地表水監(jiān)測指標(biāo)在環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

劉衍

摘要： 通過收集整理并分析銅陵市地表水指標(biāo)中化學(xué)需氧量（COD）、高錳酸鹽指數(shù)（IMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總氮和總磷的監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)地表水各監(jiān)測指標(biāo)之間存在一定的必然的相關(guān)性。這些監(jiān)測指標(biāo)的數(shù)值，除了發(fā)揮完成常規(guī)地表水的環(huán)境監(jiān)測任務(wù)的作用，也將會(huì)成為環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作提供重要的評(píng)價(jià)依據(jù)，所以分析好監(jiān)測指標(biāo)之間的相關(guān)性，能夠發(fā)揮出環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的雙重應(yīng)用價(jià)值。

Abstract： Through collecting and analyzing the monitoring data of chemical oxygen demand （COD）， permanganate index （IMn）， five-day biochemical oxygen demand （BOD5）， ammonia nitrogen （NH3-N）， total nitrogen and total phosphorus in the surface water indexes of tongling city， it is found that there is a certain correlation between the monitoring indexes of surface water. The values of these monitoring indicators， in addition to playing a role in completing the environmental monitoring task of conventional surface water， will also become an important evaluation basis for environmental impact assessment. Therefore， a good analysis of the correlation between monitoring indicators can give play to the dual application value of environmental monitoring data.

關(guān)鍵詞：地表水;監(jiān)測指標(biāo);相關(guān)性;環(huán)境影響評(píng)價(jià)

Key words： surface water;monitoring indicators;correlation;environmental impact assessment

中圖分類號(hào)：X824? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）33-0217-02

0? 引言

化學(xué)需氧量（COD）、高錳酸鹽指數(shù)（IMn）、生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、總磷、總氮都是地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目指標(biāo)，既是判斷水域水質(zhì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也是水質(zhì)治理和規(guī)劃的目標(biāo)和水質(zhì)管理的技術(shù)基礎(chǔ)。在分析水質(zhì)指標(biāo)的同時(shí)，進(jìn)一步關(guān)注指標(biāo)之間的內(nèi)在聯(lián)系，不僅對(duì)環(huán)境監(jiān)測分析的數(shù)據(jù)審核具有非常重要的指導(dǎo)意義[1、2]，同樣在環(huán)境影響評(píng)價(jià)領(lǐng)域可以得到很好的利用[3、4]?；瘜W(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)是作為直接表示水體中還原性物質(zhì)和有機(jī)物相對(duì)含量的指標(biāo)，生化需氧量是作為間接表示水體中有機(jī)物含量的指標(biāo)，均為判斷水質(zhì)質(zhì)量的重要參數(shù);氨氮和總氮是反映水體中不同形式氮含量的指標(biāo)，總磷是反映水體中總的磷化合物數(shù)量總和的指標(biāo)，而氮磷元素都時(shí)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化和水質(zhì)變差的重要因素。

隨著水體環(huán)境研究的不斷深入，更多的國內(nèi)外環(huán)境分析和監(jiān)測人員關(guān)注到指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性[5-6]，這將在環(huán)境影響評(píng)價(jià)[7-8]、廢水污染源辨析和管控[9-10]、生態(tài)環(huán)境水體監(jiān)測[11-12]以及污染變化趨勢判斷等諸多方面發(fā)揮重要作用?，F(xiàn)行的環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法中，利用環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)預(yù)測的模式還僅僅利用了溶解氧和生化需氧量之間的關(guān)系（S-P模式），本文通過分析兩項(xiàng)地表水水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系，希望為環(huán)境影響評(píng)價(jià)預(yù)測提供更多的分析方法和預(yù)測模式。

1? 研究對(duì)象與方法

文本研究對(duì)象為長江銅陵段地表水，數(shù)據(jù)來源于2017年9月-2018年12月銅陵市環(huán)境監(jiān)測中心站310個(gè)地表水監(jiān)測和分析的數(shù)據(jù)，其中包括銅陵長江段水樣、區(qū)域內(nèi)順安河、長河、菜子湖、天井湖等地表水樣品。對(duì)化學(xué)需氧量、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總氮和總磷六項(xiàng)常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析，采用Pearson相關(guān)系數(shù)法分析探討了六項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性及數(shù)據(jù)之間存在聯(lián)動(dòng)變化，采用SPSS19. 0對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2? 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)六項(xiàng)基本指標(biāo)的相互關(guān)聯(lián)性

整理銅陵站監(jiān)測的長江銅陵段及周邊地表水的監(jiān)測數(shù)據(jù)，剔除明顯異常的超標(biāo)數(shù)據(jù)和檢出限附近不具備統(tǒng)計(jì)意義的數(shù)據(jù)后，采用Pearson相關(guān)系數(shù)法對(duì)數(shù)據(jù)間的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算與分析。通過分析這些指標(biāo)之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，分別篩選出三組相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，討論其存在關(guān)聯(lián)性的原因和變化規(guī)律，即COD、IMn、BOD5為一組、NH3-N和COD為一組，NH3-N和總磷、總氮為一組。

2.2 化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、生化需氧量的相關(guān)性分析

化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和生化需氧量都是可以表示水體中有機(jī)物相對(duì)含量的條件性指標(biāo)，但又有所區(qū)別。從這三種指標(biāo)所能反映的污染情況來看，其必然存在一定的關(guān)聯(lián)性;從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，也確實(shí)證實(shí)了三種指標(biāo)之間的相關(guān)性程度非常密切。為了進(jìn)一步探究化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和生化需氧量之間的相關(guān)性程度，對(duì)這三個(gè)指標(biāo)中兩種指標(biāo)分別做線性回歸分析。

根據(jù)147組監(jiān)測數(shù)據(jù)，化學(xué)需氧量和高錳酸鹽指數(shù)存在如下線性關(guān)系：y=2.8440x+3.6597，R2=0.8113。由于KMnO4的氧化率較低，一般只反映清潔水樣中還原性物質(zhì)的量，所以在這些監(jiān)測數(shù)據(jù)中，高錳酸鹽指數(shù)的值一般分布在COD小于5mg/L范圍內(nèi)。樣品中也有部分水樣的高錳酸鹽指數(shù)較高，同時(shí)對(duì)應(yīng)的化學(xué)需氧量也隨之具有更高的值，變化趨勢具有一致性，并且COD/IMn的平均值約為2.84。

根據(jù)128組化學(xué)需氧量和生化需氧量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，二者存在如下線性關(guān)系：y=5.5538x+ 3.2257，R2=0.7410，并且顯著相關(guān)。生化需氧量和化學(xué)需氧量所反映的還原性物質(zhì)區(qū)別在于，生化需氧量僅反應(yīng)可以被氧化的有機(jī)物質(zhì)，而化學(xué)需氧量除了反映能氧化部分有機(jī)物外，還能反映其他無機(jī)還原性物質(zhì)的量。從線性回歸方程可以看出，COD/BOD5的平均值為5.55，這對(duì)我們?nèi)粘?shù)據(jù)審核和分析具有一定的指導(dǎo)意義。

在影響評(píng)價(jià)預(yù)測方面，在沒有污染物侵入的情況下，水體環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，水中有機(jī)物在還原性物質(zhì)中的占比保持在一定的范圍內(nèi)，化學(xué)需氧量與生化需氧量的比例同樣會(huì)保持相對(duì)穩(wěn)定;如果COD/BOD5出現(xiàn)異常變大，表明其他無機(jī)污染物侵入到水體中，主要污染物為還原性無機(jī)物;如果COD/BOD5出現(xiàn)異常降低，表明其他有機(jī)污染物侵入到水體中，有機(jī)物污染較為嚴(yán)重。

2.3 氨氮和化學(xué)需氧量的相關(guān)性分析

由表1可知，氨氮和化學(xué)需氧量之間存在著極顯著相關(guān)性，R=0.8362，對(duì)131組氨氮和化學(xué)需氧量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，線性回歸關(guān)系為：y=7.0795x+8.6624，R2= 0.6992，COD/氨氮的平均值約為7.08。但是在氨氮檢出下限以下的數(shù)據(jù)過多，COD值多集中于在5～10mg/L，不能很好的反映二者的相關(guān)性;如果剔除氨氮檢出下限以下的數(shù)據(jù)，對(duì)刪除后的90組氨氮和化學(xué)需氧量數(shù)據(jù)重新進(jìn)行相關(guān)性和線性回歸分析，Pearson相關(guān)系數(shù)為0.8941，線性回歸關(guān)系為：y=6.1095x+10.69，R2=0.7995，二者表現(xiàn)出更加顯著的相關(guān)性。這就說明，在氨氮濃度比較大的水質(zhì)中，氨氮和COD會(huì)展示出更加一致性的變化趨勢和極強(qiáng)的相關(guān)性，可以利用這種關(guān)系來預(yù)測污染嚴(yán)重的水體情況和影響評(píng)價(jià)。

2.4 總氮、氨氮和總磷的相關(guān)性分析

總氮反映的是水體中有機(jī)氮和各種無機(jī)氮化物的含量，氨氮?jiǎng)t是反映水體中游離氨和氨鹽的含量。從定義上看，氨氮是總氮含量的一部分，所以氨氮和總氮之間會(huì)存在一定的相關(guān)性?？偭追从车氖撬w中磷元素的總含量，水質(zhì)中總磷和總氮的含量過高都是造成水體富營養(yǎng)化的重要的原因，因此探索總氮、氨氮和總磷之間的相關(guān)性對(duì)環(huán)境水體分析和預(yù)測分析具有重要意義。

通過對(duì)氨氮和總氮的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性和線性回歸分析，可知氨氮與總氮的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.8702，線性回歸關(guān)系為：y=1.6653x+1.1133，R2=0.7572，總氮/氨氮的平均值約為1.67，即氨氮在總氮中的占比約為60%。以上只是統(tǒng)計(jì)學(xué)角度的相關(guān)性，單從散點(diǎn)圖中可以發(fā)現(xiàn)，總氮的值在0～2mg/L的范圍內(nèi)，氨氮值保持在0.1mg/L以下，基本處于到檢出下限以下，可以理解為總氮值較低時(shí)，水質(zhì)中氮以游離氨和銨鹽以外的形式存在。

氨氮與總磷的Pearson相關(guān)系數(shù)為0.9498，其相關(guān)程度大于總氮與總磷的相關(guān)程度，總磷值在0～0.05mg/L的范圍內(nèi)，氨氮值同樣保持在0.4mg/L的檢出下限以下。但是，當(dāng)氨氮和總磷的濃度都較大時(shí)，由于總磷含量的升高，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，水生生物尤其藻類大量繁殖，進(jìn)而分解產(chǎn)物也大量增加，導(dǎo)致氨氮量增加。也就是說，在水體受污染嚴(yán)重的情況下，氨氮和總磷會(huì)表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性和變化一致性，氨氮-總磷關(guān)系在特定水體中可以用于環(huán)境影響評(píng)價(jià)中的預(yù)測。

3? 結(jié)論

在地表水中化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)和生化需氧量三者之間有明顯的相關(guān)性，并且三者之間的比例關(guān)系較為吻合，可以利用單一指標(biāo)去預(yù)測或估算其他指標(biāo)，完全可以用于對(duì)環(huán)境影響評(píng)價(jià)的環(huán)境預(yù)測和預(yù)判。氨氮和總磷的相關(guān)性在有足夠的監(jiān)測數(shù)據(jù)前提下，可以利用二者關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析，并應(yīng)用于環(huán)境影響評(píng)價(jià)的預(yù)測。所以，地表水中各項(xiàng)指標(biāo)之間的相關(guān)性在環(huán)境影響評(píng)價(jià)和預(yù)測上將會(huì)發(fā)揮出重要價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]司慧敏，張景馨，宋雅范，王寶書.水質(zhì)監(jiān)測中BOD5與COD值相關(guān)性研究[J].化學(xué)分析計(jì)量，2005（02）：50-51.

[2]盧素錦，武曉翠，侯傳瑩，袁坤宇，周燕平，喬婭，楊潔，孫樹嬌.三江源星星海水體中碳氮磷化學(xué)計(jì)量特征[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，34（02）：221-225.

[3]邢夢林，王瀟磊，劉奕堯，鄭瑤，婁亞敏.河南省典型污染河流水環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及相關(guān)性分析[J].干旱環(huán)境監(jiān)測，2017，31（03）：97-101，131.

[4]楊馳宇，陳艷杰.淺論環(huán)境指標(biāo)的相關(guān)性分析在監(jiān)測數(shù)據(jù)審核中的應(yīng)用[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2009，25（03）：61-65.

[5]凌小芹.工業(yè)廢水BOD5與COD（Cr）相關(guān)關(guān)系以及BOD5測定的簡化法[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2003（03）：30-32.

[6]馮偉瑩，張生，王圣瑞，焦立新，王利明，崔鳳麗，付緒金，楊芳.草型湖泊葉綠素a濃度時(shí)空分布特征及其與氮磷濃度關(guān)系[J].環(huán)境工程，2013，31（04）：126-129.

[7]王鶴揚(yáng).地表水高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量相關(guān)關(guān)系研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2011，36（09）：118-121.

[8][9]韓永生，鄧宇杰.總有機(jī)碳與高錳酸鹽指數(shù)及化學(xué)需氧量的相關(guān)性[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（03）：17-18.

[10]馬永才，李英，韓永生，劉麗華，馬麗巍，倪志強(qiáng).總有機(jī)碳與高錳酸鹽指數(shù)及化學(xué)需氧量的相關(guān)性[J]環(huán)境監(jiān)測管理與技術(shù)， 2001（03）：40-41.

[11]潘俊，冷特.R型聚類對(duì)遼河不同斷面水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012，35（08）：189-192.

[12]劉國堯，段海波，劉琴麗.地表水和污染源樣品分析中有關(guān)分析項(xiàng)目之間的比例關(guān)系探討[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2004（01）：105-106.