渾河流域水體污染季節(jié)性變化研究

(遼寧西北供水有限責(zé)任公司清河分公司，遼寧 鐵嶺 112300)

遼寧省氣候環(huán)境具有明顯的季節(jié)性變化特征，流域徑流、降水量、氣溫等參數(shù)隨季節(jié)變化顯著，并且水環(huán)境質(zhì)量影響因素較多，通過監(jiān)測(cè)年內(nèi)污染指標(biāo)均值通常無(wú)法準(zhǔn)確反映流域水環(huán)境季節(jié)性變化規(guī)律[5]。據(jù)此，本文通過調(diào)查分析渾河流域2016年3月—2017年2月期間水體狀況，依據(jù)改進(jìn)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法和不同水期的水質(zhì)指標(biāo)，識(shí)別了影響水體污染的主要因子，分析了其時(shí)空變化特征，以期為實(shí)現(xiàn)景觀用水水質(zhì)功能要求、準(zhǔn)確揭示污染因子時(shí)空變化特征并進(jìn)一步提升渾河水環(huán)境治理的有效性提供一定參考和決策依據(jù)。

1 渾河流域水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

1.1 流域概況

渾河發(fā)源于撫順市東部，全長(zhǎng)415km，流域面積2.50萬(wàn)km2，河寬約2～5km，年均降水量718mm，蒸發(fā)量1805mm，徑流量為50億～70億m3。東面屬于富水區(qū)，支流密集，西面處于缺水區(qū)，支流較少，屬于典型的不對(duì)稱水系，徑流洪水受降雨量影響顯著，降雨集中，短期暴雨是造成該流域洪水的主要原因，汛期主要集中在7月和8月。該流域?qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候，年際溫差較大，冬冷干燥而夏熱多雨，降水量時(shí)空分布不均勻主要表現(xiàn)為：東部降水較多，西部較少，其降雨規(guī)律為自東至西逐級(jí)遞減。渾河流域東至清原，流經(jīng)撫順、沈陽(yáng)、營(yíng)口等市縣，主要有大伙房、沈陽(yáng)、黃臘坨、邢家窩棚等水文監(jiān)測(cè)站。渾河流域接納了沿岸大部分區(qū)域的工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的排放，其水環(huán)境質(zhì)量將直接影響著沿途居民的健康安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展[6-8]。

1.2 數(shù)據(jù)采集

沿渾河上游段和沈陽(yáng)區(qū)段開始布設(shè)水質(zhì)采樣點(diǎn)，共設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面20個(gè)，其中干、支流斷面以及排污口斷面分別為10個(gè)、8個(gè)、2個(gè)。在研究期間，分別對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水下0.50m處采集水樣并存放于凈化的塑料瓶?jī)?nèi)，利用YSI6600V型多參數(shù)水質(zhì)參數(shù)儀進(jìn)行水體的電導(dǎo)率、pH值、水文、濁度等指標(biāo)的測(cè)定。經(jīng)過濾后對(duì)各個(gè)采集樣品進(jìn)行濃度為1mg/L的H2SO4酸化處理，然后保存于4℃的冰箱中并用于后期NH3-N、COD、BOD等指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 評(píng)價(jià)方法

用于水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法較多，較為常用的有BP網(wǎng)絡(luò)法、模糊綜合指數(shù)法以及污染指數(shù)法等，然而各方法均不能較好地反映水質(zhì)超標(biāo)參數(shù)的程度和數(shù)量，從而無(wú)法準(zhǔn)確判定水體功能是否達(dá)到相關(guān)要求[9]。因此，在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中運(yùn)用綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法具有良好的可行性與可靠性，不僅可定量與定性地評(píng)價(jià)水體實(shí)際狀況，而且可體現(xiàn)各水質(zhì)指標(biāo)的差異，計(jì)算方法如下：

IWQ=X1X2X3X4

(1)

式中IWQ——水質(zhì)綜合標(biāo)識(shí)指數(shù)；

X1X2——綜合水質(zhì)級(jí)別和該綜合水質(zhì)在本級(jí)別中的位置；

X3X4——單項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)劣于功能目標(biāo)的個(gè)數(shù)和綜合水質(zhì)污染程度，即綜合水質(zhì)與水體功能類別的比較結(jié)果。

美國(guó)作為世界第一大經(jīng)濟(jì)體，在政府的主導(dǎo)作用下，為鼓勵(lì)社會(huì)力量參與養(yǎng)老事業(yè)，構(gòu)建多層次、立體化的養(yǎng)老模式，將福利化與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行有效的融合，充分發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制的作用，政府與私營(yíng)部門在養(yǎng)老領(lǐng)域的合作水平較高。

對(duì)綜合水質(zhì)指數(shù)X1X2的計(jì)算為綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法的重點(diǎn)，為準(zhǔn)確反映水質(zhì)實(shí)際狀況，本文結(jié)合流域水環(huán)境實(shí)際狀況擬定了三種改進(jìn)方案，分別如下：

以上式中N——污染指標(biāo)個(gè)數(shù)；

m、n、s——未達(dá)標(biāo)指標(biāo)個(gè)數(shù)、因子個(gè)數(shù)以及達(dá)標(biāo)指數(shù)個(gè)數(shù)；

2 水質(zhì)指標(biāo)變化分析

2.1 pH值年內(nèi)變化

水體化學(xué)特征可通過水體pH值進(jìn)行綜合的體現(xiàn)，一個(gè)水平年渾河流域pH值變化水平如圖1所示。為便于計(jì)算，分別利用A～J字母代替各個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)和平橋、渾河大橋、高陽(yáng)橡膠壩、高坎大橋、伯官大橋、干河子攔河壩、東陵大橋、新立堡立交橋、王家灣攔河壩以及長(zhǎng)青橋監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖1 不同水期渾河流域pH值變化

由圖1監(jiān)測(cè)結(jié)果可知，在一個(gè)水平年內(nèi)該區(qū)域的pH值變化區(qū)間為6.40～8.11，整體為中性水平；豐水期的pH值略高于枯水期，而平水期變化區(qū)間較低，在6.40～6.98范圍，豐水期和平水期分別處于中性偏堿與中性偏酸水平，枯水期處于中性水平?？偠灾?，該流域的pH值季節(jié)性變化能夠適宜水生生物的生長(zhǎng)。

造成這種現(xiàn)象的原因主要有：豐水期由于氣候溫度較高，水面與空氣直接接觸從而造成水體中CO2的溶解度降低，水體酸性減弱，pH值增大；浮游生物在豐水期的光合作用增強(qiáng)，并使得水中CO2的消耗量急劇增大，從而進(jìn)一步造成水體酸性減弱；水庫(kù)在豐水期放水對(duì)河底產(chǎn)生沖擊作用，從而加大了水體解離速度，造成pH值增大。撫順西段水體pH值在平水期與枯水期整體高于沈陽(yáng)區(qū)段，而在枯水期的變化趨勢(shì)并不顯著，其主要原因?yàn)榭菟谒h(huán)境質(zhì)量較差、污染嚴(yán)重以及水量較少等，支流排放和排污口的流量為水體主要來源，因此在該區(qū)段的pH值變化相差不大。

2.2 電導(dǎo)率年內(nèi)變化

水體中的總離子濃度是影響電導(dǎo)率σ的關(guān)鍵因素，并且是水化學(xué)分析的主要指標(biāo)(見圖2)。

圖2 電導(dǎo)率σ在不同水期的變化特征

由圖2可知，枯水期渾河流域水體電導(dǎo)率相對(duì)較高，其次為平水期。研究表明：電導(dǎo)率在水量增大時(shí)可逐漸降低，反之則電導(dǎo)率不斷增大。本文中，河流電導(dǎo)率在枯水期明顯高于豐水期與平水期，該評(píng)價(jià)結(jié)果與已有研究結(jié)論具有良好的一致性[10]。撫順西段河流的電導(dǎo)率在豐水期和枯水期略高于沈陽(yáng)段，尤其是在高坎大橋區(qū)段的電導(dǎo)率達(dá)到最大值，這可能與該區(qū)段存在排污口有關(guān)，污水中存在大量的可溶性巖類并促進(jìn)電導(dǎo)率的增大。

3 水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)

地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)為渾河流域水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)，對(duì)該流域水環(huán)境質(zhì)量分別選取BOD、COD、CODMn和NH3-N指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。水體綜合水質(zhì)指數(shù)的不同方案以及單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。

表1 不同水期綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

由表1計(jì)算結(jié)果可知，綜合水質(zhì)指數(shù)在方案一中的數(shù)值整體較小，其原因可能是未考慮水環(huán)境質(zhì)量超標(biāo)因子的作用，即各因子權(quán)重按照相同的賦值進(jìn)行評(píng)價(jià)；方案二因水體超標(biāo)因子權(quán)重較大，從而使得最終的綜合指數(shù)整體較大；而方案三因綜合考慮了水環(huán)境與超標(biāo)因子的影響作用，因此能夠更加客觀地反映水質(zhì)整體狀況，本文對(duì)渾河流域水體污染采用第三種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.1 單因子評(píng)價(jià)

利用文中所述公式分別對(duì)不同水期的單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)(見表1)。結(jié)果表明：各個(gè)監(jiān)測(cè)斷面枯水期的NH3-N和COD指標(biāo)整體處于Ⅴ類水質(zhì)，并且BOD指數(shù)在大部分監(jiān)測(cè)斷面也達(dá)到Ⅴ類；各監(jiān)測(cè)斷面豐水期的COD指標(biāo)仍處于超標(biāo)狀態(tài)，而其他水質(zhì)指標(biāo)相對(duì)較好，水質(zhì)狀態(tài)良好并屬于Ⅳ類水質(zhì)；COD指標(biāo)在平水期各監(jiān)測(cè)斷面整體處于Ⅴ類，NH3-N指標(biāo)在各斷面內(nèi)未表現(xiàn)出較大的變化幅度。

對(duì)各監(jiān)測(cè)斷面標(biāo)識(shí)指標(biāo)Pi取均值，結(jié)果顯示：NH3-N和COD為嚴(yán)重超標(biāo)指標(biāo)，在枯、豐、平水期BOD指標(biāo)均滿足功能區(qū)目標(biāo)，BOD對(duì)渾河流域水體污染相對(duì)較輕。

3.2 綜合評(píng)價(jià)

分別對(duì)各個(gè)方案的綜合水質(zhì)識(shí)別指數(shù)IWQ利用式(1)進(jìn)行計(jì)算(結(jié)果見表1)。由表1可知，IWQ在枯水期的計(jì)算值最大，水環(huán)境質(zhì)量最差，變化區(qū)間為4.50～5.62，最大值和最小值分別出現(xiàn)在F斷面和D斷面，各斷面水質(zhì)均處于Ⅴ類。研究表明：整個(gè)流域在平水和枯水期基本處于輕度污染狀態(tài)，而在豐水期的水環(huán)境整體較好。為保證農(nóng)業(yè)灌溉用水，流域上游水庫(kù)通常在5月份持續(xù)放水，并對(duì)渾河流域水環(huán)境質(zhì)量造成影響。在持續(xù)放水一段時(shí)間后，水庫(kù)大部分時(shí)間處于蓄水狀態(tài)，這也是造成豐水期水質(zhì)較好的關(guān)鍵因素[11-13]。

進(jìn)一步分析各監(jiān)測(cè)斷面的IWQ變化幅度可知，水環(huán)境質(zhì)量改善從枯水期到豐水期的變化幅度為15.0%左右，而在平水期水質(zhì)降低，水環(huán)境惡化，由此表明影響該流域水質(zhì)的因素較多，且水質(zhì)惡化變化幅度約為4.2%。

4 結(jié) 論

a.在一個(gè)水平年內(nèi)，該區(qū)域pH值變化區(qū)間為6.40～8.11，整體為中性水平；豐水期pH值略高于枯水期，而平水期變化區(qū)間較低，在6.40～6.98范圍，豐水期和平水期分別處于中性偏堿與中性偏酸水平，枯水期處于中性水平?？偠灾?，該流域pH值季節(jié)性變化能夠適宜水生生物的生長(zhǎng)。

b.河流電導(dǎo)率在枯水期明顯高于豐水期與平水期，撫順西段河流的電導(dǎo)率在豐水期和枯水期略高于沈陽(yáng)段，尤其是在高坎大橋區(qū)段的電導(dǎo)率達(dá)到最大值，這可能與該區(qū)段存在排污口相關(guān)，污水中存在大量的可溶性巖類并促進(jìn)電導(dǎo)率的增大。

c.IWQ在枯水期的計(jì)算值最大，水環(huán)境質(zhì)量最差，變化區(qū)間為4.50～5.62，最大值和最小值分別出現(xiàn)在F斷面和D斷面，各斷面水質(zhì)均處于Ⅴ類。流域在平水和枯水期基本處于輕度污染狀態(tài)，而在豐水期水環(huán)境整體較好。為保證農(nóng)業(yè)灌溉用水，流域上游水庫(kù)通常在5月份持續(xù)放水，并對(duì)渾河流域水環(huán)境質(zhì)量造成影響。在持續(xù)放水一段時(shí)間后，大部分時(shí)間水庫(kù)處于蓄水狀態(tài)，這也是造成豐水期水質(zhì)較好的關(guān)鍵因素。