洪水期水质水量变化规律分析

洪水期水质水量变化规律分析时晓飞　王桂玲(河北省水环境监测中心　石家庄　050031) 目前水质监测规范规定,河道水质站1年内取6～12次水样进行分析,因此在“水质简报”和“水资源公报”编制中常以月、汛期、非汛期和年的平均值对水质进行评价,这样做是否符合河道水质的实际变化呢?尤其是河北省来水的时程分配不均匀,70%以上的来水量集中在汛期,且汛期来水又主要由几次洪水所造成,因此研究和探讨洪水期水质的变化规律很有必要。

探求水质和水量结合评价方法在开发利用和管理水资源方面具有重要意义。

为此,1996年汛期,分别在子牙河系的冶河、大清河系的拒马河、永定河系的清水河段进行了次洪水过程的水质监测,初步分析研究了洪水期次洪水的水质变化规律。

1　研究河段的选取为探讨不同水质污染状况下的河流洪水期水质变化规律,选取污染源组成、污染物种类不同,具有代表性的3个河段进行监测。

此次监测恰逢子牙、大清河系发生“968”特大洪水,为研究提供了机遇。

为探讨河段不同洪水过程的水质变化规律,分别对全年的第一场洪水、最大洪水、最后一次洪水过程按水位流量的变化进行稠密取样分析。

1.1　具体选定河段的基本情况张家口站位于永定河支流清水河上,流域面积为2300km2,多年平均径流量为0.974亿m3,枯季有断流现象。

污染源以崇礼县的工业企业排污为主,张家口市上游的皮革厂、药厂排放的污水及一定量的居民生活污水也汇入其中,入河废污水量11.49万t/a。

流域内农药平均用量不足5.0kg/hm2,化肥的使用量不足200kg/km2。

主要有害物质为氨氮和高锰酸盐指数。

紫荆关站位于大清河支流拒马河上游,流域面积1760km2,多年平均径流量为3.114亿m3。

紫荆关水文站上游1.5km处有“五一”渠引水入安各庄水库。

涞源县占测站以上流域面积的95%,因此,污染源以涞源县排污为主。

据调查,流域内共有排污企业108个,以治金建材为主。

污水排放总量1624.06万t/a,经处理排放的仅721.38万t/a,生活污水排放量921.30万t/a,化肥使用量4789t/a,农药使用量13. 619t/a。

本流域矿业极其发达,采矿矿渣造成的面源污染非常严重。

平山站位于子牙河支流冶河上,流域面积4620 km2,多年平均径流量为8.850亿m3。

除上游有从山西入境的污水外,本省的污染源以井陉和平山两县排污为主,共有排污企业100个,废污水排放量为3 836.3万t/a,仅井陉县排放的悬浮物、化学耗氧量、五日生化耗氧量共达3.66万t/a。

平山县氨氮、挥发酚的排放量为228.4t/a。

化肥使用量300～600kg/ hm2,农药平均使用量不足7.5kg/km2。

1.2　近年各河段的水质情况据1990～1995年监测资料,按地面水环境质量标准(GB3838-88)评价,近年各河段水质状况:张家口河段水质很差。

1990～1992年水质为Ⅳ类,1993～1995年都为Ⅴ类或大于Ⅴ类水质,主要超标物质为非离子氨、铁、高锰酸盐指数、酚、五日生化耗氧量。

紫荆关河段水质较差。

1990～1995年间的平水期、枯水期都为Ⅴ类或大于Ⅴ类水质,丰水期水质能达到Ⅲ类。

主要超标物质为铅、铁、汞等重金属及五日生化耗氧量。

平山河段水质逐年变差。

1990、1991年水质一般为Ⅱ～Ⅳ类,主要超标物质为化学耗氧量及氨氮。

1992～1995年主要为Ⅳ、Ⅴ类水质,丰水期能达到Ⅲ类水质。

主要超标物质为高锰酸盐指数、酚、亚硝酸盐氮、非离子氨。

2　次洪水过程水质分析洪水过程水质按地面水环境质量标准(GB3838 -88)分析评价,氨氮按(GB3838-88)标准分析评价。

2.1　各河段取样情况张家口河段本次评价控制3次洪水过程:1996年7月9～10日为全年第1场洪水,涨水、退水阶段分别取样2次,洪峰取样1次;1996年7月19日～20日为最大洪水,涨水阶段、峰顶各取样1次,退水阶段取样2水质与水环境海河水利1998.N o.4收稿日期:1997-02-17次;1996年8月20日为最后1次洪水,主要为退水阶段的监测,按不同流量级取样5次。

评价参数为:流量、氨氮、高锰酸盐指数、砷、酚、铜、汞、铅、铁、总硬度。

紫荆头河段本次评价控制了3次洪水过程:1996年7月5日第1场洪水,涨水及洪峰阶段各取样1次、退水阶段取样3次;8月4日～6日最大洪水为峰顶取样1次、涨水及退水阶段各取样2次;8月28日为最后1次洪水过程,涨水阶段按不同流量级取样3次,峰顶及退水阶段各1次。

评价参数:流量、氨氮、高锰酸盐指数、砷、酚、铅、铁。

平山河段此次研究因遇特大洪水,受水毁影响,只控制1996年7月10日第1次洪水及8月3～4日最大1次洪水。

第1次洪水涨水、峰顶、退水阶段各取样1次;最大洪水过程主要为涨水阶段监测,涨水阶段取样6次,洪峰取样1次。

评价参数:流量、氨氮、高锰酸盐指数、砷、总硬度、硫酸盐。

2.2　全年第一次洪水水质变化规律年度第1次洪水对研究河段的污水一方面有稀释降解作用,另一方面由于雨水淋解流域下垫面物质、洪水冲刷河道、沿途挟带,在面源、点源共同影响下河流水质发生显著变化。

河段以点源为主时,洪水的稀释降解使污染物浓度会随流量增加而减小,随流量的减小又增大,如平山河段的高锰酸盐指数、砷浓度的变化规律。

河段以面源为主时,污染物浓度先随流量增大大而增大,又随流量的减小而减小,其浓度峰值均出现于洪峰附近。

张家口河段的高锰酸盐指数、氨氮、铁(铁浓度),紫荆关河段的高锰酸盐指数、氨氮、酚、铜、铅、铁浓度的变化均呈以上规律,如张家口河段铁浓度由于面源影响,洪水涨水阶段水质逐渐变差,退水阶段又转好。

2.3　最大洪水过程水质变化规律若洪水总量较小、涨落平缓,而且河段面污染较轻时,又经过第1场洪水的稀释降解,故年度最大洪水过程污染程度减轻。

洪水过程中评价参数的浓度会随流量增加而减小,由于点源的持续性,流量回落到基流时污染物浓度又增大。

张家口河段的高锰酸盐指数、氨氮氨氮浓度,紫荆关河段的铜、铅、铁浓度,均呈此规律变化。

若年度最大洪水过程水量大、陡涨陡落,对河道多年沉积物的冲刷、塌方、泥石流等使面源成为主要影响因素,污染物浓度会随流量增加而增大,随流量减小而减小。

平山河段的高锰酸盐指数(指数)、氨氮,张家口河段的铜、铅、铁浓度,紫荆关河段的铁、砷浓度变化均呈以上规律。

2.4　年度最后1次洪水过程水质变化规律经过汛期洪水的冲刷稀释作用,水质有好转趋势,但因污染源的持续汇人,最后1场洪水又会受其影响。

污染物浓度随流量增加而增大,随流量减小而减小,流量回落到基流时浓度又增大。

紫荆关河段的高锰酸盐指数、氨氮、铜、铅、铁浓度随流量的变化呈以上规律(如铁浓度1.99mg/L～0.45mg/L～ 5.75 mg/L),张家口河段主要为退水阶段的监测,高锰酸盐指数、氨氮、砷、铅、铁都随流量减小而减小,当流量达基流时,含量又增大。

如高锰酸盐指数浓度由9. 3mg/L降至3.2mg/L,后又增大到9.3mg/L。

3　以输送量计算值评价次洪水过程水质根据次洪水的取水样时间,划出具代表性的部分洪量,即可加权计算出洪水过程每项污染物平均含量,以此评价3次洪水过程的水质:张家口站3次洪水均评价为大于Ⅴ类,但3次洪水综合污染指数分别为10.0、7.5、5.7,污染程度呈递减趋势。

紫荆关站8月4日洪水过程为Ⅴ类水,其余2次洪水过程均为大于Ⅴ类水质,3次洪水的综合污染指数分别为11.4、3.4和4.7,年度最大洪水水质最好。

平山站2次洪水皆评价为Ⅳ类水,综合污染指数分别为5.7、6.8。

由于年度最大洪水对流域和河道的冲刷强烈,故污染程度加重。

通过比较分析,洪水过程中面源对水质起决定作用。

水量大时面源作用相当明显,水质未有明显好转;面源污染轻时,洪水水量的稀释降解作用使水质好转。

但不同河系、不同洪水过程水质水量变化规律又有所不同,如:由于张家口河段有机污染较轻,洪水起到稀释降解作用。

经过几次洪水,氨氮、酚、铅、铁浓度一次次降低。

高锰酸盐指数年度最大洪水浓度比第1场洪水降低,但最后1场洪水浓度又增大。

由于山区采矿,最大洪水的冲刷使铜浓度增大,但在最后1场洪水时浓度又降低。

紫荆关河段洪水的稀释降解作用比较明显,高锰酸盐指数、氨氮、亚硝酸盐氮、酚、铅随年度第1场洪水、年度最大洪水、年度最后1次洪水浓度渐小。

由于采矿的持续性,铜、铁含量在年度最大洪水浓度·41·1998.N o.4洪水期水质水量变化分析表1　洪水过程分时段监测与常用评价水质水量方法比较站 名时 间评价方法水质类别水量/万m 3时 间评价方法水质类别水量/万m 3时 间评价方法水质类别水量/万m 3张　家　口7月9~10日分时段Ⅲ0Ⅳ24.272Ⅴ 6.977>Ⅴ63.48常用>Ⅴ94.7297月19~20日分时段Ⅲ0Ⅳ 4.574Ⅴ54.03>Ⅴ227.27常用>Ⅴ285.878月20日分时段Ⅲ53.79Ⅳ36.37Ⅴ73.85>Ⅴ56.43常用>Ⅴ220.44紫　荆　关7月5日分时段Ⅲ17.42ⅣⅤ0>Ⅴ45.926常用>Ⅴ63.3468月4日分时段Ⅲ2172.62Ⅳ9917.35Ⅴ0>Ⅴ690.13常用>Ⅴ12780.18月28日分时段Ⅲ0Ⅳ0Ⅴ0>Ⅴ284.337常用>Ⅴ284.337平 山7月10日分时段Ⅰ0Ⅱ0Ⅲ0Ⅳ315.5Ⅴ0常用Ⅳ315.58月3-4日分时段Ⅰ31.35Ⅱ407.57Ⅲ0Ⅳ30912.33Ⅴ0常用Ⅳ31351.25降低,但最后1场洪水浓度又增大,这说明山区开矿形成的大面积面源污染并不能仅靠几场洪水就能清洗。

平山河段由于恰逢大暴雨,暴雨强度很大,洪水冲刷挟带面源影响水质。

高锰酸盐指数、氮、砷年度最大洪水浓度比第1场洪水浓度增大,总硬度、硫酸盐由于水量的稀释作用浓度减小。

4　水量与水质综合评价洪水过程中水质水量密不可分。

加强洪水期的水质监测,按不同时段评价洪水过程的水质水量,同现行“水质简报”、“水资源公报”编制时所用的水质评价方法评价进行比较,详见表1。

从表1可以看出,张家口河段7月9～10日洪水总水量94.729万m 3。

退水阶段由于铁超标8.8倍评价为Ⅴ类水,水量占整个洪水过程总水量的7.4%,涨水及洪峰阶段均评价为大于Ⅴ类水质;高锰酸盐指数最大超标3.6倍,占总水量的67.0%,流量回落至基流时评价为Ⅳ类水质,占总水量的25.6%。

7月19～20日洪水过程总水量285.87万m 3。

起涨阶段评价,占总水量1.6%为Ⅳ类水,退水阶段18.9%为Ⅲ类水,其余各阶段为大于Ⅴ类水质,占总水量的79.5%。

8月20日洪水过程过水总量220.44万m 3。