近18年长江干流水质和污染物通量变化趋势分析

　　长江水体中的氨氮与磷在以下两个方面存在差异：①磷主要来自面源，而氨氮主要来自点源，且点源中生活源又大于工业源[3]；②氨氮基本上以溶解态存在，不受泥沙裹挟.宜昌断面氨氮月通量和月径流量变化趋势基本一致(见图 8)，是因为宜昌断面氨氮浓度年内季节间比较稳定(2016—2018年各年份均如此)，而且年际之间氨氮浓度也较为稳定，所以出现了氨氮月通量和径流量变化趋势基本一致的现象.而宜昌断面氨氮稳定的合理解释是，来自于库区上游和库区的氨氮在三峡水库这一大型“蓄水池”得到了比较充分的缓冲.

　　汉口37码头断面氨氮月通量表现为6—11月较低，且与月径流量变化趋势不一致的现象，原因是6—11月氨氮浓度较低，相关区域氨氮汇入少，稀释作用强.宜昌断面氨氮年通量略小于总磷年通量，而在汉口37码头断面氨氮年通量却远小于总磷年通量，进一步证明了这种推断的合理性.在大通断面，氨氮月通量与月径流量的趋势基本一致，合理的解释是年内氨氮浓度的波动小于水量的波动；另外，大通断面氨氮年通量远大于总磷年通量，与汉口断面相比出现了反转，再结合图 2中氨氮浓度沿程升高的现象，说明从汉口至入海口，进入长江的氨氮增量超过总磷增量.

　　宜昌断面为长江上游控制断面，是反映长江干流金沙江梯级水库、三峡水库、葛洲坝水库累积影响的第一个断面.对该断面2001—2002年、2017—2018年两个时段总磷通量季节性变化特征和赋存形态进行了对比(见图 9).由图 9可见：两个时段总磷通量均为汛期高于非汛期，但2017—2018年季节间变幅明显小于2001—2002年，这与其上游水库尤其是三峡水库对流量和泥沙的调控及缓冲作用密切相关；另一个明显特征是磷的输移形态发生了较大变化，2001—2002年宜昌断面通过颗粒态输送的磷在磷输送总量中占比为50%~87%，而在2017—2018年降为14%~35%，磷的输移形态由以颗粒态输送为主转变为以溶解态输送为主.

　　3 讨论

　　综合观测图 3、4、7可以发现，对长江干流水质而言，2011—2013年是一个重要转折期，之后长江干流总磷浓度明显下降，武穴至入海口江段氨氮浓度大幅下降.

　　影响河流水质的主要因素有污染物入河量、水量、泥沙含量等，在污染负荷一定的情况下，水量越大则污染物浓度越低.在水量一定的情况下，污染物入河量越大，则污染物浓度越高；污染物入河量越小，则污染物浓度越低.泥沙含量则会显著影响可吸附污染物的浓度，如总磷[27]、高锰酸盐指数[28]、重金属[13, 29]等.污染物入河量取决于水污染防治效果等因素，泥沙含量的变化则取决于水土保持效果、水库拦沙作用等因素.

　　表 2为不同时期长江流域水污染防治[30]和水土保持相关情况[31-33]，以及长江干流具有拦沙作用的水电工程. 2001年后，长江干流典型断面输沙量(与含沙量、悬浮物含量均成正比)大幅下降，尤其是三峡大坝下游的宜昌断面(见图 5)，其原因有以下两点：①水土保持作用(见表 2). 2006—2015年长江流域治理水土流失面积是2006年之前累计治理面积的52%，是泥沙含量下降的重要原因，朱沱断面在金沙江下游两大梯级水库建成之前输沙量减少(见图 6)，应归因于上游水土保持作用. ②2003年三峡工程蓄水成库[34-35]、2012年向家坝水电站蓄水成库、2013年溪洛渡水电站蓄水成库所产生的拦沙作用[36-37].从时间节点上看，宜昌断面输沙量降幅最大的2003年、2006年、2011年、2013年正好对应三峡工程首次蓄水成库(至135 m蓄水位)、156 m蓄水位实现、175 m设计目标蓄水位实现、金沙江下游两大梯级水库形成，因此水库修建是上游向下游输送泥沙大幅下降的重要原因.汇入长江水体的泥沙减少，导致通过泥沙裹挟进入水体的磷减少，使得长江干流总磷近年来呈减小趋势.宜昌断面磷的输送由2001—2002年的以颗粒态为主转变为2017—2018年的溶解态为主(见图 9)也是由于宜昌江段泥沙含量大幅减小.当然，不应否认水污染防治在总磷浓度减小中的作用.

　　与总磷不同，氨氮主要以溶解态存在，长江干流武穴至入海口江段氨氮浓度2013年以来大幅下降(见图 4)不应归因于泥沙含量的减小.大通断面相近径流量年份(2012年与2016年以及2013年与2018年)的氨氮年通量(见图 7)和相应江段污染物浓度(见图 4)的大幅下降，说明武穴至入海口江段氨氮浓度的下降归因于水量变化也是不合理的，应主要归因于水污染防治.高锰酸盐指数与氨氮同属耗氧有机物，地表水体中二者浓度密切相关，所以水污染防治是高锰酸盐指数下降的原因之一；此外，高锰酸盐指数与悬浮物中有机质的含量有一定相关性(浓度测定的消解过程会使一部分有机质发生消解)，泥沙含量的减少导致水样中有机质的减少，从而导致高锰酸盐指数下降.石油类物质主要存在于表层水体，受水量和泥沙的影响很小，其超标率大幅下降的主要原因也与水污染防治有关，包括船舶航运业对污染物排放的大力整治.所以，从水质、水量、污染物浓度、污染物通量综合分析，近年来水污染防治效果显著.

　　从时间节点上来看，相比于“十五”“十一五”，国家“十二五”计划实施期间是具有突破性的5年，水环境保护上升为国家战略，在长江流域水污染治理方面，无论是投资规模、治污设施建设规模，还是制度建设、管理和技术水平都有跨越式进展(见表 2)，而该研究所得出的水质变化重要转折期(2011—2013年)正处于“十二五”期间，这不是巧合，而是治理效果的显现.武穴以下江段氨氮浓度在2003—2013年一直呈升高趋势(见图 4)，说明“十五”“十一五”期间长江下游氨氮污染未得到有效遏制，但宜昌断面和汉口断面在2001—2006年氨氮年通量大幅下降(见图 7)，说明“十五”期间上游和中游氨氮减排取得了显著成效.

　　该研究仅从物理化学指标方面得出长江干流水质明显好转的结论，但广义的水质不仅包括物理化学指标，还包括水生生物指标、栖息地指标、病原体指标等[38].实际上，长江生态恶化、环境风险、污染排放等问题仍然突出，生态环境形势依然严峻[39].长江经济带石化、化工、医药、有色金属采选冶炼、磷矿渣堆积、危化品运输等方面仍存在诸多隐患，存在地震等自然灾害引发大型污水处理厂溃泻的风险，建议加强隐患治理和应急预案研究.今后的治理方向应侧重基于大数据信息平台的精细化管理和监督，并强化责任机制.长江水环境保护任重道远，应常抓不懈，只紧不松.

　　尽管从2013年起长江总磷浓度明显下降，但仍处于偏高水平，是首要超标污染物.鉴于总磷在河湖连通、引调水工程、水库回水情况下进入缓流状态可能产生不利的生态效应，以及对底栖生物群落结构具有不利影响[40]，需要从流域水生态安全的角度认识长江总磷偏高问题.建议实施流域性控磷措施，应面源和点源共治.未来长江流域面源总磷的控制既是重点也是难点.与长江类似，作为美国第一大河的密西西比河，其总磷第一大来源也是面源[41-42]，总磷浓度偏高问题至今仍未解决.

编辑：王媛媛