長(zhǎng)江是我國(guó)第一大河，2000年以來(lái)長(zhǎng)江流域水環(huán)境形勢(shì)發(fā)生了巨大變化，長(zhǎng)江水質(zhì)現(xiàn)狀及其變化和原因備受關(guān)注。采用水質(zhì)、水量、污染物通量、污染負(fù)荷等多要素綜合分析方法，研究了近18年長(zhǎng)江干流水質(zhì)和污染物通量的時(shí)空分布、變化趨勢(shì)及原因。結(jié)果表明：
 

　　①宜賓以下長(zhǎng)江干流總磷濃度高于金沙江；從源區(qū)至入?？?，長(zhǎng)江干流氨氮濃度總體呈沿程上升趨勢(shì)。
 

　?、?011—2013年是長(zhǎng)江干流水質(zhì)重要轉(zhuǎn)折期。2003—2010年，長(zhǎng)江下游江段氨氮濃度總體呈明顯上升趨勢(shì)，2013—2018年大幅下降，下降約65%；2012—2018年，長(zhǎng)江干流大部分江段總磷濃度呈明顯下降趨勢(shì)，其中上游下降最大，為45%~60%；2003—2018年，長(zhǎng)江干流高錳酸鹽指數(shù)、重金屬和石油類污染均明顯減輕。
 

　　③2000年以來(lái)，長(zhǎng)江水量未有明顯增大或減小趨勢(shì)，但輸沙量大幅下降?？偭啄晖颗c年徑流量密切相關(guān)，年內(nèi)豐水期總磷通量較高。2001—2006年宜昌斷面、漢口37碼頭斷面氨氮年通量大幅下降；2013—2018年，大通斷面氨氮年通量呈明顯下降趨勢(shì)。
 

　?、?018年，大通斷面總磷、氨氮年通量分別約為9.37×104和21.47×104t?？偭讌R入量中游強(qiáng)于下游，氨氮匯入量下游強(qiáng)于中游。上游向下游磷的輸送由21世紀(jì)初以顆粒態(tài)為主轉(zhuǎn)變?yōu)?017—2018年以溶解態(tài)為主。
 

　?、蓍L(zhǎng)江下游江段氨氮濃度和大通斷面氨氮年通量的顯著下降，以及長(zhǎng)江整體石油類超標(biāo)率大幅下降均主要?dú)w因于水污染防治；長(zhǎng)江干流大部分江段總磷的明顯下降主要?dú)w因于隨泥沙匯入水體磷的減少，以及長(zhǎng)江流域水污染防治。研究顯示，近18年來(lái)長(zhǎng)江干流污染物濃度、時(shí)空特征、輸送形態(tài)發(fā)生了巨大變化。

　　長(zhǎng)江是我國(guó)第一大河，起點(diǎn)位于“世界屋脊”——青藏高原的唐古拉山脈格拉丹冬雪峰西南側(cè)，從起點(diǎn)至入?？陂L(zhǎng)約6300 km，流域面積達(dá)180×104km2，約占我國(guó)陸地總面積的1/5[1]。格拉丹東雪峰至當(dāng)曲口為沱沱河，當(dāng)曲口至巴塘河口為通天河，一般將沱沱河、當(dāng)曲、楚瑪爾河、通天河稱為長(zhǎng)江源區(qū)。巴塘河口至宜賓“三江口”(金沙江、岷江、長(zhǎng)江三江交匯處)為金沙江，宜賓以下稱長(zhǎng)江。就整個(gè)長(zhǎng)江干流而言，宜昌以上為上游，長(zhǎng)4504km，流域面積100×104k㎡；宜昌至湖口為中游，長(zhǎng)955 km，流域面積68×104km2；湖口以下為下游，長(zhǎng)938km，流域面積12×104k㎡。
 

　　長(zhǎng)江干流自西向東橫貫我國(guó)中部，數(shù)百條支流輻輳南北區(qū)，是我國(guó)水量最豐富的河流，水資源總量9616×108m³，約占全國(guó)河流徑流總量的36%。長(zhǎng)江在全國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展中的地位舉足輕重，在國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)愈發(fā)重視的背景下，長(zhǎng)江水環(huán)境保護(hù)擺在突出重要地位，尤其是長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略明確要求“生態(tài)優(yōu)先，綠色發(fā)展”“共抓大保護(hù)，不搞大開(kāi)發(fā)”。 2000年以來(lái)，長(zhǎng)江水文和水環(huán)境形勢(shì)發(fā)生了巨大變化，實(shí)施了一系列生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策措施，如《中華人民共和國(guó)水污染防治法》的頒布實(shí)施、污染隱患企業(yè)的“關(guān)停并轉(zhuǎn)”、入河排污口整治、污染物排放總量和水質(zhì)改善雙約束指標(biāo)體系與機(jī)制、河湖長(zhǎng)制的實(shí)施以及水土保持等。在上述各因素綜合作用下，長(zhǎng)江干流水質(zhì)所發(fā)生的變化及原因備受關(guān)注。盡管有研究涉及長(zhǎng)江干流水質(zhì)的變化，如對(duì)長(zhǎng)江口近10年水質(zhì)時(shí)空演變趨勢(shì)的研究，對(duì)長(zhǎng)江流域主要污染物總量減排及水質(zhì)響應(yīng)特征的研究，對(duì)近年來(lái)長(zhǎng)江水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)的分析[4]，對(duì)三峽水庫(kù)蓄水前后長(zhǎng)江枝城至沙市段水質(zhì)的評(píng)價(jià)，對(duì)長(zhǎng)江干流局部江段水質(zhì)變化的分析[6-8]，以及對(duì)長(zhǎng)江源區(qū)水質(zhì)參數(shù)和水化學(xué)參數(shù)的分析[9-10]，但從水質(zhì)、水量、泥沙、污染物通量、污染負(fù)荷等多方面對(duì)長(zhǎng)江干流水質(zhì)歷年變化趨勢(shì)進(jìn)行系統(tǒng)性、綜合性分析以及原因或機(jī)理探究的研究較為鮮見(jiàn)。鑒于此，該研究分析了長(zhǎng)江水質(zhì)和污染物通量時(shí)空分布及歷年變化趨勢(shì)，從水量、泥沙、水電工程、水污染防治等方面辨析水質(zhì)變化原因，診斷長(zhǎng)江主要水質(zhì)問(wèn)題，以期為長(zhǎng)江水生態(tài)環(huán)境保護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。
 

　　1 材料與方法
 

　　1.1 研究范圍
 

　　長(zhǎng)江源區(qū)沱沱河、通天河人跡罕至，接近原生態(tài)，基于歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，研究范圍定為金沙江和長(zhǎng)江。污染物濃度現(xiàn)狀分析中選擇50個(gè)監(jiān)測(cè)斷面(部分為水文水質(zhì)綜合斷面)，分布于奔子欄至入?？诩s4400 km的江段；歷年水質(zhì)變化趨勢(shì)分析選擇具有長(zhǎng)系列資料的16個(gè)典型斷面(見(jiàn)圖 1)，其中，攀枝花、宜賓、朱沱、寸灘、萬(wàn)州沱口、官渡口、太平溪以及宜昌8個(gè)斷面屬長(zhǎng)江上游江段；沙市五七碼頭、漢口37碼頭、黃石西塞山、九江化工廠下游4個(gè)斷面屬長(zhǎng)江中游江段; 大通、南京化工廠下游、鎮(zhèn)江青龍山、徐六涇4個(gè)斷面屬長(zhǎng)江下游江段。選擇宜昌、漢口37碼頭、大通3個(gè)斷面計(jì)算污染物年通量。宜昌斷面污染物通量代表了來(lái)自上游的污染物量，為上游控制斷面；漢口37碼頭位于洞庭湖和鄱陽(yáng)湖之間，其污染物通量代表了來(lái)自武漢以上江段的污染物量，為中游代表斷面；大通位于長(zhǎng)江口感潮河段上游端，是長(zhǎng)江入海最后一個(gè)徑流控制站，控制流域面積的90%，控制全江流量的95%，其污染物通量代表了來(lái)自大通以上江段的污染物量。
 

　　1.2 研究時(shí)段
 

　　總研究時(shí)段為2001—2018年，但是污染物濃度歷年變化趨勢(shì)分析時(shí)段為2003—2018年，沒(méi)有追溯至2003年前，主要是考慮到2002年我國(guó)頒布了GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，取代之前的GB 3838—1988《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》。 GB 3838—2002要求對(duì)高錳酸鹽指數(shù)、總磷、砷、汞、鉛、鎘、鉻等參數(shù)進(jìn)行測(cè)定，采樣后對(duì)水樣(現(xiàn)為原樣)靜置30min，得到去除沉降物的水樣(現(xiàn)為澄清樣)來(lái)測(cè)定水質(zhì)參數(shù)，而GB 3838—1988要求原樣混勻后進(jìn)行測(cè)定，兩種前處理方式的不同導(dǎo)致了GB 3838—2002實(shí)施前、后的水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)值缺乏可比性。
 

　　1.3 水質(zhì)參數(shù)選擇
 

　　依據(jù)2001—2018年長(zhǎng)江主要污染物情況，重點(diǎn)選擇總磷、氨氮進(jìn)行濃度和污染物通量長(zhǎng)期變化趨勢(shì)分析；另外，對(duì)高錳酸鹽指數(shù)、重金屬、石油類、糞大腸菌等進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析。
 

　　1.4 污染物通量計(jì)算方法
 

　　污染物在某時(shí)段內(nèi)的通量通用計(jì)算公式：

　　式中：W為污染物通量，t；C(t)為t時(shí)刻污染物濃度，mg/L；Q(t)為t時(shí)刻流量，m³/s；k為單位換算系數(shù)。
 

　　實(shí)際工作中無(wú)法實(shí)現(xiàn)污染物濃度的連續(xù)監(jiān)測(cè)，只能獲得一定時(shí)段內(nèi)的代表值；長(zhǎng)江干流常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)頻率為每月1次。根據(jù)現(xiàn)實(shí)條件及通量估算方法篩選中誤差最小原則，采用式(2)(3)計(jì)算污染物月通量(Wmi)和年通量(Wa)：
 

　　式中：Ci為第i個(gè)月的污染物濃度值，mg/L；Qi為第i個(gè)月的月徑流量，108m³。
 

　　1.5 數(shù)據(jù)來(lái)源
 

　　總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、石油類、鉛、汞、糞大腸菌群等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于長(zhǎng)江流域水環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)；水量數(shù)據(jù)來(lái)源于水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)《長(zhǎng)江水文年鑒》。
 

　　2 結(jié)果與分析
 

　　2.1 污染物濃度分析
 

　　2.1.1 污染物濃度空間分布特征
 

　　圖 2為2018年長(zhǎng)江干流總磷和氨氮濃度年均值空間分布。由圖 2可見(jiàn)：宜賓以下長(zhǎng)江干流總磷濃度高于金沙江。宜賓以下干流總磷濃度年均值波動(dòng)范圍為0.06~0.14mg/L，平均值為0.10mg/L，低于GB 3838—2002中河流Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值(0.20mg/L)，但高于Ⅲ類湖庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)限值(0.05 mg/L)；金沙江總磷濃度較低，約82%的斷面在0.05mg/L以下，僅巧家縣烏東德至金陽(yáng)縣江段總磷濃度超過(guò)了0.05mg/L。

　　長(zhǎng)江作為河流，其總磷濃度跟湖庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)限值比較的意義在于，河湖連通、引調(diào)水工程中，長(zhǎng)江水常常會(huì)進(jìn)入緩流狀態(tài)，所以需要從整個(gè)長(zhǎng)江流域視角認(rèn)識(shí)長(zhǎng)江總磷濃度偏高問(wèn)題。關(guān)于地表水中總磷濃度的基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)一直存有爭(zhēng)議，也是一個(gè)難點(diǎn)?？偭撞煌谄渌|(zhì)參數(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是，同樣的濃度在一個(gè)水域無(wú)不利影響，而在另一個(gè)水域則可引發(fā)藻類或大型植物過(guò)度生長(zhǎng)，其是否產(chǎn)生不利影響取決于所在區(qū)域的水文情勢(shì)、氣候、水溫、日照等因素。美國(guó)早期的水質(zhì)基準(zhǔn)[15]建議，為防止不直接匯入湖庫(kù)的河流中植物過(guò)度生長(zhǎng)，理想的河流總磷濃度標(biāo)準(zhǔn)值(基準(zhǔn)值)為0.1 mg/L，而注入湖庫(kù)的河流水體則不得超過(guò)0.05 mg/L.后來(lái)美國(guó)有關(guān)機(jī)構(gòu)和研究建議河流總磷濃度的指導(dǎo)值為0.08 mg/L[16].對(duì)長(zhǎng)江干流總磷的影響分析顯示：①總磷的主要成分是磷酸鹽，屬于非毒性鹽類物質(zhì)(水體中的磷某些情況下以黃磷和有機(jī)磷農(nóng)藥形式存在時(shí)是有毒的，作為單獨(dú)的污染物進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，不屬于此處討論范圍)，現(xiàn)有濃度水平對(duì)水源地功能、人體健康均無(wú)不利的直接影響。 ②磷屬于主要營(yíng)養(yǎng)因子，總磷濃度偏高的長(zhǎng)江水在進(jìn)入緩流狀態(tài)時(shí)可能產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)，如導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化、引發(fā)水華等；另外，總磷偏高往往對(duì)底棲無(wú)脊椎動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)具有不利影響，但具體影響仍有待研究。所以，總磷偏高的主要影響在于水生態(tài)方面，而對(duì)水生態(tài)的不利影響在某些情況下也會(huì)影響水質(zhì)安全，如水華引發(fā)水源地水質(zhì)下降、自來(lái)水廠暫停正常供水等。
 

　　由圖 2可見(jiàn)，長(zhǎng)江干流氨氮濃度沿程上升，長(zhǎng)江口氨氮濃度最高，長(zhǎng)江上游尾段、長(zhǎng)江中游上半段和長(zhǎng)江下游氨氮濃度相對(duì)較高，金沙江以及宜賓以下長(zhǎng)江上游上半段、中游下半段(洞庭湖和鄱陽(yáng)湖之間)的氨氮濃度相對(duì)較低。長(zhǎng)江下游氨氮濃度總體高于上游和中游，與長(zhǎng)三角地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高以及氨氮來(lái)源主要以點(diǎn)源為主有關(guān)。
 

　　根據(jù)2016—2018年長(zhǎng)江干流石油類監(jiān)測(cè)結(jié)果，石油類污染主要存在于上海江段，長(zhǎng)江干流出現(xiàn)石油類污染的約100 km河長(zhǎng)中上海江段約占80%.長(zhǎng)江干流糞大腸菌超標(biāo)現(xiàn)象較為普遍，其超標(biāo)河長(zhǎng)甚至高于總磷超標(biāo)河長(zhǎng)。
 

　　2.1.2 污染物濃度歷年變化趨勢(shì)
 

　　2001—2005年，長(zhǎng)江干流的主要污染物為總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、重金屬鉛和汞、石油類等。以總磷、氨氮為重點(diǎn)對(duì)其歷年變化情況進(jìn)行分析。

　　圖 3為2003—2018年長(zhǎng)江干流不同江段總磷濃度年際變化。由圖 3可見(jiàn)，2003—2012年總磷濃度呈上升趨勢(shì)，之后至2018年呈下降趨勢(shì)，以上游下降最大，由0.16 mg/L降至0.07 mg/L，下降約56%.各江段所含斷面總磷濃度變化趨勢(shì)分析表明：上游江段的攀枝花斷面總磷濃度在2003—2008年較低，2009年出現(xiàn)高值，之后大幅下降，由2009年的0.19 mg/L降至2018的0.02 mg/L，下降約89%；宜賓和朱沱斷面的總磷濃度在2012—2018年分別下降了64%和52%；三峽庫(kù)區(qū)江段的寸灘斷面、沱口斷面、太平溪斷面總磷濃度在2012—2018年分別下降了53%、56%、50%。

　　圖 4為2003—2018年長(zhǎng)江干流不同江段氨氮濃度年際變化。由圖 4可見(jiàn)：武穴(位于中下游分界點(diǎn)湖口上游約70 km)至入?？诮蔚陌钡獫舛茸兎畲?，2003—2012年基本呈上升趨勢(shì)，之后至2018年顯著下降，由2012年的0.51 mg/L降至2018年的0.18 mg/L，下降約65%.對(duì)該江段所含各斷面濃度的變化分析表明，九江化工廠下游斷面氨氮降幅最大，由2012年的0.63 mg/L降至2018年的0.13 mg/L，下降約79%；大通、南京化工廠下游和鎮(zhèn)江青龍山斷面在2013—2018年下降分別為53%、78%、77%;徐六涇斷面氨氮濃度從2010年起總體呈下降趨勢(shì)，由2010年的0.41 mg/L降至2018年的0.22 mg/L，下降約為46%.上游和下游變幅遠(yuǎn)小于武穴至入?？诮?，僅個(gè)別斷面變幅較大，如三峽庫(kù)區(qū)江段的重慶寸灘斷面2010—2018年總體呈下降趨勢(shì)，由2010年的0.16 mg/L降至2018年的0.06 mg/L，下降達(dá)63%. 2011年起，中游江段的沙市五七碼頭斷面氨氮濃度呈下降趨勢(shì)，由2011年的0.28 mg/L降至2018年的0.10 mg/L，下降約60%.上游攀枝花至江津段氨氮濃度從2013年起也呈明顯下降趨勢(shì)。
 

　　對(duì)其他參數(shù)歷年變化情況分析表明，2003—2005年經(jīng)常超標(biāo)的高錳酸鹽指數(shù)在2016—2018年已鮮見(jiàn)超標(biāo)。 2003—2005年鉛、鎘、汞出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象的斷面比例分別為67%、43%、33%，至2016—2018年基本未出現(xiàn)鉛、鎘、汞超標(biāo)現(xiàn)象，說(shuō)明長(zhǎng)江干流重金屬污染已明顯減輕。 2003—2005年出現(xiàn)石油類超標(biāo)的斷面比例為81%，而2016—2018年降至10%，說(shuō)明石油類污染控制效果顯著。
 

　　2.2 徑流量和污染物通量時(shí)空變化特征
 

　　2.2.1 徑流量和輸沙量時(shí)空特征

　　圖 5、6分別為長(zhǎng)江干流朱沱、宜昌、漢口37碼頭、大通斷面年徑流量和年輸沙量的空間分布特征及歷年變化趨勢(shì)。由圖 5可見(jiàn)，2001—2018年朱沱、宜昌、漢口37碼頭、大通斷面年徑流量均在一定幅度內(nèi)波動(dòng)，無(wú)明顯上升或下降趨勢(shì)。各斷面水量豐、枯年的出現(xiàn)不完全一致，如2018年朱沱、宜昌斷面表現(xiàn)為豐水年，而漢口37碼頭、大通斷面表現(xiàn)為枯水年，主要原因是2018年洞庭湖、鄱陽(yáng)湖來(lái)水偏少。對(duì)整個(gè)長(zhǎng)江而言，豐水年為2002年、2010年、2012年、2016年，枯水年為2006年、2011年。 2001—2018年大通斷面年徑流量平均值為8 652×108 m3，比1950—2000年年徑流量平均值(9 051×108 m3)[19]低了4.4%.由圖 6可見(jiàn)，2001年后長(zhǎng)江干流年輸沙量變幅較大，朱沱、宜昌、漢口37碼頭、大通斷面2018年年輸沙量比2001年分別下降了76.6%、87.9%、72.1%、69.9%，以宜昌斷面降幅最大，2001年宜昌斷面年輸沙量為2.99×108 t，2018年降至0.362×108 t，發(fā)生了數(shù)量級(jí)的變化。
 

　　2.2.2 污染物通量歷年變化趨勢(shì)
 

　　選取宜昌、漢口37碼頭、大通三個(gè)斷面，計(jì)算2001—2018年總磷和氨氮兩項(xiàng)典型污染物的年通量，并與年徑流量進(jìn)行變化趨勢(shì)對(duì)比，結(jié)果如圖 7所示。 表 1為2001—2018年宜昌、漢口37碼頭、大通斷面年徑流量和污染物年通量特征值。

　　由圖 7和表 1可見(jiàn)，總磷年通量、氨氮年通量的低值和高值出現(xiàn)的年份與年徑流量關(guān)系密切，2001—2018年中，宜昌斷面有11個(gè)年份、大通斷面有10個(gè)年份的年徑流量、總磷年通量、氨氮年通量同時(shí)出現(xiàn)明顯的高值或低值，漢口37碼頭斷面有9個(gè)年份的年徑流量、總磷年通量同時(shí)出現(xiàn)明顯的高值和低值。結(jié)果表明，水量對(duì)污染物年通量影響較大，但二者時(shí)空特征關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，污染物通量既是水量的函數(shù)，又是污染物濃度的函數(shù)；同時(shí)水量又影響泥沙含量，影響進(jìn)入水體中的污染物量(尤其是面源)，影響污染物的吸附、擴(kuò)散、降解等環(huán)境行為，但這并不意味著無(wú)法通過(guò)年徑流量與污染物年通量的關(guān)系來(lái)辨析污染減排效果。比較某斷面在年徑流量相近年份間污染物通量的變化，即可推斷污染物減排效果，如宜昌斷面2001年與2004年徑流量接近，其2004年氨氮通量遠(yuǎn)小于2001年，且氨氮年通量在2001—2006年基本呈單邊下降趨勢(shì)，鑒于水溶性氨氮受泥沙含量影響很小，氨氮通量的下降應(yīng)主要?dú)w因于相應(yīng)區(qū)域氨氮減排的效果，漢口37碼頭斷面亦如此；大通斷面2012年與2016年的年徑流量接近，但2016年氨氮年通量遠(yuǎn)小于2012年，而且2012—2018年氨氮年通量基本呈單邊下降趨勢(shì)，氨氮通量的下降應(yīng)主要?dú)w因于相關(guān)水域氨氮減排效果，與武穴至入?？诮?012—2018年氨氮濃度呈顯著下降趨勢(shì)的結(jié)果(見(jiàn)圖 4)高度一致。
 

　　另外，2006年以來(lái)，上游末端宜昌斷面總磷年通量只是略高于氨氮年通量(如2018年總磷年通量比氨氮年通量高約10%)，而漢口37碼頭斷面總磷年通量遠(yuǎn)高于氨氮年通量(2018年總磷年通量比氨氮年通量高約150%)，至下游大通斷面氨氮年通量反而遠(yuǎn)超總磷年通量，說(shuō)明宜昌至漢口段總磷的入河量較大，而漢口至大通段氨氮入河量較大。以上結(jié)果體現(xiàn)了不同區(qū)域間水環(huán)境形勢(shì)的差異性。
 

　　上述某斷面的總磷年通量不是純粹意義上通過(guò)該斷面的磷量，根據(jù)GB 3838—2002測(cè)定總磷時(shí)，水樣采集后(稱為原樣)先靜置30 min，取上層非沉降部分(稱為澄清樣)測(cè)定總磷濃度，靜置過(guò)程中大顆粒泥沙和吸附于其上的磷會(huì)發(fā)生沉降，因而澄清樣總磷值會(huì)低于原樣總磷值，尤其是在汛期泥沙含量較高時(shí)[20]，但這種情況不影響總磷通量年際變化趨勢(shì)。澄清樣總磷濃度和原樣總磷濃度之比隨懸浮物濃度呈規(guī)律性變化，二者存在一定的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系[20]，據(jù)此可將澄清樣總磷值換算(校正)為原樣總磷值。依據(jù)校正得到宜昌、漢口37碼頭、大通斷面2018年總磷年通量分別為6.33×104、8.96×104、9.37×104 t，均為各自未校正總磷年通量值的1.2倍。宜昌、漢口37碼頭、大通斷面2018年氨氮年通量分別為4.77×104、3.13×104、21.47×104 t。
 

　　2.2.3 污染物通量季節(jié)性變化特征
 

　　觀測(cè)近5年宜昌、漢口37碼頭、大通斷面總磷、氨氮月通量的季節(jié)性變化特征， 發(fā)現(xiàn)對(duì)同一個(gè)斷面同一種污染物而言，不同年份污染物通量的季節(jié)性變化特征基本相似。選取介于豐水年和枯水年之間的2017年作為典型年，給出兩種污染物在宜昌、漢口37碼頭、大通斷面各月的通量(見(jiàn)圖 8)。由圖 8可見(jiàn)：總磷月通量和月徑流量的變化趨勢(shì)高度一致，3個(gè)斷面的總磷月通量均隨水量的增大而增大，隨水量減小而減小。而氨氮月通量變化趨勢(shì)在不同斷面間差別較大，宜昌斷面氨氮月通量和月徑流量變化趨勢(shì)一致；大通斷面氨氮月通量在大多數(shù)月份與月徑流量變化趨勢(shì)一致，但在4月和6月不一致；漢口37碼頭斷面氨氮月通量與月徑流量的變化趨勢(shì)相關(guān)性較差，在月徑流量最大的7月，其氨氮月通量遠(yuǎn)低于月徑流量相對(duì)較小的1月和4月。 5—10月總磷月通量較高，約占全年通量的63%~74%，而氨氮年通量不同斷面年內(nèi)分布差別較大，宜昌和大通斷面5—10月的氨氮通量約占全年的70%，而漢口斷面僅占36%。

　　根據(jù)式(2)，年內(nèi)Q變化趨勢(shì)一定的情況下，W的年內(nèi)變化趨勢(shì)取決于C.而C的年內(nèi)變化趨勢(shì)可分3種情況：①C的變化趨勢(shì)與Q基本一致；②C波動(dòng)較??；③C與Q的變化趨勢(shì)出現(xiàn)背離。在前兩種情況下，污染物月通量跟月徑流量變化趨勢(shì)一致；在第三種情況下，污染物月通量和月徑流量的年內(nèi)變化趨勢(shì)是否一致取決于C和Q的變化哪一方占主導(dǎo)地位。對(duì)總磷和氨氮濃度年內(nèi)變化趨勢(shì)分析發(fā)現(xiàn)，總磷濃度年內(nèi)變化符合第一種或第二種情況，所以總磷月通量年內(nèi)變化趨勢(shì)與月徑流量基本一致。而氨氮濃度年內(nèi)變化在不同斷面間差異較大，在宜昌斷面波動(dòng)較?。辉跐h口37碼頭斷面波動(dòng)較大，出現(xiàn)汛期未檢出情況；在大通斷面年內(nèi)波動(dòng)較大。所以宜昌斷面氨氮月通量年內(nèi)變化趨勢(shì)與月徑流量基本一致，而漢口37碼頭斷面氨氮月通量與月徑流量的變化相關(guān)性較差，大通斷面氨氮月通量與月徑流量的變化趨勢(shì)更為復(fù)雜，在某些月份表現(xiàn)為一致，在另外一些月份表現(xiàn)為不一致，如7月月徑流量最大，但氨氮月通量最高值出現(xiàn)在6月。
 

　　從污染物性質(zhì)、賦存形態(tài)和來(lái)源等方面對(duì)以上現(xiàn)象進(jìn)行分析。地表水體中總磷主要成分是多種形態(tài)的磷酸鹽，有相當(dāng)一部分通過(guò)吸附作用以顆粒態(tài)存在，泥沙是磷的重要載體[21].將磷的來(lái)源分為兩部分，包括來(lái)自點(diǎn)源的量和來(lái)自面源的量。長(zhǎng)江干流含沙量與流量呈顯著正相關(guān)[22]，汛期水量大，降雨徑流對(duì)陸面土壤顆粒的裹挾力大，導(dǎo)致長(zhǎng)江含沙量增大；同時(shí)，吸附態(tài)磷通過(guò)徑流大量進(jìn)入水體，導(dǎo)致來(lái)自面源的量急劇增大，成為主導(dǎo)因素，而來(lái)自點(diǎn)源的量則相對(duì)穩(wěn)定，所以磷的匯入總量急劇增大，使單位時(shí)間內(nèi)的總磷通量增大。因此，汛期大量的磷隨泥沙顆粒通過(guò)地表徑流進(jìn)入水體，導(dǎo)致總磷月通量與月徑流量變化趨勢(shì)基本一致，這種推演過(guò)程與三峽水庫(kù)入庫(kù)河流中顆粒態(tài)磷占總磷約75%的結(jié)論[23]相符。長(zhǎng)江上游江段流量、懸浮物/泥沙含量[22-24]、總磷[25-26]三者之間顯著正相關(guān)，也是上述原因所致。
 

　　長(zhǎng)江水體中的氨氮與磷在以下兩個(gè)方面存在差異：①磷主要來(lái)自面源，而氨氮主要來(lái)自點(diǎn)源，且點(diǎn)源中生活源又大于工業(yè)源[3]；②氨氮基本上以溶解態(tài)存在，不受泥沙裹挾。宜昌斷面氨氮月通量和月徑流量變化趨勢(shì)基本一致(見(jiàn)圖 8)，是因?yàn)橐瞬龜嗝姘钡獫舛饶陜?nèi)季節(jié)間比較穩(wěn)定(2016—2018年各年份均如此)，而且年際之間氨氮濃度也較為穩(wěn)定，所以出現(xiàn)了氨氮月通量和徑流量變化趨勢(shì)基本一致的現(xiàn)象。而宜昌斷面氨氮穩(wěn)定的合理解釋是，來(lái)自于庫(kù)區(qū)上游和庫(kù)區(qū)的氨氮在三峽水庫(kù)這一大型“蓄水池”得到了比較充分的緩沖。
 

　　漢口37碼頭斷面氨氮月通量表現(xiàn)為6—11月較低，且與月徑流量變化趨勢(shì)不一致的現(xiàn)象，原因是6—11月氨氮濃度較低，相關(guān)區(qū)域氨氮匯入少，稀釋作用強(qiáng)。宜昌斷面氨氮年通量略小于總磷年通量，而在漢口37碼頭斷面氨氮年通量卻遠(yuǎn)小于總磷年通量，進(jìn)一步證明了這種推斷的合理性。在大通斷面，氨氮月通量與月徑流量的趨勢(shì)基本一致，合理的解釋是年內(nèi)氨氮濃度的波動(dòng)小于水量的波動(dòng)；另外，大通斷面氨氮年通量遠(yuǎn)大于總磷年通量，與漢口斷面相比出現(xiàn)了反轉(zhuǎn)，再結(jié)合圖 2中氨氮濃度沿程升高的現(xiàn)象，說(shuō)明從漢口至入?？冢M(jìn)入長(zhǎng)江的氨氮增量超過(guò)總磷增量。
 

　　宜昌斷面為長(zhǎng)江上游控制斷面，是反映長(zhǎng)江干流金沙江梯級(jí)水庫(kù)、三峽水庫(kù)、葛洲壩水庫(kù)累積影響的第一個(gè)斷面。對(duì)該斷面2001—2002年、2017—2018年兩個(gè)時(shí)段總磷通量季節(jié)性變化特征和賦存形態(tài)進(jìn)行了對(duì)比(見(jiàn)圖 9)。由圖 9可見(jiàn)：兩個(gè)時(shí)段總磷通量均為汛期高于非汛期，但2017—2018年季節(jié)間變幅明顯小于2001—2002年，這與其上游水庫(kù)尤其是三峽水庫(kù)對(duì)流量和泥沙的調(diào)控及緩沖作用密切相關(guān)；另一個(gè)明顯特征是磷的輸移形態(tài)發(fā)生了較大變化，2001—2002年宜昌斷面通過(guò)顆粒態(tài)輸送的磷在磷輸送總量中占比為50%~87%，而在2017—2018年降為14%~35%，磷的輸移形態(tài)由以顆粒態(tài)輸送為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀芙鈶B(tài)輸送為主。

　　3 討論
 

　　綜合觀測(cè)圖 3、4、7可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)長(zhǎng)江干流水質(zhì)而言，2011—2013年是一個(gè)重要轉(zhuǎn)折期，之后長(zhǎng)江干流總磷濃度明顯下降，武穴至入海口江段氨氮濃度大幅下降。
 

　　影響河流水質(zhì)的主要因素有污染物入河量、水量、泥沙含量等，在污染負(fù)荷一定的情況下，水量越大則污染物濃度越低。在水量一定的情況下，污染物入河量越大，則污染物濃度越高；污染物入河量越小，則污染物濃度越低。泥沙含量則會(huì)顯著影響可吸附污染物的濃度，如總磷[27]、高錳酸鹽指數(shù)[28]、重金屬[13, 29]等。污染物入河量取決于水污染防治效果等因素，泥沙含量的變化則取決于水土保持效果、水庫(kù)攔沙作用等因素。
 

　　表 2為不同時(shí)期長(zhǎng)江流域水污染防治[30]和水土保持相關(guān)情況[31-33]，以及長(zhǎng)江干流具有攔沙作用的水電工程。 2001年后，長(zhǎng)江干流典型斷面輸沙量(與含沙量、懸浮物含量均成正比)大幅下降，尤其是三峽大壩下游的宜昌斷面(見(jiàn)圖 5)，其原因有以下兩點(diǎn)：①水土保持作用(見(jiàn)表 2)。 2006—2015年長(zhǎng)江流域治理水土流失面積是2006年之前累計(jì)治理面積的52%，是泥沙含量下降的重要原因，朱沱斷面在金沙江下游兩大梯級(jí)水庫(kù)建成之前輸沙量減少(見(jiàn)圖 6)，應(yīng)歸因于上游水土保持作用。 ②2003年三峽工程蓄水成庫(kù)[34-35]、2012年向家壩水電站蓄水成庫(kù)、2013年溪洛渡水電站蓄水成庫(kù)所產(chǎn)生的攔沙作用[36-37].從時(shí)間節(jié)點(diǎn)上看，宜昌斷面輸沙量降幅最大的2003年、2006年、2011年、2013年正好對(duì)應(yīng)三峽工程首次蓄水成庫(kù)(至135 m蓄水位)、156 m蓄水位實(shí)現(xiàn)、175 m設(shè)計(jì)目標(biāo)蓄水位實(shí)現(xiàn)、金沙江下游兩大梯級(jí)水庫(kù)形成，因此水庫(kù)修建是上游向下游輸送泥沙大幅下降的重要原因。匯入長(zhǎng)江水體的泥沙減少，導(dǎo)致通過(guò)泥沙裹挾進(jìn)入水體的磷減少，使得長(zhǎng)江干流總磷近年來(lái)呈減小趨勢(shì)。宜昌斷面磷的輸送由2001—2002年的以顆粒態(tài)為主轉(zhuǎn)變?yōu)?017—2018年的溶解態(tài)為主(見(jiàn)圖 9)也是由于宜昌江段泥沙含量大幅減小。當(dāng)然，不應(yīng)否認(rèn)水污染防治在總磷濃度減小中的作用。
 

　　與總磷不同，氨氮主要以溶解態(tài)存在，長(zhǎng)江干流武穴至入?？诮伟钡獫舛?013年以來(lái)大幅下降(見(jiàn)圖 4)不應(yīng)歸因于泥沙含量的減小。大通斷面相近徑流量年份(2012年與2016年以及2013年與2018年)的氨氮年通量(見(jiàn)圖 7)和相應(yīng)江段污染物濃度(見(jiàn)圖 4)的大幅下降，說(shuō)明武穴至入海口江段氨氮濃度的下降歸因于水量變化也是不合理的，應(yīng)主要?dú)w因于水污染防治。高錳酸鹽指數(shù)與氨氮同屬耗氧有機(jī)物，地表水體中二者濃度密切相關(guān)，所以水污染防治是高錳酸鹽指數(shù)下降的原因之一；此外，高錳酸鹽指數(shù)與懸浮物中有機(jī)質(zhì)的含量有一定相關(guān)性(濃度測(cè)定的消解過(guò)程會(huì)使一部分有機(jī)質(zhì)發(fā)生消解)，泥沙含量的減少導(dǎo)致水樣中有機(jī)質(zhì)的減少，從而導(dǎo)致高錳酸鹽指數(shù)下降。石油類物質(zhì)主要存在于表層水體，受水量和泥沙的影響很小，其超標(biāo)率大幅下降的主要原因也與水污染防治有關(guān)，包括船舶航運(yùn)業(yè)對(duì)污染物排放的大力整治。所以，從水質(zhì)、水量、污染物濃度、污染物通量綜合分析，近年來(lái)水污染防治效果顯著。
 

　　從時(shí)間節(jié)點(diǎn)上來(lái)看，相比于“十五”“十一五”，國(guó)家“十二五”計(jì)劃實(shí)施期間是具有突破性的5年，水環(huán)境保護(hù)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，在長(zhǎng)江流域水污染治理方面，無(wú)論是投資規(guī)模、治污設(shè)施建設(shè)規(guī)模，還是制度建設(shè)、管理和技術(shù)水平都有跨越式進(jìn)展(見(jiàn)表 2)，而該研究所得出的水質(zhì)變化重要轉(zhuǎn)折期(2011—2013年)正處于“十二五”期間，這不是巧合，而是治理效果的顯現(xiàn)。武穴以下江段氨氮濃度在2003—2013年一直呈升高趨勢(shì)(見(jiàn)圖 4)，說(shuō)明“十五”“十一五”期間長(zhǎng)江下游氨氮污染未得到有效遏制，但宜昌斷面和漢口斷面在2001—2006年氨氮年通量大幅下降(見(jiàn)圖 7)，說(shuō)明“十五”期間上游和中游氨氮減排取得了顯著成效。
 

　　該研究?jī)H從物理化學(xué)指標(biāo)方面得出長(zhǎng)江干流水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)的結(jié)論，但廣義的水質(zhì)不僅包括物理化學(xué)指標(biāo)，還包括水生生物指標(biāo)、棲息地指標(biāo)、病原體指標(biāo)等[38].實(shí)際上，長(zhǎng)江生態(tài)惡化、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、污染排放等問(wèn)題仍然突出，生態(tài)環(huán)境形勢(shì)依然嚴(yán)峻[39].長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶石化、化工、醫(yī)藥、有色金屬采選冶煉、磷礦渣堆積、?；愤\(yùn)輸?shù)确矫嫒源嬖谥T多隱患，存在地震等自然災(zāi)害引發(fā)大型污水處理廠潰瀉的風(fēng)險(xiǎn)，建議加強(qiáng)隱患治理和應(yīng)急預(yù)案研究。今后的治理方向應(yīng)側(cè)重基于大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)的精細(xì)化管理和監(jiān)督，并強(qiáng)化責(zé)任機(jī)制。長(zhǎng)江水環(huán)境保護(hù)任重道遠(yuǎn)，應(yīng)常抓不懈，只緊不松。
 

　　盡管從2013年起長(zhǎng)江總磷濃度明顯下降，但仍處于偏高水平，是首要超標(biāo)污染物。鑒于總磷在河湖連通、引調(diào)水工程、水庫(kù)回水情況下進(jìn)入緩流狀態(tài)可能產(chǎn)生不利的生態(tài)效應(yīng)，以及對(duì)底棲生物群落結(jié)構(gòu)具有不利影響[40]，需要從流域水生態(tài)安全的角度認(rèn)識(shí)長(zhǎng)江總磷偏高問(wèn)題。建議實(shí)施流域性控磷措施，應(yīng)面源和點(diǎn)源共治。未來(lái)長(zhǎng)江流域面源總磷的控制既是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。與長(zhǎng)江類似，作為美國(guó)第一大河的密西西比河，其總磷第一大來(lái)源也是面源[41-42]，總磷濃度偏高問(wèn)題至今仍未解決。
 

　　關(guān)于長(zhǎng)江干流糞大腸菌群超標(biāo)問(wèn)題，從我國(guó)不習(xí)慣喝生水的角度看，糞大腸菌群超標(biāo)盡管不會(huì)影響飲用水水源地功能，但會(huì)影響水體的景觀娛樂(lè)功能(如游泳)，而且作為飲用水水源地的干流江段如果糞大腸菌濃度較高，勢(shì)必會(huì)增加自來(lái)水廠水處理過(guò)程中的投氯量，從而產(chǎn)生更多的消毒副產(chǎn)物(如三氯甲烷等)，這些副產(chǎn)物多具有潛在致癌性，可降低自來(lái)水出水品質(zhì)，從群眾對(duì)生活品質(zhì)和健康關(guān)注度越來(lái)越高的角度考慮，長(zhǎng)江干流糞大腸菌群超標(biāo)仍屬問(wèn)題之一。鑒于糞大腸菌群主要來(lái)源于生活污水和畜禽養(yǎng)殖廢水[43-44]，建議進(jìn)一步加大未納入水處理管網(wǎng)系統(tǒng)的生活污水的管控處理，加大畜禽養(yǎng)殖廢污水以及垃圾違規(guī)堆放等治理。
 

　　4 結(jié)論
 

　　a 宜賓以下長(zhǎng)江干流總磷濃度高于金沙江；從上游至入?？冢钡獫舛瓤傮w呈沿程上升趨勢(shì)；另外，長(zhǎng)江干流存在糞大腸菌群污染。
 

　　b 2011—2013年是長(zhǎng)江干流水質(zhì)重要轉(zhuǎn)折期，之后長(zhǎng)江干流總磷濃度明顯下降，武穴至入海口江段氨氮濃度大幅下降。2003—2018年，長(zhǎng)江干流高錳酸鹽指數(shù)、重金屬和石油類污染均大幅減輕。
 

　　c 近18年來(lái)，長(zhǎng)江水量未呈明顯增大或減小趨勢(shì)，但輸沙量大幅下降?？偭啄晖颗c年徑流量密切相關(guān)，5—10月總磷月通量較高。 2001—2006年宜昌斷面、漢口37碼頭斷面氨氮年通量大幅下降，2013—2018年，大通斷面氨氮年通量呈明顯下降趨勢(shì)。
 

　　d 總磷匯入量中游強(qiáng)于下游，氨氮匯入量下游強(qiáng)于中游。上游向下游磷的輸送由21世紀(jì)初以顆粒態(tài)為主轉(zhuǎn)變?yōu)?017—2018年以溶解態(tài)為主。
 

　　e 長(zhǎng)江干流下游江段氨氮濃度和通量大幅下降以及長(zhǎng)江整體石油類超標(biāo)率大幅下降主要?dú)w因于水污染防治；長(zhǎng)江干流大部分江段總磷和高錳酸鹽指數(shù)的明顯下降主要?dú)w因于泥沙匯入量減少及水污染防治。
 

　　f 建議以兼顧面源和點(diǎn)源進(jìn)行流域性總磷控制；進(jìn)一步加大長(zhǎng)江干流沿岸影響區(qū)未達(dá)標(biāo)生活污水、畜禽養(yǎng)殖廢水及垃圾違規(guī)堆放等治理，控制糞大腸菌群等病原體污染；加強(qiáng)潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)急預(yù)案研究。
 

　　作者：婁保鋒，卓海華，周正，吳云麗，王瑞琳
 

　　原標(biāo)題：近18年長(zhǎng)江干流水質(zhì)和污染物通量變化趨勢(shì)分析