基于單因子評價(jià)法和比值法解析驢溪河水質(zhì)狀況

屈佳欣，羅 偉

(1.成都理工大學(xué)地球物理學(xué)院，成都 610059;2.四川省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，成都 610041)

1 引 言

水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)是環(huán)境管理的依據(jù)，客觀的評價(jià)結(jié)果有賴于科學(xué)的評價(jià)方法[1]。國內(nèi)外在水質(zhì)評價(jià)方面的研究成果較多，概括起來，國外水質(zhì)評價(jià)研究比較注重多介質(zhì)、多參數(shù)水質(zhì)數(shù)據(jù)分析[2-3]，較早采用GIS手段研究水質(zhì)變化[4-5]，后來改進(jìn)引入灰色聚類方法(GCA)和區(qū)間值模糊集的區(qū)間聚類方法(ICA)[6]。國內(nèi)水質(zhì)評價(jià)方法雖然較多，但理論上并無明顯突破[1]，對水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的描述和評價(jià)通常采用兩種方法，一是定性評價(jià)，即進(jìn)行水質(zhì)類別的判定 ；二是定量評價(jià)，即綜合污染指數(shù)評價(jià)方法對水質(zhì)進(jìn)行比較[7]。目前對于河流水質(zhì)類別的判定大多采用單因子評價(jià)方法[8]，對于水污染方面的研究，比值法是簡單高效的[9]。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，河流污染普遍，水體污染問題日趨嚴(yán)重[10]。有研究表明，城區(qū)是城市內(nèi)河污染的主要來源，城市生活污水和地表徑流多數(shù)經(jīng)管道被直接排入河流，造成了嚴(yán)重的污染[9]，其中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)富集導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化是常見的污染類型，水體富營養(yǎng)化會出現(xiàn)藻類及其他水生生物異常繁殖現(xiàn)象，導(dǎo)致河流水質(zhì)惡化，溶解氧減少，水體透明度下降，從而引起生態(tài)系統(tǒng)破壞[10]。

為了得到有效保護(hù)水資源的方法，前鋒鎮(zhèn)政府于2017年實(shí)施了針對水資源質(zhì)量狀況進(jìn)行的水質(zhì)監(jiān)測工作，本文將分析驢溪河5個(gè)斷面水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，并將碳氮比( CODCr/TN) 、氮磷比( TN /TP，質(zhì)量濃度比) 和氨氮百分含量( NH3-N /TN 的百分?jǐn)?shù)) 等主要指標(biāo)應(yīng)用于城鎮(zhèn)三個(gè)水流相對平緩的河段，將河流水質(zhì)評價(jià)與污染特征研究相結(jié)合，以期為驢溪河和其他類似河流的治理提供依據(jù)。

2 評價(jià)方法

于2017年1月～10月進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)驢溪河流域的情況，設(shè)置5個(gè)斷面進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，包括源頭的前鋒鎮(zhèn)自來水廠取水口、前鋒鎮(zhèn)下游500m、新橋鎮(zhèn)下游的曾家橋、新橋污水處理廠下游的張家河壩、驢溪河入渠江處涌溪。

評價(jià)方法：利用單因子評價(jià)法評價(jià)驢溪河兩年度水質(zhì)類別，利用比值法(CODCr/TN、TN/TP、NH3-N/TN)評價(jià)驢溪河的氮、磷污染特征。

評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中 III 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 評價(jià)結(jié)果

3.1 單因子評價(jià)法

水質(zhì)參數(shù)評價(jià)采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法，各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計(jì)算方法如下[11]：

溶解氧(DO)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)的計(jì)算式：

SDoj= (DOf-DOj)/(DOf-DOs) (DOj≥DOs時(shí))

(1)

SDoj= 10-9×DOj/DOs(DOj

(2)

式中：SDoj—— 單項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)DO在j點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；

DOj—— DO在j點(diǎn)的濃度(mg/L)；

DOf—— 飽和溶解氧濃度(mg/L)按下式計(jì)算：

DOf=468/(31.6+T)

DOs—— 溶解氧的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)。

pH值標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)計(jì)算公式：

SpH，j= (7.0-pHj)/(7.0-pHsd) (pHj≤7.0時(shí))

(3)

SpH，j= (pHj-7.0)/(pHsu-7.0) (pHj>7.0時(shí))

(4)

式中：SpH，j—— pH在j點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；

pHj—— pH在j點(diǎn)的值；

pHsd—— 地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH值下限；

pHsu—— 地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH值上限。

其它單項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)i在j點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)的計(jì)算公式：

Sij=Cij/Csi

(5)

式中：Sij—— 單項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)i在j點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；

Cij—— 污染物i在j點(diǎn)的濃度(mg/L)；

Csi—— 水質(zhì)參數(shù)i的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值(mg/L)。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)≤1時(shí)，表明該參數(shù)滿足規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)>1時(shí)，則不能滿足。

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，計(jì)算各斷面的水質(zhì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)，結(jié)果見下表。

表 單因子污染指數(shù)Tab. Single factor pollution index

續(xù)表1

水質(zhì)參數(shù)前鋒鎮(zhèn)自來水廠取水口驢溪河前鋒鎮(zhèn)下游500m驢溪河曾家橋驢溪河張家河壩驢溪河涌溪(入江口)DO7.685.376.846.727.48CODCr10.910.8711.9620.211.25氟化物(F-)0.080.100.090.090.08氰化物(CN)/////總砷/////總汞/////銅/////鋅/////石油類/////揮發(fā)酚/////陰離子表面活性劑0.060.080.080.070.07糞大腸菌群0.100.100.250.200.10

驢溪河污染指數(shù)最高分別是總氮和氨氮，流經(jīng)前鋒鎮(zhèn)場鎮(zhèn)之前的水質(zhì)較好，可達(dá)到Ⅱ類。流經(jīng)前鋒、新橋、祿市、代市4個(gè)場鎮(zhèn)，以及前鋒工業(yè)園區(qū)、新橋工業(yè)園區(qū)，受城鎮(zhèn)、工業(yè)園區(qū)污水影響較大，其水質(zhì)為劣Ⅴ類。觀塘鎮(zhèn)內(nèi)段流域基本無工業(yè)污染源和場鎮(zhèn)污染影響，水質(zhì)在該區(qū)段得以一定程度的自凈，水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)辦法，地表水水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)為表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的 21 項(xiàng)指標(biāo)[10]。因此，在對驢溪河進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)的時(shí)候，未納入總氮的影響。鑒于此，本文利用比值法詳細(xì)分析驢溪河的氮磷污染狀況。

3.2 比值法

3.2.1 氨氮百分含量( NH3-N /TN)

氨氮百分含量( NH3-N /TN 的百分?jǐn)?shù))是判定水體是否具有城市生活污水特征的重要參數(shù)，當(dāng)水體中氨氮百分含量≥50%時(shí)，具有一般城市生活污水特征[10]。根據(jù)氨氮、氮的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算氨氮百分含量，逐月變化如圖1所示。

圖1 3個(gè)河段NH3-N /TN逐月變化情況Fig.1 Monthly changes of NH3-N/TN in three river sections

圖1數(shù)據(jù)顯示，在3月～8月前鋒鎮(zhèn)下游500m河段氨氮比超過50%，生活污水特征時(shí)段較長，農(nóng)村環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，污水大多直排,此外其他月份氨氮含量在20%～30%之間；新橋鎮(zhèn)下游的曾家橋河段在3月和8月氨氮比超過50%，有城市污水特征，在4～7月水質(zhì)快要接近城市污水；目前，2個(gè)工業(yè)園區(qū)的污水通過新橋污水處理廠處理達(dá)標(biāo)排放,經(jīng)過污水處理廠處理過得張家河壩河段的氨氮比都在50%以內(nèi)，相對來說水質(zhì)較好。

3.2.2 氮磷比( TN /TP)

GuildFord[13]等提出的TN/TP(質(zhì)量比)≥22.6為磷限制狀態(tài)，TN/TP (質(zhì)量比)≤9.0 為氮限制狀態(tài)作為參考，當(dāng) 9

圖2 3個(gè)河段TN/TP逐月變化情況Fig.2 Monthly change of TN/TP in three river Sections

圖2數(shù)據(jù)顯示，秋冬季(1～2月和9～10月) 的氮磷比明顯高于春夏季( 3～8月) 。而春夏季監(jiān)測段河流的氮磷比范圍在9-22. 6，是藻類生長的合適范圍，加上春夏季適宜的溫度和光照條件，極易造成藻類植物的爆發(fā)，因此，應(yīng)重點(diǎn)在春夏季加強(qiáng)驢溪河水體營養(yǎng)氮輸入的控制。相對于前鋒鎮(zhèn)下游500m河段與新橋鎮(zhèn)下游的曾家橋河段，新橋污水處理廠下游的張家河壩河段的氮磷比都處于磷限制狀態(tài)，不適合藻類生長，水質(zhì)含氧量較高。

3.2.3 碳氮比(CODCr/TN)

Xu[14]等發(fā)現(xiàn)當(dāng)水體中 CODCr/TN≤3 時(shí)，會降低污水中營養(yǎng)物的去除效率，水體自凈能力較差。Yan[15]等發(fā)現(xiàn)當(dāng)水體中CODCr/TN=2.5時(shí)，TN的去除效率最高，當(dāng) CODCr/TN 處于 2.5～5之間，可產(chǎn)生相對較低的溫室氣體。根據(jù)碳、氮的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算碳氮比值，逐月變化如圖3所示。

圖3 3個(gè)河段 CODCr /TN逐月變化情況Fig.3 Monthly change of CODCr /TN in three river Sections

圖3顯示前鋒鎮(zhèn)下游500m河段與新橋鎮(zhèn)下游的曾家橋河段在5月～6月的水體自凈能力較好，3月與7月的水體自凈能力一般，1～2月和4月、8～10月的水體自凈能力較差。新橋污水處理廠下游的張家河壩河段的 CODCr/TN在5.3-14.98之間，水體自凈能力較強(qiáng)。

4 結(jié) 語

4.1 本文通過單因子評價(jià)法與比值法驢溪河三個(gè)河段以及流域斷面的監(jiān)測結(jié)果分析，確定了驢溪河的主要污染因子，也分析出驢溪河源頭水質(zhì)較好，可以達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)，下游入渠江處水質(zhì)可達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。上游經(jīng)前鋒場鎮(zhèn)起至中下游段水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，為劣Ⅴ類，超標(biāo)因子均為NH3-N、TN、COD、BOD5，即有機(jī)物和氮超標(biāo)嚴(yán)重，表明城鎮(zhèn)園區(qū)的生活污水與工業(yè)污水是驢溪河污染物的重要來源。

4.2 驢溪河流域化肥、農(nóng)藥的使用量偏高而利用率低，區(qū)域畜禽養(yǎng)殖發(fā)展迅速，分散式畜禽養(yǎng)殖的糞便和養(yǎng)殖污水處理設(shè)施缺乏，區(qū)域畜禽糞便有效處理率低。因此控制農(nóng)田徑流污染產(chǎn)生量、減少化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜使用量、提高秸稈綜合利用率等是控制區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染的重要內(nèi)容。農(nóng)業(yè)面源污染控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，只有從源頭控制入手，才能有效控制污染。為使驢溪河較好水質(zhì)得到保護(hù)，較差水質(zhì)得到改善，我們應(yīng)該堅(jiān)持不懈地開展環(huán)境保護(hù)宣傳工作，通過報(bào)紙、電視、電臺等新聞媒介，大力宣傳保護(hù)生態(tài)環(huán)境、創(chuàng)建優(yōu)良人居環(huán)境的重要性和緊迫性，普及生態(tài)環(huán)境保護(hù)科學(xué)知識，提高廣大干部群眾的環(huán)境保護(hù)意識。