西安市護(hù)城河水質(zhì)調(diào)查及富營養(yǎng)化評價(jià)

龐澤宇，王 婷

（陜西省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710001）

西安市是“一帶一路”的重要城市和國家重點(diǎn)中心城市之一，也是聞名世界的旅游城市。西安護(hù)城河則位于西安市的重要核心地段，但是由于護(hù)城河擔(dān)任著城市暴雨排泄和雨水調(diào)蓄的任務(wù)，加之河道淤積以及護(hù)城河特殊的河道地形，導(dǎo)致污染物大量富集，水藻頻發(fā)，沿河兩岸生態(tài)環(huán)境惡化，對西安市城市形象造成了不利的負(fù)面影響。自從護(hù)城河綜合提升改造工程啟動(dòng)后，護(hù)城河的整體面貌發(fā)生了很大的改觀。此次對護(hù)城河建成段和未改造段進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)和富營養(yǎng)化評價(jià)，對比建成段與未改造段水質(zhì)評價(jià)結(jié)果，以期為后續(xù)護(hù)城河綜合提升改造工程提供指導(dǎo)。

1 護(hù)城河治理現(xiàn)狀

西安護(hù)城河綜合治理提升改造工程以東南城角為分水嶺分為南西線和東北線，南西線由東門出發(fā)先向南到東南城角，然后向西轉(zhuǎn)向西南城角，最后北上到達(dá)西北城角。分別經(jīng)過東門、建國門、朱雀門、西門、玉祥門；東北線則自東門出發(fā)先向北到東北城角再轉(zhuǎn)向東一直到西北城角，分別經(jīng)過朝陽門、尚德門、北門、小北門，兩線最終交匯于西北城角后排入退水管。目前南西線已基本建成并正常使用，包括東門~建國門試驗(yàn)段、建國門~朱雀門提升改造段、朱雀門~西門提升改造段。其中東門~建國門試驗(yàn)段對原有雨污管道進(jìn)行了改線截流，將匯流雨污與景觀水體進(jìn)行了隔絕；建國門~朱雀門段新引入了北石橋污水處理廠再生水作為護(hù)城河補(bǔ)充水源，并修建了截污箱涵對匯流雨污進(jìn)行截流；朱雀門~西門提升改造段則新增了逐級循環(huán)系統(tǒng)；而東北線水質(zhì)提升改造工程也搬上日程，即將開工建設(shè)。

2 評價(jià)方法與結(jié)果

2.1 水質(zhì)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

根據(jù)《西安市城墻保護(hù)規(guī)劃》中對護(hù)城河的現(xiàn)狀水環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)要求，確定護(hù)城河改造水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。此次將采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法、綜合加權(quán)評價(jià)法對護(hù)城河進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)，并采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進(jìn)行富營養(yǎng)化評價(jià)。因本次監(jiān)測時(shí)間跨度大，監(jiān)測數(shù)量點(diǎn)多，且最終分析結(jié)果中建成段之間和未改造段之間分別表現(xiàn)出了高度的相似性，逐一列表展示意義不大，也不便閱讀與理解，在全部監(jiān)測結(jié)果已整理分析完畢的基礎(chǔ)上，選取了2個(gè)具有代表性的特征庫區(qū)進(jìn)行展示并作評價(jià)。

2.1.1 單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法

護(hù)城河補(bǔ)水水源一共有2處，一處采用大峪水庫的地表水通過暗管接入到護(hù)城河?xùn)|南角入水口，一處采用北石橋污水處理廠的再生水匯入到文昌門入水口，兩處現(xiàn)狀水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 補(bǔ)水水源水質(zhì)一覽表

由上表可知，大峪水庫來水除總氮未達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，其他水質(zhì)指標(biāo)均能滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

北石橋再生水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)與《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》（GB 3838-2002）中景觀性娛樂環(huán)境用水湖泊類標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，但是總氮、總磷指標(biāo)未達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

兩處水源地的總氮含量均未達(dá)到《西安市城墻保護(hù)規(guī)劃》中對護(hù)城河水質(zhì)質(zhì)量的目標(biāo)要求，且對護(hù)城河的總氮指標(biāo)造成了一定程度的影響。后根據(jù)《西安剿劣水三年行動(dòng)方案暨2018年工作方案》中“到2020年，全市所有污水處理廠出水水質(zhì)除總氮指標(biāo)外，基本控制指標(biāo)達(dá)到地表水Ⅳ類水質(zhì)”的具體要求，以及專家論證后，最后確定截止2020年前，不對護(hù)城河水質(zhì)的總氮含量做具體要求，因此暫不對總氮進(jìn)行單因子評價(jià)。

單項(xiàng)水質(zhì)因子i在第j點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)：

式中：Si,j是標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；Ci,j是評價(jià)因子i在j點(diǎn)的實(shí)測濃度值，mg/L；Cs,j是評價(jià)因子i的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L。當(dāng)水質(zhì)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)大于1時(shí)，表明該水質(zhì)參數(shù)超過了規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)不能滿足使用要求。

2.1.2 綜合加權(quán)評價(jià)法

式中：P是綜合評價(jià)水質(zhì)指數(shù)；Pi是第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；n是水質(zhì)指標(biāo)個(gè)數(shù)；Wi是第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的權(quán)重值；Ci是第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測濃度，mg/L；Si是第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。綜合評價(jià)水質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 綜合評價(jià)水質(zhì)指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)

2.1.3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

式中：TLI(∑)是綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI(j)是第j個(gè)參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj是第j個(gè)參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；rij2為第j個(gè)參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chla的相關(guān)參數(shù)；m是評價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。對于水體富營養(yǎng)化分級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 富營養(yǎng)化評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)

2.2 評價(jià)結(jié)果

2.2.1 單因子評價(jià)結(jié)果

2017年的護(hù)城河特征庫區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)單因子評價(jià)結(jié)果見表4，由表可知：建成段單因子評價(jià)結(jié)果主要為Ⅴ類和劣Ⅴ類，定級指標(biāo)即超過限定標(biāo)準(zhǔn)倍數(shù)最大的指標(biāo)為化學(xué)需氧量（COD），主要污染指標(biāo)為化學(xué)需氧量；而在未改造段單因子評價(jià)結(jié)果全部為劣Ⅴ類，定級指標(biāo)主要為氨氮，主要污染指標(biāo)為氨氮、總磷和化學(xué)需氧量。

表4 2017年護(hù)城河特征庫區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)單因子評價(jià)結(jié)果表

2.2.2 綜合加權(quán)評價(jià)結(jié)果

2017年護(hù)城河特征庫區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)綜合加權(quán)評價(jià)結(jié)果見表5，結(jié)果發(fā)現(xiàn)建成段主要評價(jià)結(jié)果為中污染，水質(zhì)狀況最好時(shí)達(dá)到尚清潔級別，個(gè)別月份達(dá)到重污染或嚴(yán)重污染級別，但是綜合評價(jià)水質(zhì)指數(shù)P值偏低；未改造段主要為嚴(yán)重污染級別，且綜合評價(jià)水質(zhì)指數(shù)P值偏高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過嚴(yán)重污染的分級標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)3.0，只有個(gè)別月份為中污染和重污染。

表5 2017年護(hù)城河特征庫區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)綜合加權(quán)評價(jià)結(jié)果表

2.2.3 富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果

2017年護(hù)城河特征庫區(qū)富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果見表6，由表可知2017年建成段表現(xiàn)為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)；未改造段表現(xiàn)為重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

表6 2017年護(hù)城河特征庫區(qū)富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果表

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

通過對護(hù)城河進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)和富營養(yǎng)化評價(jià)可知，建成段與未改造段水體均受污染嚴(yán)重，且都存在不同程度的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。通過提升改造工程后，已改造建成段的水質(zhì)評價(jià)結(jié)果及富營養(yǎng)化評價(jià)結(jié)果均優(yōu)于未改造段，尤其總磷、氨氮和溶解氧有較為明顯的變化，水質(zhì)提升效果顯著，展示出了明顯的差異性。說明建成段的提升改造工程確實(shí)起到了提升水質(zhì)的作用，且成效顯著。然而西安護(hù)城河水質(zhì)還未達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的Ⅳ類水體的要求，即使在建成段化學(xué)需氧量也嚴(yán)重超標(biāo)，在個(gè)別月份還存在氨氮超標(biāo)的情況。

3.2 建議

（1）由于在建成段引入了氮磷超標(biāo)的補(bǔ)水水源，導(dǎo)致藻類大量繁殖，溶解氧含量急劇下降，造成了庫區(qū)的富營養(yǎng)化現(xiàn)象。對此應(yīng)當(dāng)盡快出臺(tái)相關(guān)方案或規(guī)定以提高補(bǔ)水水源的入河標(biāo)準(zhǔn)；

（2）受護(hù)城河的建筑構(gòu)造及地形影響，加之供水量的缺乏，導(dǎo)致護(hù)城河水動(dòng)力條件差，部分水體幾乎處于靜止的狀態(tài)，這使得底泥大量富集，同時(shí)也影響水中的溶解氧含量，對此應(yīng)當(dāng)繼續(xù)從其他渠道引入補(bǔ)水，同時(shí)加入其他工程措施增加水體流速。

（3）完善水生態(tài)系統(tǒng)，增設(shè)曝氣設(shè)備，強(qiáng)化水體微生物的生物量和活性，引入水生植物，投放濾食性水生動(dòng)物，從而構(gòu)建完整的食物鏈，強(qiáng)化生物修復(fù)的作用。