近18年长江干流水质和污染物通量变化趋势分析

　　2.2.2 污染物通量历年变化趋势

　　选取宜昌、汉口37码头、大通三个断面，计算2001—2018年总磷和氨氮两项典型污染物的年通量，并与年径流量进行变化趋势对比，结果如图 7所示. 表 1为2001—2018年宜昌、汉口37码头、大通断面年径流量和污染物年通量特征值.

　　由图 7和表 1可见，总磷年通量、氨氮年通量的低值和高值出现的年份与年径流量关系密切，2001—2018年中，宜昌断面有11个年份、大通断面有10个年份的年径流量、总磷年通量、氨氮年通量同时出现明显的高值或低值，汉口37码头断面有9个年份的年径流量、总磷年通量同时出现明显的高值和低值.结果表明，水量对污染物年通量影响较大，但二者时空特征关系错综复杂，污染物通量既是水量的函数，又是污染物浓度的函数；同时水量又影响泥沙含量，影响进入水体中的污染物量(尤其是面源)，影响污染物的吸附、扩散、降解等环境行为，但这并不意味着无法通过年径流量与污染物年通量的关系来辨析污染减排效果.比较某断面在年径流量相近年份间污染物通量的变化，即可推断污染物减排效果，如宜昌断面2001年与2004年径流量接近，其2004年氨氮通量远小于2001年，且氨氮年通量在2001—2006年基本呈单边下降趋势，鉴于水溶性氨氮受泥沙含量影响很小，氨氮通量的下降应主要归因于相应区域氨氮减排的效果，汉口37码头断面亦如此；大通断面2012年与2016年的年径流量接近，但2016年氨氮年通量远小于2012年，而且2012—2018年氨氮年通量基本呈单边下降趋势，氨氮通量的下降应主要归因于相关水域氨氮减排效果，与武穴至入海口江段2012—2018年氨氮浓度呈显著下降趋势的结果(见图 4)高度一致.

　　另外，2006年以来，上游末端宜昌断面总磷年通量只是略高于氨氮年通量(如2018年总磷年通量比氨氮年通量高约10%)，而汉口37码头断面总磷年通量远高于氨氮年通量(2018年总磷年通量比氨氮年通量高约150%)，至下游大通断面氨氮年通量反而远超总磷年通量，说明宜昌至汉口段总磷的入河量较大，而汉口至大通段氨氮入河量较大.以上结果体现了不同区域间水环境形势的差异性.

　　上述某断面的总磷年通量不是纯粹意义上通过该断面的磷量，根据GB 3838—2002测定总磷时，水样采集后(称为原样)先静置30 min，取上层非沉降部分(称为澄清样)测定总磷浓度，静置过程中大颗粒泥沙和吸附于其上的磷会发生沉降，因而澄清样总磷值会低于原样总磷值，尤其是在汛期泥沙含量较高时[20]，但这种情况不影响总磷通量年际变化趋势.澄清样总磷浓度和原样总磷浓度之比随悬浮物浓度呈规律性变化，二者存在一定的经验关系[20]，据此可将澄清样总磷值换算(校正)为原样总磷值.依据校正得到宜昌、汉口37码头、大通断面2018年总磷年通量分别为6.33×104、8.96×104、9.37×104 t，均为各自未校正总磷年通量值的1.2倍.宜昌、汉口37码头、大通断面2018年氨氮年通量分别为4.77×104、3.13×104、21.47×104 t.

　　2.2.3 污染物通量季节性变化特征

　　观测近5年宜昌、汉口37码头、大通断面总磷、氨氮月通量的季节性变化特征, 发现对同一个断面同一种污染物而言，不同年份污染物通量的季节性变化特征基本相似.选取介于丰水年和枯水年之间的2017年作为典型年，给出两种污染物在宜昌、汉口37码头、大通断面各月的通量(见图 8).由图 8可见：总磷月通量和月径流量的变化趋势高度一致，3个断面的总磷月通量均随水量的增大而增大，随水量减小而减小.而氨氮月通量变化趋势在不同断面间差别较大，宜昌断面氨氮月通量和月径流量变化趋势一致；大通断面氨氮月通量在大多数月份与月径流量变化趋势一致，但在4月和6月不一致；汉口37码头断面氨氮月通量与月径流量的变化趋势相关性较差，在月径流量最大的7月，其氨氮月通量远低于月径流量相对较小的1月和4月. 5—10月总磷月通量较高，约占全年通量的63%~74%，而氨氮年通量不同断面年内分布差别较大，宜昌和大通断面5—10月的氨氮通量约占全年的70%，而汉口断面仅占36%.

　　根据式(2)，年内Q变化趋势一定的情况下，W的年内变化趋势取决于C.而C的年内变化趋势可分3种情况：①C的变化趋势与Q基本一致；②C波动较小；③C与Q的变化趋势出现背离.在前两种情况下，污染物月通量跟月径流量变化趋势一致；在第三种情况下，污染物月通量和月径流量的年内变化趋势是否一致取决于C和Q的变化哪一方占主导地位.对总磷和氨氮浓度年内变化趋势分析发现，总磷浓度年内变化符合第一种或第二种情况，所以总磷月通量年内变化趋势与月径流量基本一致.而氨氮浓度年内变化在不同断面间差异较大，在宜昌断面波动较小；在汉口37码头断面波动较大，出现汛期未检出情况；在大通断面年内波动较大.所以宜昌断面氨氮月通量年内变化趋势与月径流量基本一致，而汉口37码头断面氨氮月通量与月径流量的变化相关性较差，大通断面氨氮月通量与月径流量的变化趋势更为复杂，在某些月份表现为一致，在另外一些月份表现为不一致，如7月月径流量最大，但氨氮月通量最高值出现在6月.

　　从污染物性质、赋存形态和来源等方面对以上现象进行分析.地表水体中总磷主要成分是多种形态的磷酸盐，有相当一部分通过吸附作用以颗粒态存在，泥沙是磷的重要载体[21].将磷的来源分为两部分，包括来自点源的量和来自面源的量.长江干流含沙量与流量呈显著正相关[22]，汛期水量大，降雨径流对陆面土壤颗粒的裹挟力大，导致长江含沙量增大；同时，吸附态磷通过径流大量进入水体，导致来自面源的量急剧增大，成为主导因素，而来自点源的量则相对稳定，所以磷的汇入总量急剧增大，使单位时间内的总磷通量增大.因此，汛期大量的磷随泥沙颗粒通过地表径流进入水体，导致总磷月通量与月径流量变化趋势基本一致，这种推演过程与三峡水库入库河流中颗粒态磷占总磷约75%的结论[23]相符.长江上游江段流量、悬浮物/泥沙含量[22-24]、总磷[25-26]三者之间显著正相关，也是上述原因所致.

编辑：王媛媛