江蘇省泰州市長江飲用水源地水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查研究

孫海濤，卜 偉， 朱希希， 朱宇芳， 張宗祥

(江蘇省泰州環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 泰州 225300)

前 言

近年來，城市化進(jìn)程發(fā)展迅速，人口擴(kuò)張和工業(yè)化進(jìn)程加速帶來了經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，隨之帶來的水環(huán)境質(zhì)量問題也越來越突出，同時人類對淡水資源的需求越來越大，水安全所引發(fā)的問題也日益凸顯，其中飲水安全是最為核心的問題之一，而水源地水質(zhì)安全又是保證飲水安全的重要因素。

泰州市地處江蘇中部，長江中下游，水源取水口位于長江泰州大橋上游1 000m北側(cè)水域，承擔(dān)著泰州市280萬市民的飲用水供應(yīng)，水源取水口外側(cè)緊靠航道，上游毗鄰高港碼頭，有大量船舶航行和?？?。飲用水源保護(hù)對保障廣大人民群眾的生命健康有著十分重要的意義。傳統(tǒng)的理化監(jiān)測往往監(jiān)測瞬時水質(zhì)，監(jiān)測項目和監(jiān)測頻次有限，無法對水質(zhì)的綜合污染程度進(jìn)行評價，而生物監(jiān)測利用生物種群結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種類、數(shù)量等變化來反映水體中多個環(huán)境因子長期的綜合影響，尤其是底棲動物生活在河床底部，具有區(qū)域性強(qiáng)、遷移能力弱、生活周期長等特點，對環(huán)境污染及變化少有回避能力，其群落結(jié)構(gòu)的破壞和重建需要較長時間[1～4]，底棲動物監(jiān)測可以利用較少的監(jiān)測頻次就能較準(zhǔn)確的反應(yīng)水體的污染狀況；魚類通過鰓呼吸，體表接觸以及食物鏈的形式，將可積累性毒物濃縮富集于體內(nèi)，通過魚體殘留量可以間接反映水質(zhì)狀況[5-6]。但生物監(jiān)測不能說清水體中具體的污染物及其濃度，所以將理化監(jiān)測和生物監(jiān)測相結(jié)合能更全面的反應(yīng)水體綜合污染狀況。

為了掌握泰州市長江水源取水口附近的水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，本文通過2017年水源地及其上游的水環(huán)境質(zhì)量和水生生物資源的監(jiān)測，調(diào)查了水體21項理化指標(biāo)(pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、氨氮、總磷、揮發(fā)酚、石油類、銅、砷、鉛、鎘、六價鉻、硒、鋅、汞、氰化物、氟化物、硫化物、陰離子表面活性劑)、底棲動物以及6項魚類殘毒指標(biāo)(銅、鉛、鎘、鉻、砷、汞)，對水源地的水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合分析，為水源地的科學(xué)管理和污染防治提供決策依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 斷面布設(shè)

為了解水源地及其上游高港碼頭的水環(huán)境質(zhì)量狀況，在水質(zhì)例行監(jiān)測點位水源地取水口和高港碼頭(見圖1)加測了底棲動物，并在水源地取水口附近監(jiān)測了魚類殘毒。

圖1 水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點位布設(shè)示意圖Fig.1 Distribution of the sampling station for water environment quality mointoring

1.2 樣品采集

水樣在每月1～10日采集1次，并及時送化驗室進(jìn)行水質(zhì)理化項目分析。底棲動物在5月、9月各采集1次，定量樣品用1/16m2彼得遜采泥器采集，每個采樣點取樣3次合并為一個樣品處理，采得泥樣經(jīng)40目篩洗凈后轉(zhuǎn)移至封口袋中，并用1%福爾馬林固定，帶回實驗室在解剖瓷盤中逐一挑揀，參照相關(guān)資料[7～10]，在顯微鏡下對底棲動物進(jìn)行種類鑒定并計數(shù)。魚類殘毒在9月調(diào)查1次，試樣為鯉魚，剔除其皮、骨，取背部肌肉進(jìn)行殘毒檢測，6個項目的具體分析方法見表1。

表1 魚類殘毒測定方法Tab.1 Determination methods for fish residues

1.3 研究方法

1.3.1 理化指標(biāo)評價方法

目前國家規(guī)定的水質(zhì)類別評價采用單因子指數(shù)法，參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)表1中的21項指標(biāo)(除水溫、總氮、糞大腸菌群外)采取最差項目賦全權(quán)[11-12]，水質(zhì)存在的主要問題可以很直觀的體現(xiàn)出來，但水質(zhì)綜合狀況卻無法在評價中體現(xiàn)出來。我國不同水域、不同類型的水源地水質(zhì)評價方法研究中還有綜合指標(biāo)評價方法[13～15]和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法[16]、模糊綜合評價法[17]、灰色關(guān)聯(lián)分析[18]、層次分析法[19]、物元分析法[20]、人工神經(jīng)[21]等，這些方法各有特點, 但由于機(jī)理不同, 方法的屬性層次差異，在使用上有一定的局限性[22]，不同的評價方法, 得到的結(jié)果經(jīng)常不一致，在實際應(yīng)用中，還有很多問題有待解決。

內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是在單因子指數(shù)法的基礎(chǔ)上建立的綜合評價方法，公式計算簡單，能較直觀地反映水體的污染狀況，但傳統(tǒng)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法未考慮各污染因子權(quán)重問題，故本文采用改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法[23]和單因子指數(shù)法對水源地的水質(zhì)狀況進(jìn)行評價。雖然飲用水源地執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，但長江泰州段執(zhí)行Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)，故本文污染指數(shù)以標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅱ類水為基準(zhǔn)，并根據(jù)泰州市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和歷年水質(zhì)污染特征，采取高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、石油類、汞、六價鉻、總磷、揮發(fā)酚和化學(xué)需氧量等9項主要污染指標(biāo)進(jìn)行污染指數(shù)計算。

改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)法：

1.3.2 生物指數(shù)法

底棲動物評價采用Goodnight修正指數(shù)[24]，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)[25]、生物學(xué)污染指數(shù)(BPI)[26]和生物指數(shù)BI[27-28]，各生物指數(shù)值與水質(zhì)等級劃分參照馬秀娟等人的分級標(biāo)準(zhǔn)[28-29]，各生物指數(shù)計算公式和水質(zhì)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2和表3。

表2 各生物指數(shù)計算公式Tab.2 Calculation formulas for bidogical indexes

表3 生物指數(shù)與水質(zhì)等級標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Bilogical index and graded standards for water quality

魚類殘毒分析結(jié)果評價依據(jù)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無公害水產(chǎn)品安全要求》(GB18406.4-2001)，采用魚體污染物負(fù)荷比確定主要污染物質(zhì)，采用魚體綜合污染指數(shù)來評價多種污染因子對魚類的整體污染程度，魚體污染等級劃分參照何力等人分級標(biāo)準(zhǔn)[30-31]，見表4，以Ⅰ齡魚污染物檢出最低值作為長江中上游魚類成分的背景值。

魚體綜合污染指數(shù)Q:

Q=∑Pi·Wi

式中，Pi為單項污染指數(shù)，Wi為污染因子的權(quán)重值。

表4 生物體殘毒分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Grading standard for biological residues

2 結(jié)果與討論

2.1 理化指標(biāo)

采用單因子方法評價水源地各項指標(biāo)均滿足Ⅲ類集中式飲用水地表水水源的要求，其中高港碼頭全年達(dá)到了Ⅱ類水質(zhì)功能要求；水源取水口除了7月和10月為Ⅲ類水質(zhì)，其他月份水質(zhì)均為Ⅱ類，7月主要污染因子是氨氮和總磷，10月主要污染因子是總磷。改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)值統(tǒng)計結(jié)果見圖2，可知除了4月、7月和10月水源取水口的污染指數(shù)大于其上游的高港碼頭，其他時間均比高港碼頭低，而4月2個監(jiān)測點的水質(zhì)相差不明顯，表明大多數(shù)時間水源取水口的水質(zhì)好于上游的高港碼頭。從當(dāng)?shù)貧庀缶肢@取采樣期間(每月1～10日)降水量見圖2，發(fā)現(xiàn)7～10月是采樣期間降水量發(fā)生全年較大的4個月，尤其是7月降水量最大而水源取水口的水質(zhì)也最差，而8月和9月采樣期間的降水量較大但水質(zhì)較好，主要是因為水源取水口上游2 000m左右有2個排澇閘口，閘口內(nèi)側(cè)是大片農(nóng)田，當(dāng)發(fā)生降水水位上升明顯時就會開閘放水排澇，排出大量農(nóng)業(yè)污水，7月、10月采樣時正在開閘放水，導(dǎo)致水源地取水口的總磷和氨氮污染增加水質(zhì)變差，而8月、9月采樣期間閘口是關(guān)閉，所以水源取水口的水質(zhì)變化不明顯。

由圖2可知，多數(shù)時間水源取水口的水質(zhì)好于高港碼頭，主要是因為高港碼頭是一個船舶碼頭，周圍有大量的船舶?？?，北側(cè)為工業(yè)園區(qū)和居民區(qū)，主要為有機(jī)質(zhì)、工業(yè)廢水、生活污水污染較重；而水源取水口上游北側(cè)有大片農(nóng)田和部分農(nóng)村居住地，上游的2個閘口在排澇時易排出大量高磷、高氮濃度的污水，導(dǎo)致水源地總磷、氨氮濃度異常。2個測點的氨氮濃度異常值均出現(xiàn)在降水量最大的7月，其他時間氨氮濃度值相對較低，表明氨氮污染還可能跟降水量的強(qiáng)度有關(guān)，降水強(qiáng)度決定地面沖刷污染物通過徑流帶入水體的量。

圖2 2017年水源地改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)變化Fig.2 Changes of improved Nemerow index in water source in 2017

2.2 底棲動物

高港碼頭共檢出底棲動物7種，齒吻沙蠶屬一種(Nephtyssp.)、霍甫水絲蚓(Limnodrilushoffmeisteri)、蘇式尾鰓蚓(Branchiurasowerbyi)、小搖蚊屬一種(Microchironomussp.)、前突搖蚊屬一種(Procladiussp.)、蠓科一種(Ceratopogonidae)、河蜆(Corbiculafluminea)，棲息密度為308 ind/m2，優(yōu)勢種為耐污型的霍甫水絲蚓。生物指數(shù)水質(zhì)評價結(jié)果見表5，可知4個生物指標(biāo)評價水質(zhì)均為中污染。軟體動物河蜆和多毛類的齒吻沙蠶(Nephthyssp.)一般不能棲息于多污及α-中污染性水體，高港碼頭有河蜆(Corbiculafluminea)和齒吻沙蠶(Nephthyssp.)分布，說明其水質(zhì)未受到嚴(yán)重的有機(jī)質(zhì)污染，綜合評價其水質(zhì)屬于β-中污染。

水源取水口共檢出底棲動物7種，齒吻沙蠶屬一種(Nephtyssp.)、霍甫水絲蚓(Limnodrilushoffmeisteri)，多突癩皮蟲(Slavinaappendiculata)、隱搖蚊屬一種(Cryptochironomussp.)、小搖蚊屬一種(Microchironomussp.)，多足搖蚊屬一種(Polypedilumsp.)，長附搖蚊屬一種(Tanytarsussp.)，優(yōu)勢種為清潔型的齒吻沙蠶和耐污型的小搖蚊，棲息密度為224 ind/m2。由表5可知，水源取水口附近水質(zhì)在輕污染至β-中污染之間。

表5 水源地生物指數(shù)值及水質(zhì)評價等級Tab.5 Bilogical index values and water quality assessment grades of water source

由此可見水源取水口水質(zhì)略好于高港碼頭，表明相關(guān)部門對水源地保護(hù)具有一定的成效，水源取水口雖外測靠航道，有大量的船舶航行，但周圍禁止船舶?？?，近岸是一個平緩的邊灘，高港碼頭是一個輪渡碼頭，來往船只較多，附近有大量船舶?？?，易增加油污、生活污水等污染物的排放。

2.3 魚類殘毒

魚類殘毒檢測結(jié)果見表6，可以看出魚類體內(nèi)的鎘、鉻、鉛、汞、銅、砷的含量均有檢出，且大多超過了背景值，說明魚類體內(nèi)有一定的重金屬污染物富集，但各項檢測指標(biāo)在相關(guān)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。根據(jù)生物體的污染物負(fù)荷比，主要污染因子是砷和鉛。經(jīng)計算，長江水源地的魚類綜合污染指數(shù)小于1.0，屬輕污染。

表6 魚類殘毒監(jiān)測結(jié)果Tab.6 Monitoring results of fish residues (mg/kg)

3 結(jié)論與建議

通過2017年對泰州市長江水源取水口及其上游高港碼頭的水質(zhì)理化指標(biāo)、底棲動物和魚類殘毒的調(diào)查分析，較綜合評價了泰州市長江水源地水環(huán)境質(zhì)量狀況，結(jié)果如下。

3.1 水質(zhì)理化指標(biāo)結(jié)果表明泰州長江水源地水質(zhì)滿足Ⅲ類集中式飲用水地表水水源的要求，水源取水口除了7月和10月水質(zhì)為Ⅲ類，其他月份均為Ⅱ類，其上游的高港碼頭水質(zhì)全年達(dá)Ⅱ類。采用改進(jìn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)評價，除了4月、7月和10月，其他時間水源取水口的水質(zhì)均好于高港碼頭。

3.2 從底棲動物的指示性來判斷，水源取水口和高港碼頭的底棲動物種類和數(shù)量均較少，生物指數(shù)顯示水源取水口的水質(zhì)略好于高港碼頭，其中水源取水口水質(zhì)屬于輕污染至β-中污染之間，高港碼頭屬于β-中污染。

3.3 魚類殘毒分析表明泰州長江水源地魚類體內(nèi)的鎘、鉻、鉛、汞、銅、砷的含量均有檢出，多數(shù)超過了背景值，但符合相關(guān)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，綜合污染指數(shù)小于1.0，屬于輕污染。

建議相關(guān)部門在加強(qiáng)水源地保護(hù)的同時也要對其上游的人類生產(chǎn)、生活活動加強(qiáng)監(jiān)督管理，尤其是對農(nóng)業(yè)面源污染的控制，對城鎮(zhèn)初期雨水進(jìn)行收集處理，對原飲用水源地保護(hù)區(qū)范圍要向水源取水口上下延伸，排澇閘口盡量設(shè)置在遠(yuǎn)離水源取水口的下游，同時要減少水源地及其上下游的污染負(fù)荷，切實保障廣大人民群眾的飲水安全。