灃河流域水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及其趨勢(shì)分析

董祥芝,楊 清,李 迎

(西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

0 引 言

灃河屬于黃河流域渭河水系的一條支流,也是西安地區(qū)的第三大河流[1].第七個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)——西咸新區(qū)是關(guān)中天水經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心區(qū)域,灃渭新區(qū)是西咸新區(qū)的重要組成部分,灃河作為灃渭新區(qū)內(nèi)的重要河流,也成為重點(diǎn)規(guī)劃對(duì)象.將灃河改造與灃渭新區(qū)的建設(shè)結(jié)合起來(lái),讓其成為灃渭新區(qū)的一條彰顯城市特色的“藍(lán)色多瑙河”,是灃渭新區(qū)的規(guī)劃理念之一[2].同時(shí),灃河也是西安主要的供水河道和排污受納水體之一,其水環(huán)境質(zhì)量狀況直接影響該區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展.因此,關(guān)注灃河水環(huán)境質(zhì)量,加強(qiáng)灃河流域的綜合治理與保護(hù),是灃渭新區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急,也是貫徹落實(shí)黨的十八大提出的大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“八水潤(rùn)西安”的重要舉措,對(duì)加強(qiáng)西安生態(tài)保護(hù)具有重要意義.水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià),對(duì)于正確了解水環(huán)境現(xiàn)狀,合理利用和開(kāi)發(fā)水環(huán)境資源,科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)水環(huán)境變化趨勢(shì)具有重要意義[3].采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法能夠較為客觀地反映水質(zhì)的實(shí)際狀況[4-5],它將系統(tǒng)中的不確定性通過(guò)隸屬度加以量化,并確定出各污染指標(biāo)的權(quán)重,已成為當(dāng)前水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的一種常見(jiàn)方法.

本文通過(guò)對(duì)灃河流域的灃峪口、秦渡鎮(zhèn)、馬王鎮(zhèn)、咸陽(yáng)灃河大橋、渭河入口等5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)調(diào)查,采用模糊數(shù)學(xué)法對(duì)其水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),測(cè)定高錳酸鉀指數(shù)、六價(jià)鉻、氨氮含量和總硬度等4個(gè)污染因子,并對(duì)其變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,為制定區(qū)域規(guī)劃、環(huán)境管理及水環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù),并對(duì)流域地區(qū)的健康發(fā)展提供借鑒.

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)斷面的選擇與設(shè)置

根據(jù)地面水監(jiān)測(cè)方案的制定原則[6]進(jìn)行代表斷面及分析項(xiàng)目的選擇:灃峪口為灃河的水山口斷面,秦渡鎮(zhèn)、馬王鎮(zhèn)都有該河的水文監(jiān)測(cè)站,咸陽(yáng)大橋?yàn)橹卮笤O(shè)施,渭河入口處為與干流充分匯合處,所以確定灃峪口、秦渡鎮(zhèn)、馬王鎮(zhèn)、咸陽(yáng)灃河大橋、渭河入口處等5個(gè)取樣斷面.

1.2 監(jiān)測(cè)因子的選取

考慮河流的污染來(lái)源,實(shí)驗(yàn)選取河流高錳酸鉀指數(shù)、六價(jià)鉻、氨氮和總硬度等必測(cè)項(xiàng)目的4個(gè)常規(guī)因子進(jìn)行監(jiān)測(cè).

為了使采集的水樣具有代表性,能夠反映水質(zhì)在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律,必須確定合理的采樣時(shí)間和采樣頻次,對(duì)于較大水系的干流中小河流全年采樣不少于6次,豐、平、枯每次至少采樣兩次.實(shí)驗(yàn)在灃河的平水期(9，10，11月)、枯水期(3，4，5月)兩期采樣,取樣頻率為兩周一次,監(jiān)測(cè)水樣采用綜合水樣.對(duì)每個(gè)水樣進(jìn)行4個(gè)污染因子的監(jiān)測(cè),總共為300個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),然后用每個(gè)斷面每個(gè)污染因子的平均值作為評(píng)價(jià)的最終數(shù)據(jù).

1.3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

由于灃河是常年性河流,且上游支流較多，根據(jù)5個(gè)斷面6次采樣監(jiān)測(cè)結(jié)果比較,每期各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相差不大,取其平均值進(jìn)行計(jì)算比較科學(xué)合理.平水期和枯水期各斷面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(平均值)見(jiàn)表1.

表1 平枯兩期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.4 水質(zhì)模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)

在地面水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)[7-9]中,通常采用一般型水環(huán)境指數(shù)和分級(jí)型水環(huán)境指數(shù).在實(shí)際工作中采用這些指數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)會(huì)造成分級(jí)不夠確切.本文采用的模糊數(shù)學(xué)法[10]能彌補(bǔ)它們的不足,采用隸屬函數(shù)描述水質(zhì)的分級(jí),體現(xiàn)了實(shí)際界限的模糊性,使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近客觀實(shí)際.權(quán)重的大小是根據(jù)超標(biāo)多少確定的,也比較客觀,它考慮了各項(xiàng)參數(shù)在總體污染中的作用差異,而且最終結(jié)果不僅能夠反映出此水體的水質(zhì)級(jí)別,還能反映出該水體對(duì)應(yīng)于各級(jí)水質(zhì)的隸屬情況.

1.5 水環(huán)境容量估算及水質(zhì)趨勢(shì)分析

水環(huán)境容量概念源于環(huán)境容量,是指某一水環(huán)境單元在特定的環(huán)境目標(biāo)下所能容納污染物的量,也就是指環(huán)境依靠自身特性使本身功能不至于被破壞的前提下,能夠允許的污染物的量[11].在理論上,水環(huán)境容量是環(huán)境的自然規(guī)律參數(shù)在于社會(huì)效益參數(shù)的多變量函數(shù);它反映污染物在水體中的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律,也滿足特定功能條件下水環(huán)境對(duì)污染物的承受能力.同時(shí),對(duì)河流縱向的污染因子作水質(zhì)趨勢(shì)分析,討論各污染因子沿河道的污染程度及可能的變化趨勢(shì).

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

文中水質(zhì)評(píng)價(jià)所使用GB3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),其中總硬度的標(biāo)準(zhǔn)限值采用地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程(SL395—2007)中的參考限值.由實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果可得,整個(gè)灃河平枯兩期水質(zhì)均情況較好,尤其是上游河段,達(dá)到國(guó)家Ⅲ類(lèi)以上水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),豐水期下游水質(zhì)較差主要是是因?yàn)橄奶靸砂掇r(nóng)田施肥等結(jié)果所致,造成氨氮的含量較高.

平枯兩期水質(zhì)隸屬級(jí)別見(jiàn)表2，由表2可以看出，在灃河5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面中,灃峪口的水質(zhì)最好,平水期、枯水期水質(zhì)級(jí)別均為Ⅰ類(lèi).咸陽(yáng)大橋和渭河入口監(jiān)測(cè)斷面的水質(zhì)最差,平水期、枯水期水質(zhì)級(jí)別均為Ⅲ類(lèi).灃河水體下游水質(zhì)較上游污染嚴(yán)重,最嚴(yán)重的是咸陽(yáng)斷面.為保證灃河水質(zhì)良好,必須采取有效的控制措施.另外,在影響灃河水質(zhì)的各指標(biāo)中,從權(quán)重的計(jì)算過(guò)程中可以看出,污染物高錳酸鉀指數(shù)和氨氮含量對(duì)水質(zhì)的影響程度相對(duì)較大,說(shuō)明水體中的4個(gè)污染因子中主要污染物是高錳酸鉀指數(shù)和氨氮.

表2 平枯兩期水質(zhì)隸屬級(jí)別

2.2 容量估算及水質(zhì)趨勢(shì)

2.2.1 水環(huán)境容量估算 計(jì)算河流的環(huán)境容量所采用的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表3.4個(gè)污染因子在5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的平水期，枯水期的監(jiān)測(cè)計(jì)算結(jié)果如圖1～4所示.

表3 4個(gè)監(jiān)測(cè)污染因子的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值mg·L-1

參數(shù)總硬度高錳酸指數(shù)氨氮六價(jià)鉻 Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值35061.00.05

從圖1～4可以看出，平水期總硬度在第一段面的容量最大,第二斷面的有所減小;第三、第五斷面趨于飽和,第四段面較第三、第五斷面的容量又有所增加.高錳酸鉀指數(shù)的容量在第一段面比較大,第二、四斷面明顯減少,第三斷面基本趨于飽和,而第五段面則沒(méi)有容量,質(zhì)量濃度高于三級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);氨氮的容量在第一段面比較大,三、四、五斷面約有0.1mg/L的容量,而第二段面則沒(méi)有容量;六價(jià)鉻和氨氮的情況基本一致.枯水期的情況大致和平水期相同,平水期和枯水期的環(huán)境容量差別不大,個(gè)別斷面的個(gè)別因子平水期的容量還小于枯水期的容量,可能是因?yàn)槠剿诤涂菟谒坎皇翘貏e明顯,平水期排污較多,人為活動(dòng)較多(比如旅游、農(nóng)業(yè)等等)的原因所致.

2.2.2 水質(zhì)趨勢(shì)分析 整條河流來(lái)看,河水的水質(zhì)較好,基本滿足國(guó)家Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的要求,中間河段水質(zhì)較兩頭差,主要原因可能是因?yàn)榕盼郾容^集中,具體5個(gè)斷面各污染因子濃度趨勢(shì)如圖5～8所示.

從圖5～8可以看出,總硬度隨著河流的流向逐漸升高至咸陽(yáng)斷面,甚至不能達(dá)到Ⅲ級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值,到達(dá)渭河口又稍有下降.高錳酸鉀指數(shù)從灃峪口至馬王鎮(zhèn)斷面持續(xù)升高,馬王鎮(zhèn)水質(zhì)超出Ⅲ級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),然后又下降,到咸陽(yáng)斷面至渭河入口又開(kāi)始升高.氨氮的濃度從灃峪口到馬王鎮(zhèn)一直持續(xù)上升,到咸陽(yáng)橋略有下降,之后又迅速上升,到達(dá)渭河口時(shí)水質(zhì)超出Ⅲ級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).六價(jià)鉻由灃峪口斷面上升,灃峪口斷面濃度超出Ⅲ級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),至秦渡鎮(zhèn)斷面后略有下降,到馬王鎮(zhèn)后基本呈平緩趨勢(shì).

圖5 總硬度濃度趨勢(shì)圖 圖6 高錳酸鉀指數(shù)趨勢(shì)圖—■—平水期；—●—枯水期；——三級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

圖7 氨氮濃度趨勢(shì)圖 圖8 六價(jià)鉻濃度趨勢(shì)圖—■—平水期；—●—枯水期；——三級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

以上各污染因子的變化趨勢(shì)與其權(quán)重值進(jìn)行比較,污染程度及其超標(biāo)情況基本一致,進(jìn)一步說(shuō)明模糊數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)中的權(quán)重計(jì)算客觀合理.

從灃河水質(zhì)及沿線情況的調(diào)查來(lái)看灃河水質(zhì)基本趨于良好,但水質(zhì)趨勢(shì)總體存在從上游到下游水質(zhì)有所下降,尤其是從秦渡鎮(zhèn)段開(kāi)始河水水質(zhì)明顯趨下降趨勢(shì),到渭河入河口處時(shí),水質(zhì)明顯不如上游,僅達(dá)國(guó)家Ⅲ水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),特別是氨氮濃度已嚴(yán)重超出Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值,并有繼續(xù)上升的趨勢(shì);而在上游尤其是靠近水源地的地方,河水水質(zhì)良好為國(guó)家Ⅰ、Ⅱ類(lèi)水基本達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn).其原因主要是灃河上游地處深山,天然林豐富,水源地受天然林庇護(hù)良好,所以上游水質(zhì)很好,且水源豐富.

灃河水質(zhì)趨勢(shì)除沿上游至下游呈下降趨勢(shì)外,還表現(xiàn)為從無(wú)人區(qū)至生活區(qū)水質(zhì)逐漸變壞的趨勢(shì).無(wú)人區(qū)人為活動(dòng)較少,所以其受人為影響也較少,水質(zhì)較好.但在河水進(jìn)入人口密集的城市后河水水質(zhì)明顯下降,由一開(kāi)始的國(guó)家Ⅰ類(lèi)水下降為Ⅲ類(lèi)水.對(duì)于其上級(jí)河流——渭河而言將會(huì)是很?chē)?yán)重的污染源.

3 結(jié)論及建議

(1) 從監(jiān)測(cè)的結(jié)果看,整個(gè)河流氨氮的含量較高,尤其是渭河入口斷面達(dá)到平、枯水期別為1.08mg/L和1.1mg/L.所以要嚴(yán)格控制引起氨氮濃度增高的行為.比如禁止在河水中洗涮裝過(guò)農(nóng)藥,化肥等容器,適量使用化肥以及農(nóng)藥,來(lái)控制氨氮含量的增高.

(2) 水質(zhì)污染程度是一個(gè)模糊概念,模糊數(shù)學(xué)法采用隸屬函數(shù)劃分水質(zhì)級(jí)別,可較好的解決水質(zhì)評(píng)價(jià)中的模糊性,避免了單因子綜合評(píng)價(jià)中撘黃狽窬鰯?shù)牟缓侠硇?結(jié)果更為合理可靠,為灃河水環(huán)境綜合治理和保護(hù)規(guī)劃提供了依據(jù).

(3) 通過(guò)估算河流的環(huán)境容量,得出河流的納污能力,高錳酸鉀指數(shù)的容量在第一段面比較大,第二、四斷面明顯減少,第三斷面基本趨于飽和,而第五段面則沒(méi)有容量,濃度高于三級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);氨氮的容量在第一段面比較大,三、四、五斷面約有0.1mg/L的容量,而第二段面則沒(méi)有容量.

(4) 從整個(gè)灃河河段的水質(zhì)變化情況來(lái)看,灃河的中下游水質(zhì)較差,尤其是馬王鎮(zhèn)斷面,平枯兩期只能達(dá)到國(guó)家三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),所以應(yīng)該減少中下游的排污總量,同時(shí)也要嚴(yán)格控制上游的排污量,對(duì)上游旅游景點(diǎn)等的污水排放應(yīng)該采取處理,達(dá)標(biāo)以后才可排放.

參考文獻(xiàn)：

[1] 王莉,林啟才,胥鵬海,等.灃河水污染特征及非點(diǎn)源污染負(fù)荷估算分析[J].水土保持學(xué)報(bào),2012,26(4):235-238.

[2] 王莉,胥鵬海,宋濤,等.灃河水質(zhì)變化趨勢(shì)及原因分析[J]. 西北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011,41(3):503-506.

[3] 鄧勃,秦建侯,李隆弟.水環(huán)境質(zhì)量模糊綜合評(píng)價(jià)中的一些問(wèn)題探討[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),1990,10(2):258-262.

[4] 田景環(huán),邱 林,柴福鑫.模糊識(shí)別在水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(7):950-953.

[5] 叢鑫.模糊數(shù)學(xué)在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].東北水利水電,2007,25(7):55-56.

[6] 孫裕生,劉秀英.環(huán)境監(jiān)測(cè)[M].3版.北京:高等教育出版社,2004:113-115.

[7] 朱偉,夏霆,姜謀余,等.城市河流水環(huán)境綜合評(píng)價(jià)方法探討[J].水科學(xué)進(jìn)展,2007,18(5):736-744.

[8] 蔣深勇.模糊矩陣法在南方某河流水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].廣西水利水電,2012,81(2):81-86.

[9] 倪彬,李旭東.岷江下游水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與變化趨勢(shì)分析[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2010,19(2):172-176.

[10] 諶貽勝,方菊,童禎恭.模糊數(shù)學(xué)法在給水管網(wǎng)水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].西南給排水,2011,33(3):15-18.

[11] 謝永明.環(huán)境水質(zhì)模型概論[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社,1996:16-28.