基于APCS-MLR模型的沱河流域污染來源解析

　　摘要：為了解沱河流域水質(zhì)特征與污染來源，該研究基于16個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位每月水質(zhì)數(shù)據(jù)，采用絕對(duì)主成分-多元線性回歸(APCS-MLR)模型，解析污染來源及其主要貢獻(xiàn).結(jié)果表明：①COD是年度超標(biāo)因子，總磷和氟化物在部分月份超標(biāo)，水質(zhì)從汛期至11月較差；②城鎮(zhèn)生活與城市徑流是影響沱河水質(zhì)的主要驅(qū)動(dòng)因子，其方差貢獻(xiàn)率達(dá)到24.7%，其次為環(huán)境背景值，農(nóng)村生活源、畜禽養(yǎng)殖業(yè)—河道內(nèi)源和種植業(yè)源，其方差貢獻(xiàn)率分別達(dá)到19.6%、9.9%、8.8%和7.6%；③從最主要的超標(biāo)因子COD來看，城鎮(zhèn)生活與城市徑流是主要污染源，貢獻(xiàn)率達(dá)到60%，從總氮、總磷和氨氮指標(biāo)來看，種植業(yè)、農(nóng)村生活與畜禽養(yǎng)殖業(yè)為主要污染源，總計(jì)貢獻(xiàn)率分別達(dá)到56%、54%和57%.研究顯示：加快污水管網(wǎng)的建設(shè)完善，控制城鎮(zhèn)污染物的排放、收集和處理是沱河水質(zhì)達(dá)標(biāo)的當(dāng)務(wù)之急；加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田徑流和畜禽養(yǎng)殖污染的管控是沱河水環(huán)境質(zhì)量整體提升的必要條件.

　　關(guān)鍵詞：絕對(duì)主成分；多元線性回歸；污染源解析；河流

　　近年來隨著各地政府環(huán)保考核壓力的不斷增大，各地環(huán)保部門積極開展水環(huán)境治理和生態(tài)保護(hù)修復(fù)工程，雖然有所成效，但是部分?jǐn)嗝嫠|(zhì)仍不達(dá)標(biāo)，引起了環(huán)保管理部門和學(xué)者們的廣泛關(guān)注[1-4].淮河作為我國七大水系之一，在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展格局中占有十分重要的地位.淮河同時(shí)作為閘壩眾多、糧食主產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)三高(高污染、高能耗、高排放)特征明顯的河流[5]，水污染形勢(shì)嚴(yán)峻.根據(jù)2018年生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)，淮河流域水質(zhì)優(yōu)良比例僅為57.2%，距離“水十條”70%以上的目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)，污/廢水、化學(xué)需氧量和氨氮排放量分別為87.37×108、26.71×104和1.96×104t，均未達(dá)到《全國水資源保護(hù)規(guī)劃(2016—2030年)》中的限制要求[6].該年8月由于安徽上游提閘泄洪，大量劣V類毒污水涌入洪澤湖，暴發(fā)了洪澤湖魚蟹死亡事件[7].污染在河里，源頭在岸上，為了改善水質(zhì)，更好的開展源頭管控，解析污染來源成為環(huán)保決策者的首要任務(wù).

　　1數(shù)據(jù)與方法

　　1.1研究區(qū)概況

　　沱河為淮河左岸支流，自西北流向東南匯入淮河，原為豫皖兩省輸水河道，1966年經(jīng)過截源后，其干流始于宿州市埇橋區(qū)境內(nèi)，止于該市泗縣出境處(見圖1).沱河干流全長103km，水深1.5～2m，排澇能力5～160m3/s，流域內(nèi)涵閘眾多(共20座)，主要功能是防洪除澇和灌溉.沱河屬季節(jié)性河流，河水受大氣降水控制，雨季水位上漲，流量突增，枯水期間流量減小甚至干涸，全年僅7—8月河水處于流動(dòng)狀態(tài).沱河流域總面積3211km2，其中耕地面積占83%(水田1%、旱地82%)，城鎮(zhèn)和建筑用地、河湖水庫分別占15%和1%，其它占1%.沱河水質(zhì)常年處于超標(biāo)狀態(tài)，水質(zhì)類別為IV類，主要超標(biāo)因子為化學(xué)需氧量、總磷和氟化物，未達(dá)到水功能要求(III類).自2018年起宿州市政府對(duì)流域水環(huán)境大力整治，至2019年底已完成所有工業(yè)企業(yè)入河排污口的截污納管工作，現(xiàn)存入河排污口包括一座縣城生活污水處理廠排污口和9座鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠排污口，縣城污水廠廢水日處理規(guī)模5×104t.

　　1.2APCS-MLR源解析模型

　　1.2.1絕對(duì)主成分分析

　　APCS-MLR模型的第一步是提取水質(zhì)指標(biāo)的主成分，作為污染源判別和量化的依據(jù).提取的主成分得分計(jì)算公式如下：

　　1.2.2多元線性回歸

　　以實(shí)測(cè)水質(zhì)濃度C為因變量，以APCS為自變量建立多元線性回歸方程，如下：imimiimCaAPCSb????(6)式中，ima表示污染源m對(duì)污染因子i的回歸系數(shù).

　　2結(jié)果與討論

　　2.1沱河水質(zhì)年內(nèi)變化特征

　　由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)11位于沱河流域的最下游出口處，匯水區(qū)范圍覆蓋全流域，可反映沱河整體的水質(zhì)特征，因而選該點(diǎn)位解析沱河水質(zhì)年內(nèi)變化特征，為后續(xù)污染源解析中主成分結(jié)果的判定提供依據(jù).如圖2所示，沱河流域汛期(6—8月)水質(zhì)明顯下降，除氟化物濃度(ρ(F))，ρ(TP)、ρ(COD)和ρ(CODMn)均有顯著升高.7月和8月ρ(COD)分別達(dá)到31和36mg/L，7月、8月和9月ρ(CODMn)分別達(dá)到11.1、10.4和10.3mg/L，5月、6月和7月ρ(TP)分別達(dá)到0.35、0.47和0.36mg/L，均處于地表水V類水平，汛期水質(zhì)的惡化說明該流域污染來源以面源為主.ρ(F)與ρ(NH3-N)在1—6月處于平穩(wěn)狀態(tài)，從7月開始波動(dòng)較大.沱河流域受閘壩控制，非汛期閘壩關(guān)閉，河流基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，因而水質(zhì)比較穩(wěn)定；進(jìn)入汛期后，閘壩開啟，支溝支流的水匯入，導(dǎo)致ρ(F)與ρ(NH3-N)處于波動(dòng)狀態(tài).

　　2.2主要污染因子識(shí)別

　　該研究采用數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的方法，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，針對(duì)各個(gè)變量的相關(guān)性進(jìn)行KMO-Bartlett球形檢驗(yàn)結(jié)果(KMO=0.66，P<0.001)表明各變量之間有較強(qiáng)相關(guān)性，適合開展因子分析.基于SPSS24.0軟件開展主成分分析，依據(jù)Kaiser特征值>1的標(biāo)準(zhǔn)，共提取5個(gè)主成分，累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)71%(見表2)

　　3結(jié)論與建議a)綜合分析沱河水質(zhì)，城鎮(zhèn)生活與城市徑流是沱河水質(zhì)的最主要影響因子(貢獻(xiàn)率24.7%)，其次為環(huán)境背景值(19.6%)，農(nóng)村生活、畜禽養(yǎng)殖業(yè)—河道內(nèi)源和種植業(yè)分別貢獻(xiàn)了9.9%、8.8%和7.6%.目前從水質(zhì)整體提升的目標(biāo)來說，應(yīng)多措并舉，全面控制城鎮(zhèn)生活點(diǎn)源、農(nóng)業(yè)面源和城市徑流污水，進(jìn)行流域水環(huán)境整治綜合治理.b)從主要超標(biāo)因子來看，城鎮(zhèn)生活與城市徑流是COD的主要污染源，其貢獻(xiàn)超過一半.從水質(zhì)達(dá)標(biāo)的目標(biāo)來說，加快污水管網(wǎng)的建設(shè)完善，控制城鎮(zhèn)污染物的排放、收集和處理是當(dāng)務(wù)之急.F超標(biāo)是當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景高導(dǎo)致的，應(yīng)考慮采用末端治理的方式降低污染.

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]BRYANBA,GAOL,YEY,etal.China＇sresponsetoanationalland-systemsustainabilityemergency[J].Nature.2018,559(7713):193-204.

　　[2]CHENX,STROKALM,VAN-VLIETMTH,etal.Multi-scalemodelingofnutrientpollutionintheriversofChina[J].EnvironmentalScience&Technology.2019,53(16):9614-9625.

　　[3]TONGY,ZHANGW,WANGX,etal.DeclineinChineselakephosphorusconcentrationaccompaniedbyshiftinsourcessince2006[J].NatureGeoscience.2017,10(7):507-511.

　　后?？?,2,張凱1,2,段平洲1,2,王曉1,2,塔拉1,2,郭勇3,夏瑞1,2*

《基于APCS-MLR模型的沱河流域污染來源解析》

上一篇：安徽省亳州市小麥產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展策略研究

下一篇：現(xiàn)代化技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用探析