禿尾河流域水質(zhì)調(diào)查與分析

崔雙科, 惠 璠,, 郭雅妮, 郭戰(zhàn)英, 同 幟

(1.陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院, 西安 710048; 2.西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 西安 710048)

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禿尾河流域水質(zhì)調(diào)查與分析

崔雙科1, 惠 璠1,2, 郭雅妮2, 郭戰(zhàn)英1, 同 幟2

(1.陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院, 西安 710048; 2.西安工程大學(xué) 環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院, 西安 710048)

采用現(xiàn)場調(diào)研和資料收集相結(jié)合的方法，利用單因子污染指數(shù)、綜合污染指數(shù)和水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)對禿尾河流域的不同監(jiān)測斷面和歷年來水質(zhì)的變化趨勢進(jìn)行了調(diào)查、分析計算。結(jié)果表明：禿尾河流域的1#—7#斷面的水質(zhì)基本處于尚清潔狀態(tài)，8#—9#斷面的水質(zhì)處于輕污染狀態(tài)；禿尾河不同斷面的綜合水質(zhì)級別均達(dá)到水功能區(qū)的規(guī)劃類標(biāo)準(zhǔn)；歷年來上游的水質(zhì)處于尚清潔狀態(tài)；下游的水質(zhì)達(dá)到中度污染狀態(tài)。利用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對其進(jìn)行評價，禿尾河不同斷面的綜合水質(zhì)級別均達(dá)到水功能區(qū)的規(guī)劃類標(biāo)準(zhǔn)；歷年來禿尾河上下游的綜合水質(zhì)級別標(biāo)準(zhǔn)均高于水功能區(qū)的規(guī)劃類標(biāo)準(zhǔn)。對禿尾河的水質(zhì)發(fā)展趨勢進(jìn)行合理的分析預(yù)測，為區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

陜北能源化工區(qū); 禿尾河; 水質(zhì); 污染指數(shù)

陜北地區(qū)是我國黃土高原的主體部分，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源短缺[1]。禿尾河是陜北地區(qū)的一條內(nèi)陸河，是黃河的支流之一[2]。近幾年，隨著局部地區(qū)人類活動頻繁、地表植被遭到一定程度的破壞，禿尾河周圍水源枯竭，林草枯死，生態(tài)環(huán)境惡化.加之煤田開采、工業(yè)園區(qū)建設(shè)，對河流和地下水水體也造成了一定的影響[3]。特別是錦界工業(yè)園區(qū)的河段，污染源的種類居多，禿尾河的水質(zhì)發(fā)生了巨大的變化，危害了農(nóng)業(yè)的灌溉。

本文以禿尾河流域水質(zhì)為對象，通過對禿尾河流域水環(huán)境現(xiàn)狀的調(diào)查與分析，了解禿尾河的水資源利用現(xiàn)狀和水環(huán)境問題，對其水環(huán)境質(zhì)量提出合理的評價，為保護(hù)禿尾河流域的水環(huán)境質(zhì)量提供參考依據(jù).

1　斷面及分析項目的選擇

1.1調(diào)查斷面點設(shè)置

設(shè)置的斷面包括以下九個斷面：1#禿尾河，采兔溝水庫下游約1 km；2#禿尾河，桑樹渠村、神樹溝入禿尾河下游1.3 km；3#清水溝，入禿尾河處上游約0.5 km；4#禿尾河，蘆溝村(團(tuán)團(tuán)溝上游)；5#紅柳溝，入禿尾河處上游約0.5 km；6#禿尾河，高家堡鎮(zhèn)上游約3 km；7#前青楊樹溝，入禿尾河處上游約0.5 km；8#禿尾河，禿尾河入黃河省控斷面，躍邦溝上游；9#禿尾河，高家堡鎮(zhèn)下游約3 km。

1.2調(diào)查因子

根據(jù)調(diào)查，地表水的監(jiān)測項目包括pH、溶解氧、化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、氨氮、石油類、揮發(fā)酚、硫化物、氟化物、氰化物汞、鎘、砷、鉛、鋅、六價鉻等16監(jiān)測項目，同步測量河流水文參數(shù)，包括水溫、河寬、水深、流速。

1.3調(diào)查時段及頻率

地表水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)均為枯水期數(shù)據(jù)，現(xiàn)狀監(jiān)測采樣時間為禿尾河枯水期2013年3月30日—2013年4月1日，監(jiān)測時間3 d。每天各斷面取上午、下午時間段的混合樣分別進(jìn)行分析。

1.4監(jiān)測結(jié)果

調(diào)查資料顯示，禿尾河不同斷面的水質(zhì)情況見表1。根據(jù)國家環(huán)境保護(hù)總局發(fā)布的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)，從水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)來看，禿尾河的pH、溶解氧、化學(xué)需氧量、生化需氧量、氨氮、石油類、揮發(fā)酚、硫化物、氟化物、氰化物、汞、鎘、砷、鉛、鋅、六價鉻等16項監(jiān)測項目指標(biāo)符合地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；其中揮發(fā)酚、汞、鎘、鉛、鋅、六價鉻、在各監(jiān)測斷面的監(jiān)測值均低于檢出限。

表1　禿尾河地表水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

注:“Y”表示低于最低檢出限。

從各斷面監(jiān)測結(jié)果變化情況可知：上游的禿尾河河段的水質(zhì)明顯好于其下游；其中，上游化學(xué)需氧量、生化需氧量、石油等明顯低于下游；中游的pH、硫化物高于其他流域.這些均表明禿尾河流域受到了生活污染源、工業(yè)園排放源的影響。

1.5歷年水質(zhì)調(diào)查

禿尾河的水質(zhì)質(zhì)量變化情況見表2。

2　水質(zhì)評價方法

2.1單因子指數(shù)法

水質(zhì)污染的單因子指數(shù)[4]有兩種計算方法：一種是計算污染指數(shù)，另一種是計算評價標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)。針對禿尾河流域的水質(zhì)特點，采用計算評價標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法來評價禿尾河的水質(zhì)。

(1) pH標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)為：

(1)

(2)

式中：pHsd表示評價標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH下限；PpHj表示j點的pH標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)單元；pHj表示j點的pH監(jiān)測值；pHsu表示評價標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH上限。

(2) DO的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)：

(3)

(4)

DOf=468/(31.6+T)

(5)

式中:PDOj表示溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；DOf表示飽和溶解氧濃度；DOj表示j站位的溶解氧測定值；DOs表示溶解氧的評價標(biāo)準(zhǔn)值；T表示j站位的水溫測定值。

表2　禿尾河水質(zhì)監(jiān)測

注:“/”表示超標(biāo)的項目；“—”表示未測的項目；“Y”表示分析結(jié)果小于該分析方法最低檢出限，下同。

(3) 對其他項目：

(6)

式中：Pi表示i因子濃度指數(shù)；Ci表示水體中i因子的實際濃度值(mg/L)；C0表示水體中i因子的標(biāo)準(zhǔn)濃度值(mg/L)。

2.2綜合污染指數(shù)評價方法

綜合指數(shù)評價法是對各污染指標(biāo)的相對污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，得出代表水體污染程度的數(shù)值[5]。該方法計算簡便，可以說明河流的污染程度。污染指數(shù)計算公式：

(7)

(8)

式中：P表示各單項污染指數(shù)之和；Pi表示i因子濃度指數(shù)；Ki表示某水體第i項污染物所占的分擔(dān)率；m表示參加水質(zhì)評價的水質(zhì)單項指標(biāo)的數(shù)目。

2.3綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法(WQI)

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)是以單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)為基礎(chǔ)，對河流水質(zhì)進(jìn)行綜合評價。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)是由單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總和的平均值(Pi/n)與代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果X3，參加整體水質(zhì)評價的指標(biāo)中劣于功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)個數(shù)X4組成[6-7]，其公式為：

WQI=(∑Pi/n)X3X4

(9)

式中:∑Pi/n表示單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總和的平均值；n表示參加水質(zhì)評價因子個數(shù)；X3表示代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果；X4表示參加整體水質(zhì)評價的指標(biāo)中，劣于功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)個數(shù)，通過參評的單因子標(biāo)識指數(shù)Pi中的X3不為0的個數(shù)來確定。

(1) 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法。單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法只由一位整數(shù)、一個小數(shù)點、小數(shù)點后兩位有效數(shù)字組成，其形式為：

Pi=X1X2X3

(10)

式中：X1，X2表示代表第i個水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別，其中X2代表監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水標(biāo)準(zhǔn)下限值與X1類水標(biāo)準(zhǔn)上限值變化區(qū)間中所處的位置，按照四舍五入的原則計算確定。X3表示代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別比較結(jié)果。

(2)X3的確定

X3=X1-fi

(11)

式中：fi表示水環(huán)境功能區(qū)類別；當(dāng)X3>9時取最大值9。

3　水質(zhì)評價計算結(jié)果及分析

根據(jù)斷面特點，1#-7#監(jiān)測斷面執(zhí)行Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，二級水功能區(qū)；8#和9#監(jiān)測斷面執(zhí)行Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，一級水功能區(qū)；禿尾河上游的水質(zhì)指標(biāo)為Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；下游的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)；禿尾河上下游均屬于一級水功能區(qū)。為反映禿尾河流域不同區(qū)域的污染程度，對禿尾河流域2007年、2009年、2010年、2011年和2013年的水質(zhì)單項污染指數(shù)、綜合污染指數(shù)、單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)進(jìn)行計算分析。分析數(shù)據(jù)包括pH值，DO，COD，BOD5，氨氮，石油類，硫化物，氟化物，砷等9項指標(biāo)中(綜合水質(zhì)指數(shù)不包括pH)，覆蓋了各種類型的污染因子。單項污染指數(shù)計算結(jié)果見表3和表4；綜合污染指數(shù)計算結(jié)果見表5和表6；單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)計算結(jié)果見表7和表8。

表3　2011年禿尾河不同監(jiān)測斷面單項污染指數(shù)計算結(jié)果

表4　禿尾河上、下游歷年來的單項水質(zhì)污染指數(shù)計算結(jié)果

表5　2011年禿尾河不同監(jiān)測斷面綜合污染指數(shù)評價

表6　禿尾河地表水上、下游歷年水質(zhì)綜合污染指數(shù)評價

表7　2011年禿尾河地表水不同水質(zhì)單項和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價

表8　禿尾河地表水上、下游歷年單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價

3.1單因子評價結(jié)果與分析

由表3可以看出，禿尾河總體水質(zhì)較好。從不同的斷面來看，各個監(jiān)測因子均達(dá)到水質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)。其中，8#和9#斷面的BOD5、COD、石油類、硫化物、氟化物和砷的單因子污染指數(shù)基本上高于其他斷面，主要是中上游的工業(yè)區(qū)工廠的排污所致；2#斷面的氨氮污染指數(shù)最高，主要是附近的農(nóng)業(yè)氮肥使用所導(dǎo)致。

由表4可以看出，從不同監(jiān)測斷面來看，禿尾河上下游的監(jiān)測因子均達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。禿尾河下游的BOD5，COD、石油類、氨氮、氟化物等污染因子指數(shù)基本高于上游，說明上游的水質(zhì)明顯好于下游的水質(zhì)。從不同年份來看，上游和下游的COD、氨氮等單因子污染指數(shù)近年來一直有上升趨勢。從而看出，近幾年來建設(shè)工業(yè)園區(qū)對禿尾河流域的水質(zhì)造成了很大的影響。

3.2綜合污染指數(shù)評價結(jié)果與分析

根據(jù)綜合污染指數(shù)的污染負(fù)荷的計算結(jié)果，可以得出各個監(jiān)測斷面對水質(zhì)貢獻(xiàn)最大的污染因子、不同監(jiān)測斷面的各個污染因子的污染負(fù)荷比有所不同[8]。

由表5可以看出，1#和5#斷面的主要污染因子是溶解氧和氨氮；2#斷面的主要污染因子是、COD、氨氮；3#斷面的主要污染因子是溶解氧、COD；4#和9#斷面主要污染因子是溶解氧、BOD5、COD、氨氮；6#和8#斷面的主要污染因子是氨氮、溶解氧、氟化物、BOD5、COD；7#斷面的的主要污染因子是溶解氧、BOD5、COD?？傮w而言，1#、3#、7#斷面的綜合污染指數(shù)都小于0.2；2#、4#、5#、6#斷面的綜合污染指數(shù)都小于0.4；8#和9#斷面的水質(zhì)都小于1。因此，禿尾河的1#、3#、7#斷面處于清潔狀態(tài)；2#、4#、5#、6#斷面處于尚清潔狀態(tài)；8#和9#斷面的水質(zhì)級別處于輕污染狀態(tài)。由表6可以看出，這幾年來，對上游來說，COD和氟化物呈上升的趨勢；BOD5處于先上升后下降的趨勢；氨氮處于先下降后上升的趨勢；由于上游的綜合污染指數(shù)一直在上升都小于等于0.4，故禿尾河上游水質(zhì)處于尚清潔狀態(tài)；對下游來說，COD綜合污染指數(shù)呈下降的趨勢；氨氮處于上升的趨勢；硫化物和石油類處于先上升后下降的趨勢。下游的綜合污染指數(shù)上升到1.25，故禿尾河下游的水質(zhì)處于中度污染狀態(tài)。

因此，保護(hù)好禿尾河上游水質(zhì)是保護(hù)禿尾河水質(zhì)資源的未來的挑戰(zhàn)，政府和企業(yè)應(yīng)積極采取措施，以保障流域范圍人們的日常生活及農(nóng)業(yè)需求。

3.3綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的計算結(jié)果與分析

由表7可以看出，禿尾河的各個斷面的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)[9-10]都未超過水環(huán)境功能標(biāo)準(zhǔn)，即1#-7#斷面的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)≤3(水環(huán)境功能標(biāo)準(zhǔn)是Ⅳ類)；8#、9#斷面的綜合水質(zhì)指數(shù)為2(水環(huán)境功能標(biāo)準(zhǔn)是Ⅲ類).故禿尾河流域的水質(zhì)基本合格。由表8可以看出，禿尾河總體水質(zhì)較好，均達(dá)到水環(huán)境功能標(biāo)準(zhǔn)。但上游水質(zhì)整體較下游差，上游污染影響因子較大的是COD、BOD5和石油類，應(yīng)該嚴(yán)格控制。

但歷年來，禿尾河上游的水質(zhì)由原來的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)逐漸達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)；下游的水質(zhì)則達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，可以看出中游附近的工業(yè)及污水廠未達(dá)標(biāo)排放致使下游水質(zhì)變差。規(guī)范企業(yè)的管理和廢水處理設(shè)施的完善是保護(hù)禿尾河水質(zhì)不惡化的最根本的措施，也是企業(yè)實現(xiàn)長久發(fā)展的基本保證。因此政府需制定相關(guān)制度嚴(yán)格要求企業(yè)，禁止隨意外排廢水；同時宣傳企業(yè)進(jìn)行資源化處理，增加資源的重復(fù)利用率，做到可持續(xù)發(fā)展。

4　結(jié) 論

禿尾河上游的水質(zhì)明顯好于下游，而下游的COD、BOD5、氨氮一直處于上升狀態(tài)，說明下游的水質(zhì)由于中上游的工業(yè)排污和煤礦排水所致，應(yīng)控制工業(yè)廢水的隨意排放，工業(yè)廢水應(yīng)按要求處理和排放。

禿尾河1#-7#斷面處于尚清潔狀態(tài)，8#-9#斷面處于輕污染狀態(tài)；禿尾河上游的水質(zhì)處于尚清潔狀態(tài)，而下游的水質(zhì)處于輕中度污染狀態(tài)；禿尾河流域的不同監(jiān)測斷面均達(dá)到了水功能區(qū)規(guī)劃類區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。

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Investigation and Analysis on Water Quality of Tuwei River

CUI Shuangke1, HUI Fan1,2, GUO Yani2, GUO Zhanying1, TONG Zhi2

(1.ShaanxiModernArchitecturalDesignResearchInstitute,Xi′an710048,China;2.SchoolofEnvironmentandChemicalEngineering,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an710048,China)

The different monitoring sections and the change trend of water quality of the years of Tuwei River basin were investigated and analyzed by using single factor pollution index and comprehensive pollution index and water quality identification index through the field investigation and data collection methods. The results show that the water quality of sections 1#-7#is still clean, while water quality of sections 8#-9#is slightly polluted. Comprehensive quality level of different sections in Tuwei River meets the planning standard of water function areas. The water quality of upstream of the basin is clean over the years while the downstream water quality is moderately polluted. And the comprehensive quality level of different sections in Tuwei River meets the planning standard of water function areas through adopting the comprehensive water quality identification index method. The integrated water quality level of upstream and downstream in Tuwei River is higher than that of water function areas planning standard. The rational forecast for the development trend of Tuwei River water quality can provide the scientific basis for regional economic development.

northern Shaanxi energy chemical industry area; Tuwei River; water quality; pollution index

2015-09-01

2015-10-10

陜西省科技廳社會發(fā)展攻關(guān)計劃項目“陜北能源化工區(qū)水資源環(huán)境調(diào)查與趨勢分析研究”(2012SF2-15)

崔雙科(1971—),男,陜西三原人,高級工程師,主要從事環(huán)境評價與監(jiān)測方面的研究。E-mail:cuishuangke@126.com

郭雅妮(1972—),女,陜西洛南人,教授,主要從事環(huán)境化學(xué)與監(jiān)測方面的研究。E-mail:guoyani2002@163.com

X824

A

1005-3409(2016)04-0351-06