基于內(nèi)梅羅指數(shù)法評價開封市湖泊水質(zhì)污染特征

蔡曉強　高強立

摘要：采集開封市湖泊水樣46個，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-MS）測定水體中重金屬V、Ni、Cd、Pb、Co、Cu、Zn、Cr的含量，利用連續(xù)流動分析儀法測定水體中氨氮及磷酸鹽含量，應(yīng)用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)分別評價開封市湖泊水質(zhì)污染特征。結(jié)果表明，湖泊中主要污染因子濃度范圍：釩1.67～6.61μg/L，鉻0.78～1.10 μg/L，鈷0.58～1.10μg/L，鎳2.89～7.53μg/L，銅3.10～12.58 μg/L，鋅6.00～48.66μg/L，鎘0.17～0.78μg/L，鉛0.16～4.67μg/L，氨氮50.71～496.14μg/L，磷酸鹽129.00～153.17μg/L，以國家地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類標準為評價基準，綜合污染評價結(jié)果顯示湖泊水質(zhì)為無污染，但人類活動已對水體中重金屬含量產(chǎn)生影響，應(yīng)引起當?shù)丨h(huán)保部門的重視。

關(guān)鍵詞：湖泊；重金屬；磷酸鹽；氨氮；污染評價

中圖分類號： X522；X824 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2016.11.027

開封市位于河南省中部偏東，坐落于廣袤的豫東平原之上，是黃河沖積扇平原的尖端，其水域面積較大，素有“北方水城”之美譽，境內(nèi)多河流、湖泊，主要湖泊有：包公湖、龍亭湖、鐵塔湖、西北湖、汴西湖（2015年蓄水）等湖，水系相通，湖域面積占城區(qū)面積的四分之一。開封市作為首批24座歷史文化名城，全國先進旅游城市，城市環(huán)境質(zhì)量已成為制約其發(fā)展的主要因素。近年來，開封市旅游業(yè)發(fā)展迅速，年均接待海內(nèi)外游客增長率以超過10%的比率遞增，僅2012年，接待海內(nèi)外游客人數(shù)為4416.20萬人次，2012年比2011年增長13.2%；旅游產(chǎn)業(yè)已成為開封市支柱性產(chǎn)業(yè)，僅2012年旅游總收入達180.50億元，占全市總GDP的14.9%。開封市區(qū)湖泊水體環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)成為影響開封城市環(huán)境質(zhì)量的重要因素。本文在湖泊水質(zhì)采樣與分析的基礎(chǔ)上，采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對開封境內(nèi)湖泊進行分析與評價，旨為合理利用地表水資源、加強污染防治提供有力的數(shù)據(jù)支持。

1材料與方法

1.1 樣品采集

水樣采集于2011年3月，共獲得湖泊水樣46個：其中，西北湖（LX）9個，潘家湖（LP）7個，楊家湖（LY）6個，包公湖（LB）7個，鐵塔湖（LT）7個；同時在開封市飲水水源地黑池（LH）和柳池（LL）各采集水樣5個作為對照樣。采樣器為瓶式深水采樣器（江蘇金壇ETC-1）。樣點按照以下原則進行采集：湖泊的樣品要在湖邊，湖中心也有分布，在污水排放口、有生活垃圾排放地增加采集點。水樣的保存：采集到的瞬時水樣，現(xiàn)場記錄其水體的表觀特征，如水溫、pH值后，立即將其轉(zhuǎn)移入潔凈的聚乙烯瓶內(nèi)，并加入優(yōu)級純濃HNO3使其pH<2，密封保存，帶回實驗室低溫保存待測。

1.2 樣品測定

采集后的水樣經(jīng)過0.45μm的微孔濾膜過濾，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，X Series2，美國熱電）測定水樣中的V、Ni、Cd、Pb、Co、Cu、Zn、Cr等重金屬含量；利用連續(xù)流動分析儀（AA3，德國SEAL）測定氨氮、磷酸鹽等。實驗過程中所使用硝酸均為優(yōu)級純，實驗用水均為超純水。所有器皿均用體積分數(shù)10%的硝酸浸泡過夜，用超純水沖洗3～5次，在烘箱中烘干備用。

1.3 評價方法

單因子污染指內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法及評價標準按照文獻[1-4]開展分析，依據(jù)開封市水體功能區(qū)劃，本研究采用地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）[3]中的Ⅲ類水為標準：V≤50μg/L；Cr≤50μg/L；Co≤1000μg/L；Ni≤20μg/L；Cu≤1000μg/L；Zn≤1000μg/L；Cd≤5μg/L；Pb≤50μg/L；氨氮≤1000μg/L；磷酸鹽≤150μg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 湖泊水中重金屬及氨氮、磷酸鹽含量

開封市湖泊水中重金屬及氨氮、磷酸鹽含量結(jié)果見表1。由表1可知，湖泊中不同污染因子的變化順序為V：LT>LP>LB>LY>LX>LH>LL，Cr、 Co：LP>LY>LT>LX>LB>LH>LL， Ni：LP>LB>LY>LT>LH>LX>LL，Cu：LP>LB>LY>LX>LT>LL >LH，Zn：LP>LB>LX>LY>LT>LL>LH，Cd：LP>LB>LY>LX>LT>LH>LL，Pb：LB>LP>LY>LT>LX>LH>LL，氨氮：LT>LY>LL>LB>LH>LX>LP，磷酸鹽：LY>LB>LX>LT>LP>LL>LH，綜上所述，潘家湖水樣中元素Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Co的含量高于其他湖泊，其次是包公湖，大部分市區(qū)湖泊水中重金屬元素含量高于黑池、柳池，這可能與湖泊所處位置有關(guān)，潘家湖位于開封城內(nèi)南北交通中樞干線中山路北段龍亭公園主干道東側(cè)，周邊有龍庭公園、清明上河園、翰園碑林、天波楊府等公園，人流量，車流量較多，同時潘家湖東側(cè)居住著大量原住居民，可能與居民的休閑娛樂有關(guān)。黑池，柳池為開封市飲用水源地，頻臨黃河，遠離人類活動干擾，重金屬外源性輸入較少，因此，黑池和柳池水中重金屬含量相對較低。通過以上分析可知開封市區(qū)湖泊水體已受到不同程度人類活動擾動。氨氮和磷酸鹽的來源比較復(fù)雜，因此變化規(guī)律不甚明顯，原因有待進一步分析。

由表1還可以看出，所研究的湖泊水體中除氨氮的變異屬于中等到強變異，變異系數(shù)為0.23～1.12外，其他污染因子基本上都屬于弱到中等變異，變異系數(shù)范圍為0.02～0.54，表明湖泊水體的空間分布均勻，差異不大。氨氮的變異系數(shù)變化較大，其中潘家湖和楊家湖的水體的氨氮屬于強變異，變異系數(shù)分別為1.07和1.12，這可能與湖泊周邊人類活動不同有關(guān)。

2.2 開封市地表水重金屬及氨氮、磷酸鹽污染評價

選用GB3838-2002中的Ⅲ類水作為標準，分別計算各湖泊中重金屬、氨氮及磷酸鹽的單因子污染指數(shù)Pi，計算結(jié)果見表2。由表2可知，除磷酸鹽外，各污染因子的 Pi均小于1，說明開封市地表水中重金屬、氨氮含量符合國家Ⅲ類水標準。西北湖和楊家湖水中的平均Pi微高于1，表明這些水體已出現(xiàn)輕微富營養(yǎng)化現(xiàn)象，磷酸鹽的超標水體主要是位于開封市老城區(qū)的湖泊，可能是由于城鎮(zhèn)居民排放的生活垃圾、生活污水及和某些工商業(yè)廢水（如屠宰、食品、造紙、停車場等）所致。

分別計算各樣點的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)P，結(jié)果見表2，由表2可知，各湖泊的P值均小于1，屬于無污染，其P值變化順序為：LX（0.77）>LY（0.74）>LB（0.68）>LT（0.66）>LP（0.64）>LH（0.62）>LL（0.62），其中西北湖的污染程度最高，P值為0.77，黑池和柳池的污染程度最輕，P值均為0.62，整體而言，市區(qū)內(nèi)湖泊的污染程度整體高于對照水體黑池和柳池，表明人類活動對湖泊水體中重金屬、氨氮及磷酸鹽影響較大。與遼寧錦州地表水[5]、北京市飲用水[6]、粵北地區(qū)地表水[7]、六安市飲用水[8]的同類指標比較發(fā)現(xiàn)：開封市湖泊水體中的重金屬含量大多較低，而氮、磷含量相對較高，這可能是與開封城市的工業(yè)企業(yè)較少有關(guān)，楊永芳[9]等研究中開封市包公湖氨氮濃度值遠均高于本研究結(jié)果，說明近年來政府采取的開展重點流域、區(qū)域環(huán)境綜合整治工作以及深入開展整治違法排污企業(yè)、保障群眾健康的環(huán)保專項行動取得了顯著的成績。

3結(jié)論

從整體看，開封市西北湖、潘家湖、楊家湖、包公湖、鐵塔湖、黑池、柳池湖中的重金屬含量，氨氮、磷酸鹽含量符合我國地表水環(huán)境質(zhì)量標準中的Ⅲ類水標準。潘家湖中元素Cu、Zn、Ni、Cd、Cr、Co的含量高于其它湖泊，黑池、柳池的元素含量最低。

湖泊中的重金屬、磷酸鹽的變異為弱到中等強度變異；磷酸鹽屬于中等到強變異等級。

單因子污染指數(shù)評價結(jié)果表明：Pi均小于1；內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價結(jié)果表明，各湖泊的P值均小于1，屬于無污染，各湖泊污染程度順序依次為：西北湖>楊家湖>包公湖>鐵塔湖>潘家湖>黑池>柳池。

從空間上分析，位于城區(qū)的湖泊中重金屬含量高于遠離城市人類活動的黑池和柳池，表明人類活動與湖泊水質(zhì)重金屬含量密切相關(guān)，湖泊水質(zhì)已受到人類活動的擾動。

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作者簡介：蔡曉強，碩士，開封市環(huán)境監(jiān)測站，工程師，研究方向：環(huán)境污染與保護；高強立，碩士，中環(huán)聯(lián)新（北京）環(huán)境保護有限公司，工程師，研究方向：環(huán)境影響評價及污染防治。