丹江口水庫(kù)典型入庫(kù)支流水質(zhì)評(píng)價(jià)與趨勢(shì)分析

王文靜,高鵬程,李　捷,周裕紅

(長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局漢江水文水資源勘測(cè)局,湖北 襄陽(yáng)　441022)

丹江口水庫(kù)典型入庫(kù)支流水質(zhì)評(píng)價(jià)與趨勢(shì)分析

王文靜,高鵬程,李捷,周裕紅

(長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局漢江水文水資源勘測(cè)局,湖北 襄陽(yáng)441022)

摘要：應(yīng)用污染指數(shù)法中典型的單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法,選取丹江口入庫(kù)支流中張灣和神定河口兩個(gè)斷面,對(duì)其2005—2014年水質(zhì)狀況進(jìn)行了水質(zhì)評(píng)價(jià)與趨勢(shì)分析。結(jié)果表明,張灣斷面目前污染仍較重,但主要超標(biāo)污染物得到一定程度的控制,與往年相比，總體有好轉(zhuǎn)趨勢(shì);神定河口斷面的污染物始終超標(biāo)嚴(yán)重,2005—2014年水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果始終為劣Ⅴ類(lèi)。建議加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)逐步惡化項(xiàng)目的治理,加強(qiáng)防護(hù)與控制管理。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)評(píng)價(jià);趨勢(shì)分析;入庫(kù)支流；單因子污染指數(shù)法;內(nèi)梅羅污染指數(shù)法;丹江口水庫(kù)

自丹江口水庫(kù)被確定為南水北調(diào)中線水源地后,其水質(zhì)狀況受到了社會(huì)各界的高度關(guān)注[1-2]。多年連續(xù)監(jiān)測(cè)資料表明,目前丹江口水庫(kù)水質(zhì)總體良好,保持在地表水Ⅰ～Ⅱ類(lèi),能夠滿足工程調(diào)水水質(zhì)要求,但部分入庫(kù)支流和個(gè)別水質(zhì)因子超標(biāo)仍然是無(wú)法忽視的問(wèn)題[3]。筆者選取丹江口水庫(kù)入庫(kù)支流中水質(zhì)情況較差的老灌河和神定河,對(duì)老灌河上的張灣斷面和神定河上的神定河口斷面的2005—2014年監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)計(jì)算,采用單項(xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法分析其水質(zhì)污染程度及變化趨勢(shì),為老灌河和神定河水質(zhì)監(jiān)測(cè)及水環(huán)境質(zhì)量保護(hù)提供科學(xué)決策依據(jù)。

1研究范圍與方法

1.1研究斷面概況

老灌河流域是南水北調(diào)中線工程上游重要水源涵養(yǎng)區(qū)。在漢江和丹江的一級(jí)支流中,老灌河環(huán)境容量最小，且是入庫(kù)口距離中線工程陶岔取水口最近的河流,對(duì)陶岔的水質(zhì)影響較大[4]。張灣斷面位于老灌河下游河段東經(jīng)111°28′,北緯33°05′。神定河是連接十堰市百二河到漢江的一條重要的必經(jīng)河,也是十堰城區(qū)最大的排污口[5]。神定河口斷面位于湖北省鄖縣茶店鎮(zhèn),東經(jīng)110°50′,北緯32°44′,是神定河匯入漢江干流的水質(zhì)控制站。研究斷面示意圖見(jiàn)圖1。

圖1　研究斷面示意圖

1.2單因子污染指數(shù)法

污染指數(shù)法的基本思想是:用各水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)值與其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(通常采用水體功能類(lèi)別對(duì)應(yīng)的水質(zhì)指標(biāo)濃度限值)之比,作為標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)單元,通過(guò)算術(shù)平均、加權(quán)平均、連乘及指數(shù)等諸多數(shù)學(xué)手段得到一個(gè)綜合污染指數(shù),作為水質(zhì)評(píng)價(jià)尺度來(lái)評(píng)價(jià)綜合水質(zhì)[6]。

單因子污染指數(shù)法(即單因子評(píng)價(jià)法)是污染指數(shù)法的基礎(chǔ),用來(lái)表示某單項(xiàng)指標(biāo)水質(zhì)是否達(dá)到規(guī)定的水體功能類(lèi)別以及相對(duì)于水體功能類(lèi)別的達(dá)標(biāo)或超標(biāo)程度。單因子污染指數(shù)為該項(xiàng)目實(shí)測(cè)值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值之比,計(jì)算公式(DO和pH不適用)為

(1)

式中：Pi為單因子污染指數(shù)；Ci為該斷面第i項(xiàng)污染指標(biāo)的年平均值；C0為第i項(xiàng)污染指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

若Pi< 1,表明該項(xiàng)指標(biāo)未超標(biāo),若Pi> 1,則表明該項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo),而且Pi值越大,表示該項(xiàng)指標(biāo)污染越嚴(yán)重。單因子評(píng)價(jià)法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀,可以最直接地反映出水體水質(zhì)狀況,是水環(huán)境影響評(píng)價(jià)中最常用的方法,缺點(diǎn)則是這種“一票否決”的思想有時(shí)會(huì)表現(xiàn)為過(guò)度保護(hù),不利于反映水體功能是否滿足使用要求[6]。

1.3綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法是對(duì)各污染指標(biāo)的相對(duì)污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得出代表水體污染程度的數(shù)值。該方法可以確定研究水體的污染程度[7]。綜合污染指數(shù)法的基本形式有多種,其中內(nèi)梅羅污染指數(shù)是目前仍然應(yīng)用較多的一種環(huán)境質(zhì)量指數(shù)[6]。內(nèi)梅羅污染指數(shù)雖然有過(guò)于突出最大污染因子對(duì)水質(zhì)污染的影響和未考慮權(quán)重因素的缺點(diǎn),但由于其特別考慮了污染最嚴(yán)重的因子,在加權(quán)過(guò)程中避免了權(quán)系數(shù)中主觀因素的影響,是一種兼顧極值或稱(chēng)突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)計(jì)算公式為

(2)

內(nèi)梅羅污染指數(shù)與污染程度的等級(jí)劃分[8]為：I<1，清潔；1≤I≤2，輕污染；25，嚴(yán)重污染。

2結(jié)果與討論

2.1水質(zhì)狀況分析

2.1.1水質(zhì)類(lèi)別和污染程度狀況分析

分別采用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法,執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)張灣和神定河口的水質(zhì)類(lèi)別和污染程度進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析,結(jié)果見(jiàn)表1。單因子評(píng)價(jià)法選用的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)為張灣和神定河口兩斷面2005—2014年每年的年均值。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法選取斷面易超標(biāo)項(xiàng)目作為主要的參評(píng)參數(shù),即選取CODMn、BOD5、NH3-N、TP、F、Hg、Cr6+、揮發(fā)酚、石油和糞大腸菌群共10項(xiàng)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子。

表1　2005—2014年張灣和神定河口斷面水質(zhì)狀況

單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，2005—2008年張灣斷面的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果為劣Ⅴ類(lèi)。從2009年開(kāi)始水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果發(fā)生變化,2010年轉(zhuǎn)為Ⅲ類(lèi),為10年中水質(zhì)最優(yōu)的一年,2012—2014年則為劣Ⅴ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)。從內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看,張灣斷面從2008年開(kāi)始污染程度由嚴(yán)重污染轉(zhuǎn)為重污染,在2010年和2011年一度達(dá)到清潔,到2012年又出現(xiàn)嚴(yán)重污染。比較兩種評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出,單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果雖略有不同,但整體趨勢(shì)仍保持一致。張灣斷面10年間水質(zhì)變化波動(dòng)較小,水質(zhì)較差。神定河作為十堰城區(qū)最大的排污口,10年間水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果始終為劣Ⅴ類(lèi),污染程度一直為嚴(yán)重污染,水質(zhì)狀況堪憂。

2.1.2主要超標(biāo)污染物狀況分析

采用單因子評(píng)價(jià)法,執(zhí)行GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)張灣和神定河口兩斷面2005—2014年的主要超標(biāo)污染物進(jìn)行了總結(jié),結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　2005—2014年張灣和神定河口斷面主要超標(biāo)污染物狀況

2005—2008年，張灣斷面的常年主要超標(biāo)項(xiàng)目為糞大腸菌群、NH3-N,Hg和CODMn指數(shù)在某些年份超標(biāo)嚴(yán)重。2011—2014年張灣斷面的主要超標(biāo)項(xiàng)目已轉(zhuǎn)變?yōu)榧S大腸菌群一項(xiàng),NH3-N雖偶有超標(biāo),但年均值仍滿足Ⅱ～Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。神定河口斷面超標(biāo)項(xiàng)目較多,主要超標(biāo)項(xiàng)目有NH3-N、石油、BOD5、糞大腸菌群等。

2.2水質(zhì)變化趨勢(shì)分析

2.2.1水質(zhì)總體狀況變化趨勢(shì)分析

內(nèi)梅羅污染指數(shù)不僅可以確定研究水體的污染程度,還可以通過(guò)具體數(shù)字直觀地體現(xiàn)出污染程度的變化趨勢(shì)。如圖2所示,張灣斷面的內(nèi)梅羅污染指數(shù)從2005—2010年呈減小的趨勢(shì),2005年與2010年內(nèi)梅羅污染指數(shù)比值高達(dá)36.75。從2008年開(kāi)始內(nèi)梅羅污染指數(shù)始終維持在5以?xún)?nèi)(2012年略高于5),在2012年和2014年出現(xiàn)兩個(gè)小峰值。由此可以看出,目前張灣斷面水質(zhì)情況仍存在污染,與往年相比,污染程度得到一定程度的改善,但改善效果并不理想,近兩年水體依然存在污染。

從圖2可見(jiàn),神定河口斷面的內(nèi)梅羅污染指數(shù)一直較高,在2007年甚至一度超過(guò)了300,之后雖有回落,但從2011年開(kāi)始出現(xiàn)上升的情況,且2011—2013年內(nèi)梅羅污染指數(shù)處于很高的數(shù)值。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,城市排污總量呈現(xiàn)慣性增長(zhǎng),而神定河作為十堰城區(qū)最大的排污口,其納污能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其接受的排污量,水質(zhì)總體狀況很差。

圖2　張灣和神定河口內(nèi)梅羅指數(shù)變化趨勢(shì)

2.2.2主要超標(biāo)污染物變化趨勢(shì)分析

為進(jìn)一步分析張灣和神定河口兩斷面主要超標(biāo)污染物變化趨勢(shì),采用單因子污染指數(shù)法計(jì)算兩斷面主要超標(biāo)項(xiàng)目的單因子污染指數(shù)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

張灣斷面NH3-N指標(biāo)的單因子污染指數(shù)整體呈拋物線形狀,從2005—2010年先升后降,之后則維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值,這一變化與表2中后期NH3-N由主要超標(biāo)項(xiàng)目變?yōu)榉侵饕瑯?biāo)項(xiàng)目保持一致。糞大腸菌群指標(biāo)的變化起伏較緩和,但2011—2014年數(shù)值較2005年和2006年有明顯降低。兩項(xiàng)主要超標(biāo)物的污染指數(shù)變化趨勢(shì)也從側(cè)面解釋了表2中張灣斷面某些年份水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果優(yōu)于劣Ⅴ類(lèi)的原因。從綜合內(nèi)梅羅污染指數(shù)和單項(xiàng)污染指數(shù)來(lái)看,張灣斷面目前仍污染較重,主要超標(biāo)污染物得到一定程度的控制,與往年相比總體有好轉(zhuǎn)趨勢(shì),應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)治理,避免出現(xiàn)污染反彈情況。

神定河口斷面的糞大腸菌群?jiǎn)雾?xiàng)污染指數(shù)始終居高不下,超標(biāo)嚴(yán)重,10年間變化趨勢(shì)與內(nèi)梅羅污染指數(shù)變化趨勢(shì)(圖2(b))相似。NH3-N、石油、BOD5和TP這4項(xiàng)單因子污染指數(shù)較糞大腸菌群要小得多,10年間這4個(gè)項(xiàng)目的單因子污染指數(shù)始終反復(fù)波動(dòng),無(wú)明顯變化趨勢(shì)。從綜合內(nèi)梅羅污染指數(shù)和單項(xiàng)污染指數(shù)來(lái)看,神定河斷面的污染物超標(biāo)嚴(yán)重,水質(zhì)很差,水質(zhì)污染情況在這10年中未得到明顯改善。

圖3　張灣和神定河口單因子污染指數(shù)變化趨勢(shì)

2.3水質(zhì)變化影響因素分析

水質(zhì)變化與流域水環(huán)境條件的變化密切相關(guān)。一方面，張灣斷面所在的老灌河流域森林過(guò)度砍伐,森林覆蓋率低,水土流失及環(huán)境污染造成水環(huán)境條件惡化；另一方面,張灣上游欒川縣的三川鎮(zhèn)、冷水鄉(xiāng)工礦的發(fā)展程度較高,欒川縣近年來(lái)發(fā)生多次尾礦潰壩事件,尾礦庫(kù)(壩)對(duì)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)較高[4],應(yīng)加強(qiáng)局部重點(diǎn)治理工作;而下游淅川縣城和西峽縣城由于城鎮(zhèn)人口密集,生活污染產(chǎn)生量大。

神定河是十堰市城區(qū)最大的污水受納水體,污染來(lái)源主要為城市工業(yè)廢水和生活污水。上游多數(shù)農(nóng)村存在的水土流失,化肥、農(nóng)藥的污染和小型鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)直接排污等，造成了河流上游污染；而河流中下游地區(qū)生活、生產(chǎn)污水，城郊農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖退水，工業(yè)廢水，餐飲業(yè)廢水，空氣沉降物等的排放加劇了污染。組成成分復(fù)雜的污水排放進(jìn)入神定河,造成了神定河超標(biāo)項(xiàng)目較多且超標(biāo)嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010年排入神定河的廢水量為2 577. 3萬(wàn)t、NH3-N的納入量為580. 6 t,神定河接收污染輸入量已超過(guò)河流因自?xún)糇饔玫奈廴緶p少量[5]。污染排放增加而自?xún)艋芰p弱導(dǎo)致了神定河口斷面水體污染嚴(yán)重,2005—2014年一直為劣Ⅴ類(lèi)。

3結(jié)語(yǔ)

a. 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法與單因子評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果一致,張灣和神定河口兩斷面2005—2014年的水質(zhì)情況整體較差,尤其是神定河口斷面這10年間水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果始終為劣Ⅴ類(lèi),污染嚴(yán)重。

b. 通過(guò)內(nèi)梅羅污染指數(shù)變化趨勢(shì)分析與主要超標(biāo)項(xiàng)目的單因子污染指數(shù)變化趨勢(shì)分析,張灣斷面目前仍污染較重,但主要超標(biāo)污染物得到一定程度的控制,與往年相比總體有好轉(zhuǎn)趨勢(shì);神定河口斷面的污染物始終超標(biāo)嚴(yán)重,水質(zhì)很差,污染情況未得到明顯改善。

c. 建議有關(guān)部門(mén)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)老灌河的治理,避免污染反彈現(xiàn)象;加大對(duì)神定河的排污治理力度,有效改善水質(zhì)情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐志仿,徐銅,蒲前超.丹江口庫(kù)區(qū)及上游水資源保護(hù)與管理[J].人民長(zhǎng)江,2011,42(2):16-20.(XU Zhifang, XU Tong, PU Qianchao. Protection and management of water resources of Danjiangkou Reservoir area and its upstream basin [J]. Yangtze River, 2011,42(2):16-20.(in Chinese))

[2] 胡安焱,張自英,王菊翠.水利工程對(duì)漢江中下游水文生態(tài)的影響[J].水資源保護(hù),2010,26(2):5-9.(HU Anyan, ZHANG Ziying, WANG Jucui. Impact of hydraulic engineering on hydro-ecology in middle and lower reaches of Hanjiang River [J]. Water Resources Protection, 2010,26(2):5-9.(in Chinese))

[3] 周裕紅,王峰,左秋云.丹江口水庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量影響因素的探討[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2009,15(10):847-849.(ZHOU Yuhong,WANG Feng, ZUO Qiuyun. Discussing on the influence factor of water environment quality of Danjiangkou Reservoir [J]. Water Conservancy Science and Technology and Economy, 2009,15(10):847-849.(in Chinese))

[4] 陳曉飛,姜世英,韓鵬.基于AHP的老灌河流域環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].南水北調(diào)與水利科技,2012,10(3):87-97.(CHEN Xiaofei, JIANG Shiying, HAN Peng. Environmental risk assessment for the Laoguan River using fuzzy analytic hierarchy process approach[J]. South-to-North Water Diversion and Water Science & Technology, 2012,10(3):87-97.(in Chinese))

[5] 雷沛,張洪,單保慶.丹江口水庫(kù)典型入庫(kù)支流氮磷動(dòng)態(tài)特征研究[J].環(huán)境科學(xué),2012,33(9):3038-3045.(LEI Pei, ZHANG Hong, SHAN Baoqing. Dynamic characteristics of nitrogen and phosphorus in the representative input tributaries of Danjiangkou Reservoir [J]. Environmental Science, 2012,33(9):3038-3045.(in Chinese))

[6] 徐祖信,尹海龍.城市水環(huán)境管理中的綜合水質(zhì)分析與評(píng)價(jià)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社,2012:25-40.

[7] 陸衛(wèi)軍,張濤.幾種河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的比較分析[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2009,34(6):174-176.(LU Weijun, ZHANG Tao. Comparison and analysis of several appraisal methods for river water quality[J]. Environmental Science and Management, 2009,34(6):174-176.(in Chinese))

[8] 劉綺,潘偉斌.環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社,2004:91-93.

Water quality assessment and trend analysis of typical tributaries of Danjiangkou Reservoir

WANG Wenjing, GAO Pengcheng, LI Jie, ZHOU Yuhong

(HanjiangBureauofHydrologyandWaterResourcesSurvey,BureauofHydrology,ChangjiangWaterResourcesCommission,Xiangyang441022,China)

Abstract：The single factor pollution index method and Nemerow index method were used to analyze the status of water quality and its trend at the Zhangwan and Shendinghekou cross-sections through the tributaies flowing into the Danjiangkou Reservoir during the period from 2005 to 2014. The results show that the Zhangwan cross-section was heavily polluted during the study period, and the main pollutants had been controlled to a certain extent. On the whole, the water quality of the Zhangwan cross-section has improved. The pollutants of the Shendinghekou cross-section always exceeded the standard significantly, and the water quality at this cross-section was below the grade V level from 2005 to 2014. Some pollution control measures should be taken to improve the water quality and enhance protection and management.

Key words：water quality assessment; trend analysis; tributaries flowing into reservoir; single factor pollution index method; Nemerow index method;Danjiangkou Reservoir

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.03.024

作者簡(jiǎn)介:王文靜(1988—),女,助理工程師,碩士,主要從事水環(huán)境監(jiān)測(cè)和水生態(tài)研究工作。E-mail: sofie2008@sina.com

中圖分類(lèi)號(hào)：X824

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004-6933(2016)03-0127-04

(收稿日期：2015-05-18編輯：徐娟)