單因子指數(shù)法分析重慶清水溪非點(diǎn)源污染

張 航，柴 勇，葉志義

1.重慶大學(xué)生物工程學(xué)院, 重慶 400044

2.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)技術(shù)研究所,重慶 400055

1 自然概況

清水溪位于重慶主城沙坪壩區(qū)，發(fā)源于歌樂(lè)山鎮(zhèn)山洞村附近，流經(jīng)覃家崗鎮(zhèn)，在磁器口匯入嘉陵江。清水溪干流全長(zhǎng)15.88km，流域總面積約35km2，流經(jīng)城區(qū)的流域面積約21km2，主要有5條支流，相對(duì)高差317m，平均坡降26.6%，多年平均流量0.47m3/s，多年平均徑流總量1478m3。清水溪小流域降水豐沛，降雨強(qiáng)度大，季節(jié)分配不均，多年平均降雨量為1089mm[1]。

圖1 清水溪流域圖

非點(diǎn)源污染,（或稱(chēng)面源污染）,是指溶解性或固體污染物在大面積降水和徑流沖刷作用下匯入受納水體而引起的水體污染,其主要來(lái)源包括水土流失、農(nóng)業(yè)化學(xué)品過(guò)量施用,城市徑流、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)與農(nóng)村廢棄物等[2]。國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)表明，面源污染已成為水環(huán)境的首要污染源，尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及城市生活引起的面源污染，已經(jīng)取代點(diǎn)源污染，逐漸成為了水體污染的重要因素。其中農(nóng)業(yè)面源污染包括農(nóng)田施肥污染、養(yǎng)殖污染、生活污染和徑流污染等部分，在生產(chǎn)、生活過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)剩物質(zhì)，通過(guò)地表徑流、地下滲流的形式，最終匯入地表水和地下水，造成水體的污染。隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)逐漸發(fā)展，這一問(wèn)題已在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的地區(qū)顯現(xiàn)。同樣重慶近年的飛速發(fā)展，由此帶來(lái)的資源與環(huán)境問(wèn)題日益突出，其中面源污染已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一。本研究采用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，了解清水溪的污染變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位不同時(shí)間主要水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測(cè)，分析比較在不同時(shí)間污染物質(zhì)濃度的差異以此研究清水溪非點(diǎn)源污染物質(zhì)量濃度的時(shí)空變化規(guī)律，從而進(jìn)一步確定清水溪優(yōu)先控制的特征污染物。通過(guò)對(duì)清水溪的調(diào)查和評(píng)估，明確清水溪的污染狀況，為污染控制和保護(hù)奠定基礎(chǔ)。

2 單因子污染指數(shù)法[3]

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)水污染評(píng)價(jià)的模式大致包括指數(shù)評(píng)價(jià)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、綜合水質(zhì)標(biāo)志指數(shù)法等，其中指數(shù)評(píng)價(jià)法包括單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法。單因子污染指數(shù)法是將某種污染物實(shí)測(cè)濃度與該種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定水質(zhì)類(lèi)別的方法。即將每個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)參數(shù)與《國(guó)家地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）進(jìn)行比較，確定水質(zhì)類(lèi)別，最后選擇其中最差級(jí)別作為該區(qū)域的水質(zhì)狀況類(lèi)別。通過(guò)單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)可確定水體中的主要污染因子。單因子評(píng)價(jià)法的應(yīng)用廣泛，特別適用于環(huán)境影響評(píng)價(jià)。單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法，只考慮了最突出的因子即污染狀況最嚴(yán)重的評(píng)價(jià)因子對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，突出超標(biāo)最嚴(yán)重的評(píng)價(jià)因子對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果的決定性作用，而弱化其他因子的作用[4]。

單個(gè)污染物污染指數(shù)的計(jì)算公式為：

其中：

Pi是指該污染物的污染指數(shù)；

Ci是指該污染物的實(shí)測(cè)濃度值的平均值，單位mg/L；

Coi是指該污染物的允許濃度值（本文考慮的是第III類(lèi)，主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)，魚(yú)蝦類(lèi)越冬場(chǎng)、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)）,單位mg/L。此算法是用來(lái)表述一條河流或湖泊在一年中相關(guān)污染物隨時(shí)間的變化情況，其中超標(biāo)值越大該污染的貢獻(xiàn)也就也大，相應(yīng)的污染指數(shù)也就越大。

3 清水溪水質(zhì)分析

在清水溪與嘉陵江匯合處采集水樣，選定五日需氧量（BOD5）、 氨氮、溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)等環(huán)境質(zhì)量基本項(xiàng)目為指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)污染指數(shù)的計(jì)算公式得到污染指數(shù)，并比較一年中相關(guān)污染物隨時(shí)間的變化情況，如圖2。

從圖2所示，氨氮因子的污染指數(shù)最高，且全年污染指數(shù)全部超標(biāo)，氨氮主要來(lái)源于人和動(dòng)物的排泄物以及生活污水，雨水徑流以及農(nóng)用化肥的流失也是氮的重要來(lái)源。另外，氨氮還來(lái)自化工、冶金、石油化工、油漆顏料、煤氣、煉焦、鞣革、化肥等工業(yè)廢水中。當(dāng)氨溶于水時(shí)，其中一部分氨與水反應(yīng)生成銨離子，一部分形成水合氨，也稱(chēng)非離子氨。清水溪中氨氮含量明顯超標(biāo)數(shù)倍，情況令人擔(dān)憂。五日生化需氧量常作為水體有機(jī)物污染程度的指標(biāo)。它說(shuō)明水中有機(jī)物由于微生物的生化作用進(jìn)行氧化分解，使之無(wú)機(jī)化或氣體化時(shí)所消耗水中溶解氧的總數(shù)量。其值越高，說(shuō)明水中有機(jī)污染物質(zhì)越多，污染也就越嚴(yán)重。清水溪在磁器口污染較為嚴(yán)重，五日生化需氧量全年都超過(guò)國(guó)家III類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，且3、5、6月最為嚴(yán)重，3月是水中微生物生長(zhǎng)最為旺盛的一個(gè)月，對(duì)有機(jī)物的分解也最為旺盛。

圖2 清水溪2008年12個(gè)月相關(guān)污染物污染指數(shù)

水生生物是通過(guò)溶解在水中的氧氣呼吸生存的，所以溶解量是水中生物在水中生存的重要指標(biāo)之一，而清水溪水中氧氣的溶解量全年偏低，已呈嚴(yán)重缺氧狀態(tài)，水生生物基本絕跡，水域功能喪失。從清水溪水質(zhì)污染指數(shù)可以判斷清水溪流域非點(diǎn)源性污染是非常明顯的，清水溪小流域污染嚴(yán)重，水體污染主要由小流域內(nèi)的生活污水、工業(yè)廢水的排放和垃圾滲濾液所造成[5]，磁器口由于近年來(lái)旅游業(yè)的發(fā)展，游客人數(shù)增加也導(dǎo)致水質(zhì)污染。所以加快清水溪小流域環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)，保護(hù)城市內(nèi)小流域水環(huán)境，有著十分重要的作用。

4 解決對(duì)策和建議

加強(qiáng)對(duì)清水溪流域污染防治對(duì)策研究，制定一套完整的技術(shù)措施與監(jiān)管辦法以及保護(hù)管理導(dǎo)則。加強(qiáng)清水溪流域污染防治對(duì)策和技術(shù)保障體系的研究，制定清水溪流域監(jiān)控及預(yù)警方案；制定相關(guān)的環(huán)保宣傳教育方案，加大環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)保政策的執(zhí)法力度，注意對(duì)熱門(mén)旅游景點(diǎn)的環(huán)境保護(hù)，控制特定時(shí)間的旅游人數(shù)，控制污染源頭，控制相關(guān)產(chǎn)業(yè)的污染物排放。

對(duì)清水溪流域?qū)嵭腥饔蚓C合而非單一的治理。整個(gè)流域污染源為非點(diǎn)源性，污染因子多樣，涉及到農(nóng)業(yè)、工業(yè)、市政等多行業(yè)，所以需加強(qiáng)各部門(mén)在信息、管理、執(zhí)法等諸多方面的相互協(xié)調(diào)。

[1]重慶市沙坪壩區(qū)志編纂委員會(huì).重慶市沙坪壩區(qū)志[M].成都：四川人民出版社，1995：89-136.

[2]付永鋒, 陳文輝, 趙基花.非點(diǎn)源污染的研究進(jìn)展與前景展望[J].山西水利科技,2003,149(3)：32-35.

[3]白云鵬，陳永健.常用水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法分析[J].河北水利，2007(6)：18-19.

[4]朱青,周生路,孫兆金,等.兩種模糊數(shù)學(xué)模型在土壤重金屬綜合污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用與比較[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2004,123(30)：53-57.

[5]楊鋼，黃本生.城市內(nèi)小流域綜合整治及效益分析-以重慶市清水溪流域?yàn)槔齕J].水土保持通報(bào), 2002，22(6)：37-39.