102 mg/L，其他监测断面TP浓度相差不大，但均超出Ⅱ类水质标准，达到Ⅲ类水质标准。年际变幅方面，宜宾断面变幅最大，达到0.157 mg/L，分别是上海断面和汉口断面的5.2，3.9倍。

　　平均值;         变化幅度。

　　图2 各断面NH3-N浓度的年均值和年际变幅

　　平均值;       变化幅度。

　　图3 各断面TP浓度的年均值和年际变幅

　　总体来看，长江干流水体的NH3-N浓度空间差异明显，上、中游的NH3-N浓度远低于下游，为Ⅰ类水质标准，但下游的NH3-N浓度不稳定，平均浓度和年际变幅均较大;TP平均浓度在长江干流上游、中游和下游都较高，为Ⅲ类水质的标准，年际变幅上游高于下游，其原因可能是下游TP浓度相对较高比较稳定，变化幅度不大，上游水质较好，受到外界干扰变化较为显著。

　　2.2 长江干流氮、磷浓度年际变化

　　2004—2016年，宜宾、宜昌、汉口、大通和上海(石洞口)5个断面的NH3-N和TP浓度年际变化如图4和图5所示。采用spearman秩相关系数法对上述5个断面年际变化趋势显著性进行检验，检验结果如表1所示。

 —宜宾;       —宜昌;      —汉口;      —大通;   　—上海。

　　图4 各断面NH3-N浓度年际变化曲线

　　NH3-N浓度宜宾断面在2004年以后明显降低，一直保持低浓度水平，近年来有波动上升趋势，但检验结果不显著;宜昌和汉口断面2004—2016年13年均保持在0.1 mg/L左右，无明显波动，但显著性检验结果显示在α=0.05和0.01时，两断面具有显著意义，且呈下降趋势;大通断面波动起伏较大，出现4个波峰，最大波峰出现在2013年，高达0.619 mg/L，整体呈上升趋势，但检验结果显示无显著意义;上海(石洞口)断面也有4个波峰，最高的波峰出现在2005年，达到0.548 mg/L，检验结果显示浓度波动整体呈下降趋势，具有显著意义(α=0.01)。TP浓度宜宾断面呈先上升后下降的起伏状态，在2012年达到最大值，为0.219 mg/L，显著性检验结果呈下降趋势，且具有显著意义(α=0.01);宜昌、汉口和大通断面浓度均呈波动上升趋势，其中，大通断面起伏最大，显著性检验结果在α=0.05和0.01时均无显著意义，宜昌和汉口显著性检验结果均有显著意义;上海(石洞口)断面浓度较为平缓，显著性检验结果呈下降趋势，但无显著意义。总体来看，长江干流的NH3-N浓度整体呈显著下降趋势，而TP浓度整体呈上升趋势。

　　—宜宾;—宜昌;—汉口;—大通;—上海。

　　图5 各断面TP浓度年际变化曲线

　　表1 各断面NH3-N和TP浓度年际变化趋势显著性检验

　　2.3 长江干流氮、磷浓度年内变化

　　宜宾、宜昌、汉口、大通和上海(石洞口)5个断面NH3-N和TP浓度和径流量的年内变化如图6和图7所示。NH3-N浓度在宜宾和宜昌断面年内变化很小，基本在0.1 mg/L附近波动;汉口、大通和上海(石洞口)断面浓度呈凹状起伏波动趋势，年内变幅分别为0.166，0.356，0.39 mg/L，三断面在5—11月浓度相对较低，最低浓度通常出现在6月，12—3月浓度相对较高，最高浓度通常出现在3月。TP浓度在宜宾和宜昌断面表现出起伏较大的凸状波动，5—8月浓度相对较高，10—2月浓度相对较低，两断面最大值分别出现在7月和8月，其中，宜宾断面7月浓度远超长江干流其他断面各月浓度，高达0.192 mg/L;汉口、大通和上海(石洞口)断面浓度年内呈现起伏凹状波动状态，年内变幅分别为0.027，0.045，0.03 mg/L，两断面最小值分别出现在6和7月，5—8月浓度相对较低，1—4月浓度相对较高。结合长江干流径流量年内分布，长江干流的上游NH3-N浓度与径流量相关性较低;TP浓度与径流量呈正相关关系，浓度随径流量增大而升高，反之亦然。中下游的NH3-N和TP浓度与径流量呈负相关趋势，在夏季丰水期，浓度较低，在冬季枯水期，浓度相对较高。

　　流量;

           —宜宾;—宜昌;—汉口;—大通;—上海。

　　图6 各监测断面NH3-N浓度年内变化曲线

 

　　流量;

　　—宜宾;—宜昌;—汉口;—大通;—上海。

　　图7 各监测断面TP浓度年内变化曲线图

　　3 结 论

　　利用2004—2016年长江干流上宜宾、宜昌、汉口、大通和上海(石洞口)5个断面NH3-N和TP水质监测数据，采用spearman秩相关系数法对长江干流氮、磷浓度的年际和年内空间变化进行了初步研究，研究结果显示：

　　1)研究期间，长江干流NH3-N浓度空间差异显著，上游和中游NH3-N浓度远低于下游，为GB 3838—2003 Ⅰ类水质标准，下游NH3-N浓度不稳定，且年际变幅较大;长江干流TP浓度都较高，为Ⅲ类水质的标准，TP浓度上游年际变幅高于下游。

　　2)长江干流宜昌、大通和上海(石洞口)断面NH3-N浓度呈下降趋势，且具有显著意义;TP浓度宜宾断面呈下降趋势，宜昌和汉口断面呈上升趋势，且都具有显著意义。因此，长江干流的NH3-N浓度呈下降趋势，TP浓度呈上升趋势。

　　3)长江干流上游NH3-N浓度与径流量年内分配相关性不显著，TP浓度与径流量的年内分布呈正相关关系，径流量越大浓度越高，径流量越小浓度越低。中游和下游NH3-N和TP浓度与径流量的年内分布呈负相关关系，在丰水期，浓度较低;在枯水期，浓度相对较高。

　　一、文章亮点

　　分析长江干流NH3-N和TP浓度的年际变化趋势和年内变化规律，探究长江干流水体目前的氮、磷负荷状态，为长江流域氮、磷控制等水质管理提供基础数据，为预防和治理水华提供参考。

　　二、文章简介

　　本文采用2004—2016年长江干流上宜宾、宜昌、汉口、大通和上海(石洞口) 5个断面NH3-N和TP的监测数据，监测断面位置如图1所示。

　　采用spearman秩相关系数法对上述5 个断面年际变化趋势显著性进行检验，检验结果如表1所示。

　　总体来看，长江干流的NH3-N浓度整体呈显著下降趋势，而TP浓度整体呈上升趋势。

　　结合长江干流径流量年内分布，长江干流的上游NH3-N浓度与径流量相关性较低; TP浓度与径流量呈正相关关系，浓度随径流量增大而升高，反之亦然。中下游的NH3-N和TP浓度与径流量呈负相关趋势，在夏季丰水期，浓度较低，在冬季枯水期，浓度相对较高。

　　三、重要结论

　　研究期间，长江干流NH3-N浓度空间差异显著，上游和中游NH3- N浓度远低于下游，为GB 3838—2003 Ⅰ类水质标准，下游NH3-N浓度不稳定，且年际变幅较大; 长江干流TP浓度都较高，为Ⅲ类水质的标准，TP浓度上游年际变幅高于下游。

　　长江干流宜昌、大通和上海(石洞口) 断面NH3-N浓度呈下降趋势，且具有显著意义; TP浓度宜宾断面呈下降趋势，宜昌和汉口断面呈上升趋势，且都具有显著意义。因此，长江干流的NH3-N浓度呈下降趋势，TP浓度呈上升趋势。

　　长江干流上游NH3-N浓度与径流量年内分配相关性不显著，TP浓度与径流量的年内分布呈正相关关系，径流量越大浓度越高，径流量越小浓度越低。中游和下游NH3-N和TP浓度与径流量的年内分布呈负相关关系，在丰水期，浓度较低; 在枯水期，浓度相对较高。

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