松花江哈爾濱段水環(huán)境監(jiān)測布點選擇及數(shù)據(jù)分析

陳炳全

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090)

松花江哈爾濱段水環(huán)境監(jiān)測布點選擇及數(shù)據(jù)分析

陳炳全

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 市政環(huán)境工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150090)

松花江是黑龍江省境內(nèi)最重要的河流，在黑龍江的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，本文介紹了水環(huán)境監(jiān)測中河流斷面的布點方法,以松花江哈爾濱段為例為研究對象設(shè)置了大頂子山、呼蘭河口、阿什河口和朱順屯四個監(jiān)測斷面，對水樣進(jìn)行采集、保存和預(yù)處理。采用模糊綜合評判法對松花江哈爾濱段2011～2012年大頂子山、朱順屯和阿什河口下三個斷面水質(zhì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,結(jié)果顯示，松花江哈爾濱段水質(zhì)呈明顯的時變形,枯水期水質(zhì)較差, 大部分時間處于Ⅴ類水質(zhì)，主要由于枯水期河流流量較小，自身凈化能力較弱，無法完成污染物的混合降解，同時受農(nóng)業(yè)灌溉廢水及化肥污水影響氮磷含量均超出標(biāo)準(zhǔn)；在豐水期水質(zhì)整體明顯好轉(zhuǎn)，有少數(shù)月份能達(dá)到三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。有關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對松花江周邊河流的排放口監(jiān)控，限制工業(yè)農(nóng)業(yè)以及城市生活污水排入濃度，淘汰落后設(shè)備，不斷提高松花江水質(zhì)水平。

水質(zhì)監(jiān)測；斷面選擇；模糊綜合評判法；松花江

1 水質(zhì)監(jiān)測

1.1 松花江水質(zhì)監(jiān)測的意義

松花江是黑龍江省境內(nèi)最重要的河流，在黑龍江的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，在2005年吉化硝基苯污染事件之前，也一直作為哈爾濱市的引用水源地，因此，對松花江的水質(zhì)監(jiān)測就顯得尤為必要。

水質(zhì)監(jiān)測在河流水污染監(jiān)控的工作中占有重要的地位。對江、河、湖泊、水庫、海洋等地表水和地下水的污染因子進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測，讓我們能夠掌握水質(zhì)的現(xiàn)狀及其變化趨勢，對有污染排放的單位評價其排放是否符合標(biāo)準(zhǔn)，為污染的管路提供依據(jù)。同時，根據(jù)監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)，國家環(huán)保行政部門能以此為依據(jù)制定相應(yīng)的環(huán)保規(guī)劃、法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 松花江哈爾濱段的概況、斷面的選擇及布點方案

松花江的哈爾濱段共涉及到 6 個區(qū)域,松花江干流江段經(jīng)過的區(qū)域依次為朱順屯(A 區(qū))、阿什河口下(B 區(qū))、呼蘭河口下(C 區(qū))、大頂子山(D 區(qū));松花江一級支流包含區(qū)域為阿什河口內(nèi)(E 區(qū))和呼蘭河口內(nèi)(F 區(qū))[6]。城市水環(huán)境系統(tǒng)具有區(qū)域性的特點, 須在不同污染區(qū)建立具有針對性的評價指標(biāo)體系.由松花江哈爾濱段水環(huán)境規(guī)劃功能分區(qū)可知,其被分為兩類:Ⅲ類水質(zhì)區(qū):Ⅰ 區(qū),Ⅳ類水質(zhì)區(qū):B 區(qū),C 區(qū),D 區(qū),E 區(qū),F 區(qū)。

根據(jù)監(jiān)測斷面的設(shè)置原則，擬在朱順屯、呼蘭河口、阿什河口以及大頂子山四個斷面設(shè)置采樣點。理由為：(1)朱順屯為松花江進(jìn)入哈爾濱的上游河段，在此處設(shè)立對照斷面以便對下游各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析；(2)大頂子山為松花江流出哈爾濱的出口斷面，此時污水與河水已基本混勻并盡可能靠近水系出境處，而且在此區(qū)域內(nèi)，河流有足夠的長度，應(yīng)設(shè)立削減斷面，以反映河流對污染物的稀釋凈化情況。(3)呼蘭河以及阿什河均為松花江的一級支流，且沿河兩岸分布有居民區(qū)及部分工業(yè)區(qū)，應(yīng)在兩條支流匯入松花江的河口處設(shè)立斷面；(4)根據(jù)資料對松花江哈爾濱段2008-2012年監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，在B、C、D河段之間，松花江水質(zhì)的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，因此不設(shè)置監(jiān)測斷面。(5)因松花江上游河段(吉林境內(nèi))有大量居民生活區(qū)和工業(yè)區(qū)，在哈爾濱流域內(nèi)尋找尚未受到人類活動影響的河段十分困難，因此未設(shè)置背景斷面。四個斷面的位置如圖1所示。

圖1 采樣點的布設(shè)位置

1.3 水樣的采集、保存和預(yù)處理

1.3.1 水樣的采集

水樣采集的主要原則是：水樣必須具有足夠的代表性，水樣必須不受任何意外的污染。

水樣的類型一般分為瞬時水樣，等時綜合水樣，等時混合水樣、等比例混合水樣、流量比例混合水樣以及單獨水樣幾種。針對松花江的流量特點，主要采用等時綜合水樣。各主要污染物的采集量見表1。

依照江河采樣垂線數(shù)設(shè)置以及采樣垂線上采樣點數(shù)設(shè)置要求，對松花江哈爾濱段水樣的采集應(yīng)設(shè)置左、中、右三條垂線，每條垂線在水面下0.5 m、1/2水面處以及河底以上0.5 m處設(shè)置三個采樣點。

松花江的水量具有明顯的時變特征，徑流量年內(nèi)分布不均，量大部分集中于7，8，9，10四個月，為豐水期，12，1，2三個月為枯水期。在其余正常月份，在已建立觀測站的情況下，每月采集一次數(shù)據(jù)；在枯水期，采集一次數(shù)據(jù)即可；在豐水期，可在每月10日及20日各采一次。采樣時應(yīng)詳細(xì)進(jìn)行樣品的記錄。

1.3.2 水樣的保存

根據(jù)HJ 493-2009水質(zhì)樣品保存和管理技術(shù)的有關(guān)規(guī)定，采集和保存樣品的容器要充分考慮以下幾方面[4]。(1)最大限度地防止瓶塞及容器對樣品的污染。玻璃一般在貯存水樣時可溶出鈉、鈣、鎂、硅、 硼等元素，一些有色瓶塞含有大量的重金屬，為防止新的污染，在測定這些項目時應(yīng)避免使用玻璃容器[4]。(2)容器或容器塞的生物和化學(xué)性質(zhì)應(yīng)該是惰性的，以防止樣品組分與容器發(fā)生反應(yīng)。如測氟時，水樣不能貯于玻璃瓶中，因為玻璃與氟化物可以發(fā)生反應(yīng)[4]。(3)為減少如放射性核類的微量元素或重金屬對容器的表面污染，容器壁應(yīng)易于清洗、處理[1]。(4)防止容器吸附或吸收待測組分，引起待測組分濃度的變化。微量金屬易于受這些因素的影響，其他如磷酸鹽、殺蟲劑、清潔劑同樣也受到影響。(5)深色玻璃能降低光敏作用，所有的準(zhǔn)備都應(yīng)確保不發(fā)生正負(fù)干擾[1]。

表1 水樣及污染物采集項目及采集量 ml

為了減少交叉污染盡可能使用專用容器，在大多數(shù)情況下，從采集樣品后到運(yùn)輸?shù)綄嶒炇移陂g，在 1℃～5℃冷藏并暗處保存，對保存樣品就足夠了[1]。水樣采集后必須立即送回實驗室，在現(xiàn)場工作開始之前，就要安排好水樣的運(yùn)輸工作，根據(jù)采樣點的地理位置和每個項目分析前最長可保存時間，選用適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸方式。水樣運(yùn)輸前應(yīng)將容器的外(內(nèi))蓋蓋緊，裝箱時應(yīng)用泡沫塑料等分隔。應(yīng)在同一包裝箱內(nèi)裝同一采樣點的樣品，運(yùn)輸前應(yīng)檢查現(xiàn)場記錄上的所有水樣是否全部裝箱。要在包裝箱頂部和側(cè)面標(biāo)上“切勿倒置”的醒目色彩的標(biāo)記。 每個水樣瓶均需貼上標(biāo)簽，內(nèi)容有采樣點位編號、采樣日期和時間、保存方法、測定項目，并寫明用何種保存劑。除了避免日光照射、防震和低溫運(yùn)輸外，還要防止新的污染物進(jìn)入容器和沾污瓶口使水樣變質(zhì)[4]。標(biāo)準(zhǔn)HJ 493-2009中108種化學(xué)指標(biāo)的采樣容器及保存方法，在此不一一列舉。

1.3.3 水樣的預(yù)處理

為了去除組分復(fù)雜的共存干擾成分，含量低、形態(tài)各異的組分處理到適合于監(jiān)測的含量及形態(tài)，在對水樣進(jìn)行檢測之前，通常需要對水樣進(jìn)行預(yù)處理。常用的水樣預(yù)處理方法有水樣的離心分離、過濾、溶劑萃取、蒸發(fā)或揮發(fā)等方法。消解水樣的方法有濕式消解法和干式分解法(干灰化法)。

1)濕式消解法

它是將酸、堿、氧化劑與樣品等共置于密封裝置或回流裝置中，加熱分解并破壞有機(jī)物的一種方法。常用的方法有以下幾種[4]：硝酸消解法、硝酸-高氯酸消解法、硝酸-硫酸消解法、硫酸-磷酸消解法、硫酸-高錳酸鉀消解法、多元消解法、堿分解法[4]。

2)干灰化法(干式分解法、高溫分解法)

干灰化法的處理過程是：取適量水樣于石英或白瓷蒸發(fā)皿中，置于水浴上蒸干，移入馬弗爐內(nèi)，于450℃～550℃灼燒到殘渣呈灰白色，使有機(jī)物完全分解除去。 取出蒸發(fā)皿，冷卻，用適量2% HCl(或HNO3)溶解樣品灰分，過濾，濾液定容后供測定[4]。 本方法不適用于處理測定易揮發(fā)組分(如砷、硒、鎘、汞、錫等)的水樣。

1.3.4 水樣的測定

地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838-2002中列出了對地標(biāo)水中各主要污染物的檢測方法，主要包括原子吸收法，分光光度法，比色法，離子色譜法等，如表2。

表2 地表水質(zhì)分析方法 mg/L

表3 水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn) mg/L

2 水質(zhì)數(shù)據(jù)分析

模糊綜合評判法是利用模糊變換原理和最大隸屬度原則，考慮與被評價事物相關(guān)的各個因素或主要因素，對其所做的綜合評價[2]。

2.1 水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)GB3095-2002，選擇部分具有代表性的指標(biāo)確定地表水水質(zhì)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)(見表3)。

2.2 水質(zhì)評價因子的選擇和評價等級

以松花江2014年10月10日朱順屯三個斷面的平均值的監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，建立評價因子集合(見表4)。

U={溶解氧,高錳酸鹽指數(shù),COD,五日生化需氧量,氨氮,總磷,總氮,銅}

建立水質(zhì)評價等級集合

V={Ⅰ類,Ⅱ類,Ⅲ類,Ⅳ類,Ⅴ類}

表4 2014年10月10日松花江朱順屯斷面平均值 mg/L

2.3 建立隸度函數(shù)，得到單因素評判矩陣

根據(jù)隸度計算公式

式中：xi為第i個評價因子的監(jiān)測值；Sij為第i個評價因子所對應(yīng)的第j級的評價標(biāo)準(zhǔn)值。

2.4 確定各因素權(quán)重

考慮每個參與評價的因子對水質(zhì)影響的貢獻(xiàn)率不同，相應(yīng)有不同的側(cè)重，需要對每個參與評價的因子賦予不同的權(quán)重，組成參與評價因子的權(quán)數(shù)矩陣

W=[w1w2w3…wiwn]

則

Y=A·R=[0.376 6 0.237 9 0.385 5 0 0]

Y=max(yi)=0.385 5

即2014年八月朱順屯斷面水質(zhì)為Ⅲ類。

依照相同算法，對松花江哈爾濱段2011-2012年數(shù)據(jù)處理，得到結(jié)果見表5和表6。

表5 2011年松花江哈爾濱段水質(zhì)分析報告

表6 2012年松花江哈爾濱段水質(zhì)分析報告

3 結(jié)語

綜合分析，松花江哈爾濱段水質(zhì)在枯水期較差，大部分時間處于Ⅴ類水質(zhì)。其原因可能為河流流量較小，自身凈化能力較弱，無法完成污染物的混合降解。且氮磷含量均超出標(biāo)準(zhǔn)，究其原因，農(nóng)業(yè)灌溉廢水及化肥污水在其中起了重要作用。在豐水期，水質(zhì)整體有明顯好轉(zhuǎn)，但仍然只有少數(shù)月份能達(dá)到三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。自2005年松花江硝基苯污染事件后，松花江不再作為哈爾濱市水源地，河流的功能發(fā)生了轉(zhuǎn)變，對于水質(zhì)的要求有所下降，但這并不意味著可以放松對松花江污染的監(jiān)管。有關(guān)部門還應(yīng)加強(qiáng)對松花江周邊河流的排放口監(jiān)控，限制工業(yè)農(nóng)業(yè)以及城市生活污水排入松花江的濃度，盡快淘汰落后的設(shè)備，盡最大的能力將松花江水質(zhì)保持較高水平。

[1]王鵬.環(huán)境監(jiān)測[M].中國建筑工業(yè)出版社.2011.

[2]凌敏華,左其亭.水質(zhì)評價的模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用研究[J].人民黃河.2006(01):36-38.

[3]國家環(huán)境保護(hù)總局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).GB 3838-2002[S].2002.

[4]CN-HJ.水質(zhì).樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定:HJ 493-2009[S].2009.

[5]陸志華,夏自強(qiáng),于嵐嵐.松花江干流中游段徑流年內(nèi)分配變化規(guī)律[J].河海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版).2012(01):67-73.

[6]樊慶鋅,楊先興,邱微.松花江哈爾濱段城市水環(huán)境質(zhì)量評價[J].中國環(huán)境科學(xué).2014:118-124.

Monitoring Points Choosing and Statistics Analysis of Water Quality of Songhua River in Harbin Region

CHEN Bing-quan

(School of Municipal and Environmental Engineering , Harbin Institute of Technology, Heilongjiang Harbin 150090)

Songhua River is the most important river in Heilongjiang Province and plays an important role in the economic construction of Heilongjiang. This paper introduces the method of distribution of river section in water environment monitoring, taking the Songhua River in Harbin as the object of study, four monitoring sections——Dadingzishan, Hulanhekou, Ashihekou and Zhushuntun are settled, so that the water samples can be collected, preserved and pretreated. Based on the fuzzy comprehensive evaluation method, the water quality monitoring data of the three sections of Dadingzishan, Zhushuntun and Ashihekou in Harbin Section of Songhua River from 2011 to 2012 are analyzed. The results show that the water quality of Songhua River in Harbin obviously changes from season to season. In the dry season, water quality is poor, most of the time is in the water quality of Ⅴ, mainly due to the small flow of the river in the dry season and the weak ability of its purification, so that the mixed degradation of pollutants cannot be completed. At the same time, nitrogen and phosphorus content are beyond the standard because of the agricultural irrigation wastewater and fertilizer wastewater; in the wet season, the overall water quality improved significantly, it can achieve the third standard of water quality in a few months. Relevant departments should strengthen the monitoring of the discharge of the rivers around the Songhua River, limit the concentration of industrial, agricultural and urban sewage, eliminate backward equipment, and continuously improve the water quality of Songhua River.

water quality monitoring; section selection; fuzzy comprehensive evaluation method; Songhua River

2017-03-28

陳炳全(1995-)，男，陜西西安人，主攻方向：環(huán)境工程。

X522

A

1004-1184(2017)04-0077-04