海寧市地表水水質(zhì)污染特征分析

劉曉玲 朱云曉 張威 俞佳

摘 要：根據(jù)2013-2017年海寧市地面水的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法、有機(jī)污染綜合評(píng)價(jià)法和R型聚類分析法，對(duì)海寧地表水現(xiàn)狀進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：海寧地表水的主要污染因子為NH3-N和TP，其中NH3-N為首要污染因子；近五年來(lái)海寧地表水ω值變化范圍在0.45-0.72之間，水質(zhì)由中度污染向輕度污染發(fā)展。2014年的A值為3.45，屬于中度污染；2013-2017年海寧市地表水有機(jī)污染綜合指數(shù)變化范圍在2-3.45之間，處于中度污染向一般狀態(tài)慢慢變好的趨勢(shì)。通過(guò)R型聚類分析可知，NH3-N和TP、CODCr與CODMn、TP與CODMn呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：海寧市，水質(zhì)評(píng)價(jià)，單因子評(píng)價(jià)法，綜合污染指數(shù)法，有機(jī)污染綜合評(píng)價(jià)，R型聚類分析

基金項(xiàng)目：海寧市科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2018046）

1 研究背景與目的

近年來(lái)，海寧經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展， 水污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，本文擬采用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法、有機(jī)污染綜合評(píng)價(jià)法及R型聚類分析法對(duì)2013-2017年海寧市地表水的水質(zhì)狀況和變化趨勢(shì)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)[1]。

2 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的設(shè)置

水質(zhì)監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)共設(shè)12個(gè)，分別為：松木漾橋、雙喜橋、嘉興二縣漁壩、許村大橋、水泥廠橋、杭申公路橋、貨運(yùn)中轉(zhuǎn)站、回龍橋、友誼橋、由拳橋、農(nóng)豐橋、豐士水泥廠橋等。2013至2017年期間，奇數(shù)月月初采樣一次，即每年采樣72個(gè)。監(jiān)測(cè)因子主要有：pH，溶解氧（DO）、高猛酸鹽指數(shù)（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮（NH3-N）、化學(xué)需氧量（CODCr）、總磷（TP）、揮發(fā)酚、石油類、氯化物、氟化物等進(jìn)行分析。

3 分析與討論

3.1 單因子評(píng)價(jià)法[2-4]

單因子評(píng)價(jià)法是將某種污染物實(shí)測(cè)濃度與該種污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以確定水質(zhì)類別的方法。即將每個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)參數(shù)與參照水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，以確定水質(zhì)類別，最后選擇其中最差級(jí)別作為該區(qū)域的水質(zhì)狀況類別。

一般污染物單因子污染指數(shù)由下式計(jì)算：

pi=Ci/Si （1）

式中：pi為i污染物的單因子污染指數(shù)，Ci、Si分別表示i污染物的監(jiān)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值。其中，根據(jù)功能區(qū)定位，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中的V類水質(zhì)指標(biāo)，具體標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

另外，DO與pH污染指數(shù)具有不同的計(jì)算式。

式中：ppHj為j污染物的pH污染指數(shù)，pHj為pH實(shí)測(cè)值，pHsd為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中pH的下限值，pHsu為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中pH的上限值。

為確定海寧市地表水主要污染因子，依據(jù)2013-2017年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用單因子評(píng)價(jià)法進(jìn)行分析，計(jì)算結(jié)果見表2。

3.2 綜合污染指數(shù)法[3-4]

綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法是在單因子評(píng)價(jià)法的基礎(chǔ)上，綜合考慮各參與評(píng)價(jià)的因子對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合影響，經(jīng)過(guò)不同方法的數(shù)學(xué)運(yùn)算得到一個(gè)綜合指數(shù)。綜合指數(shù)方法的種類很多，主要方法有均權(quán)疊加型指數(shù)、均權(quán)均值型指數(shù)、加權(quán)均值型指數(shù)、均方根型指數(shù)等。在此假設(shè)各參與評(píng)價(jià)的因子對(duì)流域水質(zhì)的貢獻(xiàn)相同，故采用均權(quán)均值型指數(shù)形式，評(píng)價(jià)公式為：

（6）

式中：Pi為某項(xiàng)污染物i的單因子污染指數(shù)；i為污染因子，n為參與評(píng)價(jià)的污染因子項(xiàng)數(shù)。

根據(jù)表2的單因子污染指數(shù)，計(jì)算2013-2017年海寧市地表水的綜合污染指數(shù)（ω值），綜合污染指數(shù)污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

3.3 有機(jī)污染綜合評(píng)價(jià)法[5-7]

采用有機(jī)污染綜合評(píng)價(jià)法對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)公式為：

（7）

式中：A為有機(jī)污染物綜合指數(shù)，分子為污染物實(shí)測(cè)濃度年均值，分母為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算結(jié)果見表2。

A值法評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：0～1為良好，1～2為一般，2～3為開始污染，3～4為中等污染，>4為嚴(yán)重污染。

由單因子評(píng)價(jià)法可知：NH3-N和TP的達(dá)標(biāo)率最低，其中NH3-N的達(dá)標(biāo)率最低，只有63%，而計(jì)算方式相同的幾種污染物指標(biāo)中，NH3-N、TP和DO的污染指數(shù)較大，其中NH3-N的污染指數(shù)最大，為0.92。綜合考慮，NH3-N、TP為海寧市地表水主要污染因子，其中NH3-N為首要污染因子。這可能是由于：總磷、總氮是河流、湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的重要指

標(biāo)[8]。

由表2和圖1可知：前三年NH3-N和TP改善明顯，而后兩年變化差異不顯著，說(shuō)明近幾年水質(zhì)的治理還是取得了很大的成效的；BOD5的變化趨勢(shì)與CODcr類似，水質(zhì)指標(biāo)存在一定的反彈；而CODMn五年來(lái)變化無(wú)顯著性差異，說(shuō)明這些年來(lái)CODMn指標(biāo)一直未得到有效改善，已成為提升海寧水質(zhì)的瓶頸。

由綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)可知，近五年來(lái)海寧地表水ω值變化范圍在0.45-0.72之間，水質(zhì)一直由中度污染向輕度污染發(fā)展，說(shuō)明這些年水質(zhì)還是向著好的方向發(fā)展的。

由有機(jī)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)可知：2014年的A值為3.45，屬于中度污染；2013-2017年海寧市地表水有機(jī)污染綜合指數(shù)變化范圍在2-3.45之間，處于中度污染向一般狀態(tài)慢慢變好的趨勢(shì)。其變化趨勢(shì)與單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法的結(jié)論基本一致，即：2014年污染較為嚴(yán)重，后面幾年水質(zhì)慢慢變好。

3.4 地表水水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

由圖2-6可知，各交界斷面水質(zhì)指標(biāo)中：NH3-N和TP、CODCr與CODMn、TP與CODMn呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。

研究表明CODCr與CODMn有非常顯著的相關(guān)性，說(shuō)明各個(gè)河流的水質(zhì)條件雖各不相同，但其水中還原性物質(zhì)包括有機(jī)污染物和亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等無(wú)機(jī)物成分的差異性并不顯著，水體成分目前相對(duì)比較穩(wěn)定。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，地表水的主要污染物為總磷、氨氮及化學(xué)需氧量，TP與CODMn、TP和NH3-N顯著相關(guān)表現(xiàn)為有機(jī)污染的特征，可能是由于近幾年來(lái)海寧雖然加大了工業(yè)污水治理力度，但大量氮、磷等植物性、礦物等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)連續(xù)地進(jìn)入緩流水體，發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化后，形成底泥等沉積物，沉積物中含有一定量的氨、氮、磷等物質(zhì)，由于積聚的底泥及沉積物中的營(yíng)養(yǎng)鹽逐步釋放，在動(dòng)力作用下再懸浮，不斷釋放進(jìn)入水中，導(dǎo)致水體的氨、氮、磷的潛在污染[9]。

3.5 水中揮發(fā)酚、石油類、氟化物、氯化物分析

從表3可以看出，雖然石油類、氟化物在2014年出現(xiàn)了反彈，但是從總體上來(lái)看2013-2017年揮發(fā)酚、石油類、氟化物、氯化物含量總體是呈下降趨勢(shì)的。

3.6 河道水中氨氮和總磷超標(biāo)的防治

一是嚴(yán)格控制外源污染。加強(qiáng)對(duì)化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、餌料、飼料添加劑等農(nóng)業(yè)投入品的監(jiān)管，禁止將有毒、有害廢物用于肥料或造田。合理使用化肥、農(nóng)藥、地膜，做好面源污染和土壤污染治理。同時(shí)，采取工程措施、生態(tài)措施和農(nóng)業(yè)墾耕相結(jié)合的方法治理水土流失，保持土壤養(yǎng)分，控制外源污染。

二是內(nèi)源治理。內(nèi)源治理的物理方法包括人工曝氣、底泥疏浚和調(diào)水等。曝氣復(fù)氧被認(rèn)為是治理河道污染的一種有效措施。內(nèi)源治理的化學(xué)方法主要包括強(qiáng)化絮凝、化學(xué)氧化和化學(xué)沉淀等，目的在于去除水中目標(biāo)污染物（懸浮物、溶解態(tài)磷和氮等），提高水體透明度。但是，以上所采用的化學(xué)藥劑是否會(huì)改變生境，并造成對(duì)生物生長(zhǎng)的影響等都需進(jìn)一步研究。生物—生態(tài)方法主要包括微生物強(qiáng)化技術(shù)、生物膜技術(shù)、植物凈化技術(shù)和生物—生態(tài)凈化技術(shù)。它利用培育的植物或培養(yǎng)、接種的微生物的代謝活動(dòng)，對(duì)水體中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和降解，改善河流水質(zhì)，同時(shí)構(gòu)建具有完整營(yíng)養(yǎng)級(jí)結(jié)構(gòu)的水生態(tài)系統(tǒng)，從根本上恢復(fù)河流系統(tǒng)的健康。

三是外源控制。外源污染包括點(diǎn)源污染（工業(yè)污水、生活污水等）和面源污染（初期雨水徑流、空氣降塵、農(nóng)業(yè)廢棄物傾倒等），通過(guò)對(duì)上述污染的控制，達(dá)到對(duì)污染的控制要求。

4 結(jié)論

1）通過(guò)單因子評(píng)價(jià)法分析，NH3-N、TP為海寧市地表水主要污染因子，其中NH3-N為首要污染因子。

2）通過(guò)綜合污染指數(shù)法和有機(jī)污染綜合評(píng)價(jià)法分析，近五年來(lái)海寧地表水ω值變化范圍在0.45-0.72之間，水質(zhì)由中度污染向輕度污染發(fā)展。2014年的A值為3.45，屬于中度污染；2013-2017年海寧市地表水有機(jī)污染綜合指數(shù)變化范圍在2-3.45之間，處于中度污染向一般狀態(tài)慢慢變好的趨勢(shì)。

3）通過(guò)R型聚類分析可知，NH3-N和TP、CODCr與CODMn、TP與CODMn呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。

4）雖然石油類、氟化物在2014年出現(xiàn)了反彈，但是從總體上來(lái)看2013-2017年揮發(fā)酚、石油類、氟化物、氯化物含量總體是呈下降趨勢(shì)的。

參考文獻(xiàn)

[1]薛巧英.水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的比較分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2004，30（124）：64～67.

[2]徐祖信.我國(guó)河流單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)方法研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2005，33（3）：321～325.

[3]陳潤(rùn)羊，花明，涂安國(guó)，等.長(zhǎng)江流域水質(zhì)評(píng)價(jià)的幾種方法[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，31（2）：146～151.

[4]Xianbin Liu，Guofeng Li，Zhanguang Liu， et al.Water Pollution Characteristics and Assessment of Lower Reaches in Haihe River Basin[J].Procedia Environmental Sciences，2010（2）：199～206.

[5]王利佳，單中超，趙大順，等.渾河（撫順市區(qū)主斷面）水質(zhì)有機(jī)污染變化分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2003，29（116）：13～15.

[6]周世嘉，馬溪平，徐成斌，等.渾河撫順段水質(zhì)有機(jī)污染調(diào)查及評(píng)價(jià)[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2009，（9）：59～60.

[7]張雄鷹，邰世翠，謝瑩.宜昌市黃柏河水源水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)分析[J].水資源保護(hù).2002，1：60～63.

[8]孫彭力，王慧君.氮素化肥的環(huán)境污染.環(huán)境污染與防治[J]，1995，17（l）：38～41

[9]孔令雪，孔祥瑞，薛曉玲，李健，導(dǎo)致河道水中氨氮和總磷超標(biāo)的主要污染物成因及防治[J].農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備，2017（11）：108.

作者簡(jiǎn)介

劉曉玲（1984-），女，浙江海寧人，漢族，浙江農(nóng)林大學(xué)碩士研究生，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理研究。