榆樹溝水庫水質(zhì)評價與變化趨勢分析

吳江濤

(新疆哈密水文水資源勘測局，新疆 哈密 839000)

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榆樹溝水庫水質(zhì)評價與變化趨勢分析

吳江濤

(新疆哈密水文水資源勘測局，新疆 哈密 839000)

水庫水質(zhì)的好壞直接影響水庫水資源的利用，也嚴(yán)重制約水庫功能的正常發(fā)揮。榆樹溝水庫是集工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉、生活供水及城市防洪為一體的綜合樞紐工程，通過對榆樹溝水庫水庫2006年～2014年的水質(zhì)監(jiān)測資料進(jìn)行計算分析，分別采用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價法進(jìn)行水庫水質(zhì)評價，結(jié)果表明：榆樹溝水庫多年綜合水質(zhì)污染指數(shù)小于0.20，水質(zhì)較好。對水庫水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的建議。

榆樹溝水庫；水質(zhì)評價；水質(zhì)趨勢分析

1 概況

1.1 地理位置

榆樹溝流域地處東天山哈爾里克山南坡，流域高山區(qū)是現(xiàn)代冰川作用區(qū)和永久性積雪覆蓋區(qū)，地理位置介于東經(jīng) 93°57′～94°19′、北緯 43°02′～43°11′之間，全流域在哈密市境內(nèi)，流域由黑溝等 7 條支流從河道右側(cè)入?yún)R，在流域出山口以上15 km處設(shè)有國家基本水文一處，海拔高度1 670 m，該站重建于1979 年，測站以上集水面積 308 km2，流域平均坡度38.2‰，流域平均高程3 091 m，河槽平均比降54.0‰。地勢北高南低，由東北向西南傾斜，托木爾堤峰榆樹溝流域最高峰，海拔4 886 m，哈密榆樹溝流域水系圖見圖1。

圖1 新疆哈密市榆樹溝流域水系圖

哈密市榆樹溝流域海拔4 050 m以上區(qū)域為現(xiàn)代冰川作用區(qū)及永久積性雪覆蓋區(qū)，冰川的最末端最低海拔3 500 m，最高海拔4 360 m，總計冰川條數(shù)為9條[3]，冰川的總面積有22.85 km2(面積大于4.0 km2的冰川有4條)，冰的總儲量為1.593 km3，占整個哈密市冰儲量和冰川面積的20%和14.68%，該流域是哈密市范圍內(nèi)面積最大和冰儲量最多的流域。

1.2 榆樹溝水庫基本概況

榆樹溝水庫于2000年4月動工修建，于2001年12月下閘蓄水。地理位置位于E93°52′14.09″、N43°04′17.51″，工程建成后運行十四年來，對哈密地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及防洪抗旱發(fā)揮了重要的作用。

榆樹溝水庫是一項集工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉、生活供水及城市防洪等為一體的綜合性樞紐工程。水庫壩址以上匯水面積345.3 km2，總庫容1 112×104m3，其中興利庫容848×104m3，防洪庫容212×104m3，死庫容52.0×104m3。榆樹溝水庫樞紐工程主要由攔河大壩、導(dǎo)流兼放水洞、溢洪道、進(jìn)庫公路組成。榆樹溝水庫規(guī)模為中型，三等工程，永久建筑物為3級，次要建筑物4級，臨時建筑物為5級，水庫防洪標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計為50 a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為1 000 a一遇，水庫施工導(dǎo)流洪水標(biāo)準(zhǔn)為10 a一遇。水庫運行方式為年調(diào)節(jié)水庫。

2 水質(zhì)現(xiàn)狀評價

2.1 河流水質(zhì)評價

2.1.1 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)法是通過計算超標(biāo)指數(shù)來確定評價等級的方法，在針對單因子進(jìn)行評價分析時，常常選用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法。若評價對象區(qū)域的一類水質(zhì)污染物對水質(zhì)影響較大且所占比例較大時，通過單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法可以分析出水環(huán)境質(zhì)量的大體情況。單因子水質(zhì)標(biāo)識污染指數(shù)法是將某種污染物實測濃度與該種污染物的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定水質(zhì)類別的方法。一般來說確定地下水體中的主要污染因子就是通過單因子水質(zhì)標(biāo)識污染指數(shù)的評價。

根據(jù)榆樹溝水庫特點及水質(zhì)狀況．根據(jù)2006-2014年對榆樹溝水庫水質(zhì)監(jiān)測資料，對該水庫進(jìn)行了水質(zhì)現(xiàn)狀評價，評價依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅲ類水質(zhì)類別為依據(jù)，選擇了與污染特征密切相關(guān)的pH值、溶解氧、總磷、總氮、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)(CODmn)、生化需氧量(BOD5)七個評價參數(shù)，評價結(jié)果顯示：榆樹溝水庫近五年水質(zhì)類別變化不大，幾乎在Ⅰ類水和Ⅱ類水之間，主要超標(biāo)污染物為總磷，榆樹溝水庫總磷單項水質(zhì)類別，汛期水為Ⅲ類，非汛期類別為Ⅱ類。

2.1.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價法

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法是考慮多種水質(zhì)因子，并采用加權(quán)平均等方法來計算的水質(zhì)評價法。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法能夠更為全面地刻畫出評價對象整體水質(zhì)狀況，在得到評價結(jié)果的同時能夠分析出評價指標(biāo)和水體質(zhì)量要求之間的具體信息，通過這些信息可以更好地分析水質(zhì)污染狀況并采取相應(yīng)的防治措施。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法的優(yōu)勢在于該方法可以靈活應(yīng)用在某一流域的不同斷面監(jiān)測點，也可以應(yīng)用在不同流域，分別分析出水質(zhì)狀況；與單因子指數(shù)法最大的不同在于該方法不會因為某一類因子指標(biāo)劣于正常標(biāo)準(zhǔn)就否定整體水質(zhì)，而是通過整體評價獲得合理的結(jié)果；該方法既能在水質(zhì)某一級別內(nèi)分析污染程度，也能夠比較水質(zhì)五類不同級別的污染程度。綜合污染指數(shù)計算公式：

對于不同原因和性質(zhì)造成的污染物，其污染指數(shù)Pi計算公式也有區(qū)別。具體分級見表1。

選取氨氮、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、pH溶解氧、汞、揮發(fā)酚共計7頂作為綜合水質(zhì)標(biāo)識污染指數(shù)評價項目，對榆樹溝水庫近9年水質(zhì)的監(jiān)測成果和資料進(jìn)行評價。根據(jù)監(jiān)測成果資料得知，榆樹溝水庫2006年至2014年綜合水質(zhì)標(biāo)識污染指數(shù)都在小于0.20，水質(zhì)狀況按水質(zhì)級別分級均屬于好，這與單因子水質(zhì)標(biāo)識評價結(jié)果基本是相符的。

2.2 水庫富營養(yǎng)化評價

富營養(yǎng)化是一種氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)含量過多所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。一般地，水中總磷達(dá)到0.02 mg/L，無機(jī)氮達(dá)到0.3 mg/L的水體已處于富營養(yǎng)化。在外界自然條件作用下，隨著河流夾帶水生生物殘骸和沖積物在湖泊底下的慢慢沉降下來并淤積，此時湖泊會從平營養(yǎng)湖期過渡為富營養(yǎng)湖期，進(jìn)而演變?yōu)殛懙睾蜐駶櫟脑铦傻?，這種過程極為緩慢。現(xiàn)代社會由于人類的生產(chǎn)工業(yè)活動，將大量生活污水和工業(yè)污水以及農(nóng)田灌溉中的農(nóng)作物及植物營養(yǎng)物質(zhì)排入海灣、水庫、河口、湖泊等流動緩慢的水體后，一些水生生物特別是藻類將快速大量的繁殖，使生物量的種類及種群數(shù)量發(fā)生變化，水體的生態(tài)平衡受到了嚴(yán)重破壞。

此文依據(jù)國家水利部制定的《地表水資源質(zhì)量評價技術(shù)規(guī)程》中的湖泊營養(yǎng)狀態(tài)評價標(biāo)準(zhǔn)，參考《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》對榆樹溝水庫2006～2014年共9年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行富營養(yǎng)化評價，根據(jù)高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素、總氮、總磷、和透明度為評價指標(biāo)，評價指標(biāo)年均數(shù)值表見表1，水庫營養(yǎng)狀態(tài)評價結(jié)果見表2。

表1 2006-2014年榆樹溝水庫水質(zhì)綜合營養(yǎng)指數(shù)和狀態(tài)

表2 2006-2014年榆樹溝水庫評價指標(biāo)年均數(shù)值表

3 水環(huán)境質(zhì)量變化趨勢定性分析

水環(huán)境質(zhì)量變化趨勢定性分析是指在定量變化趨勢評價的基礎(chǔ)上，需要對兩個時段或多個時段的水環(huán)境質(zhì)量變化趨勢和變化的程度進(jìn)行評價，用以下術(shù)語來描述變化的特征：

(1)無明顯變化。

(2)變化：包括水體污染(富營養(yǎng)化)程度減輕或加重，水環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)或下降。

(3)顯著變化：包括水體污染(富營養(yǎng)化)程度顯著減輕或顯著加重，水環(huán)境質(zhì)量顯著好轉(zhuǎn)或惡化。

在于在實際測驗中水質(zhì)數(shù)據(jù)的不完整、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度不夠高、數(shù)值隨著季節(jié)變化而有規(guī)律性的變化，一般情況就用季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法對歷年的水質(zhì)變化進(jìn)行趨勢分析。

季節(jié)性肯達(dá)爾檢驗法是多年相同月份或者季的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，假如后面的數(shù)值在時間上大于前面的數(shù)值，則記為“+”號，低于前面的數(shù)值則記作“—”號。假如“-”號的個數(shù)比“+”的個數(shù)少的話，就可以判斷為上升趨勢；假如“+”個數(shù)比“-”號的個數(shù)少，則可能為下降趨勢。假如“—”和“+”個數(shù)分各占一半，則判斷為無明顯變化趨勢。該檢驗是多年相同月份或者季的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，有效的解決了季節(jié)性的影響。

根據(jù)榆樹溝水庫2006-2014年共9年的水質(zhì)分析監(jiān)測數(shù)據(jù)資料，分別選擇了最主要五個污染指標(biāo)作為評價因子，包括：總磷、生化需氧量、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮，我們用水質(zhì)趨勢分析軟件PWQTREND2011進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，它是一款水質(zhì)趨勢分析的專業(yè)軟件。該軟件水質(zhì)變化趨勢分析后的結(jié)果可以劃成為三大類五個小級，三大類是指下降、上升、無趨勢；五級是指無趨勢、高度顯著下降、顯著上下降、顯著上升和高度顯著上升。具體評價結(jié)果見表3。

表3 水質(zhì)變化趨勢定性分析表

可以從最終的分析結(jié)果可知，氨氮、總磷、總氮、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)這五項指標(biāo)均無明顯升降。

4 結(jié)語

從評議結(jié)果可以看出榆樹溝水庫水質(zhì)狀況較好，且參與評價的各項指標(biāo)均無明顯升降趨勢。如果今后沒有大型企業(yè)和工礦企業(yè)在上游進(jìn)行產(chǎn)生活動，水質(zhì)狀態(tài)還是會很好的，但是仍不可忽視，要加強(qiáng)對榆樹溝水庫上游水體的治理污染防治。造成榆樹溝水庫污染的原因可能包括以下兩個方面：(1)自然污，由于自然規(guī)律的變化和土壤中礦物質(zhì)對水源的污染。(2)由于人類的生活、生產(chǎn)活動所造成的污染， 現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活廢污水及廢棄物無節(jié)制、無處理、無秩序的隨意排放、導(dǎo)致水庫受面源污染相對較重，成為水庫水質(zhì)下降和富營養(yǎng)化的重要原因。水污染治理是一個龐大的系統(tǒng)工程，控制好源頭是關(guān)鍵。加強(qiáng)江河湖水污染、水污染源和農(nóng)業(yè)面源污染治理的工作，以此緩解我國西北水資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化狀況、促進(jìn)水資源整體優(yōu)化配置的重大國家戰(zhàn)略。

[1]中華人民共和國家標(biāo)準(zhǔn).地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002).

[2]2012年全國水環(huán)境質(zhì)量.

[3]中國科學(xué)院蘭州冰川凍土研究所.中國冰川目錄(Ⅲ卷)(天山山脈：東部散流內(nèi)陸區(qū))[M].北京：科學(xué)出版社.1986.

2017-03-14

吳江濤(1976-)，男，新疆哈密人，助理工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測工作。

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1004-1184(2017)03-0079-02