貴州省赤水河支流DF水庫(kù)水質(zhì)調(diào)查及保護(hù)措施

鄒 林，向 彪，王慶鶴，何 莉

(遵義師范學(xué)院，貴州 遵義 563006)

1 引言

水庫(kù)是貯存水資源特有的方式，具有工業(yè)用水、發(fā)電、防洪、養(yǎng)魚等多種效益。在水庫(kù)運(yùn)行過程中往往伴隨著污染物的積累，導(dǎo)致水庫(kù)的生態(tài)環(huán)境逐漸發(fā)生改變。以前的水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)大多集中在表層，缺乏對(duì)深層水質(zhì)和底質(zhì)的監(jiān)測(cè)，難以具體掌握水庫(kù)水質(zhì)污染分布。而水質(zhì)評(píng)價(jià)對(duì)水庫(kù)的管理具有很大的意義，客觀的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法能真實(shí)地反映水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的含義，能夠?yàn)樗畮?kù)管理提供科學(xué)、有效的依據(jù)。本文通過對(duì)水庫(kù)表層水體和深層水體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用變異系數(shù)的計(jì)算和單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法分析該水庫(kù)水質(zhì)現(xiàn)狀。得到影響水庫(kù)水質(zhì)的主要因子是DO、BOD5和有機(jī)物，并分析了其變化趨勢(shì)，為有關(guān)管理部門提出相關(guān)建議。

2 水質(zhì)概況

貴州省赤水河支流DF水庫(kù)距離縣城5 km，壩址位于長(zhǎng)江流域赤水河支流下漓河進(jìn)口，壩址以上流域面積48.4 km2，總庫(kù)容1225萬m3，是一座主要養(yǎng)殖魚類的中型水庫(kù)。該水庫(kù)隨著養(yǎng)殖規(guī)模及強(qiáng)度的擴(kuò)大，有一些漁民片面追求水庫(kù)漁業(yè)的產(chǎn)量，追求經(jīng)濟(jì)效益，忽略了生態(tài)環(huán)境，在水庫(kù)中投放大量飼料，導(dǎo)致該水庫(kù)水質(zhì)下降。且DF水庫(kù)周圍有工廠和居民居住，沒有污水處理站或污水處理廠，可能存在工業(yè)廢水和生活廢水直排或不達(dá)標(biāo)排放，對(duì)水質(zhì)造成一定的污染。

3 監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方法

3.1 樣點(diǎn)布設(shè)

在進(jìn)出DF水庫(kù)河流處分別設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，該水庫(kù)有兩個(gè)進(jìn)庫(kù)口處B7、B9，水深10 m，采樣點(diǎn)設(shè)在水面下0.5 m處；其余6個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水深大于或等于10 m，所以在水面下0.5 m，距水庫(kù)底0.5 m以上處各取一個(gè)水樣。共計(jì)15個(gè)采樣點(diǎn)。表層水質(zhì)在每個(gè)采樣點(diǎn)水下0.5 m處用采樣器采集，深層水質(zhì)在每個(gè)采樣點(diǎn)庫(kù)底以上0.5 m用采樣器采集。采樣點(diǎn)的位置見圖1。

圖1 DF水庫(kù)采樣點(diǎn)分布

3.2 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

樣品監(jiān)測(cè)指標(biāo)為pH值、電導(dǎo)率、DO、ORP、氨氮、TP、BOD5、COD。其中pH值、電導(dǎo)率、DO、ORP進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

3.3 數(shù)據(jù)處理

該水庫(kù)水面面積較大，采樣點(diǎn)距離相對(duì)較遠(yuǎn)，所以進(jìn)行水質(zhì)空間分布規(guī)律分析，故將水庫(kù)監(jiān)測(cè)的15個(gè)采樣點(diǎn)指標(biāo)取其平均值、計(jì)算變異系數(shù)和單因子污染指數(shù)，分析其變化規(guī)律。

3.4 評(píng)價(jià)方法

取pH值、電導(dǎo)率、DO、ORP、氨氮、TP、BOD5、COD 8個(gè)污染指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子，采用單因子評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)法進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。該水庫(kù)主要功能是養(yǎng)殖魚類，按照《地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)[1]功能區(qū)劃為Ⅲ類，故評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)為相應(yīng)的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值。單因子評(píng)價(jià)法也是當(dāng)前我國(guó)水質(zhì)評(píng)價(jià)的主要方法，是將水體標(biāo)準(zhǔn)與各參數(shù)濃度的比值是否大于1來評(píng)價(jià)水質(zhì)是否達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，然后判斷指標(biāo)的水質(zhì)情況(表1)。

單因子污染指數(shù)法公式：

(1)

式(1)中Li為水庫(kù)的污染指數(shù)，指標(biāo)見表1；Ci為水庫(kù)水質(zhì)i的實(shí)測(cè)含量；Si為水庫(kù)水質(zhì)i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 水質(zhì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)

由于DO和pH值與其他水質(zhì)參數(shù)的性質(zhì)不同，需要采用不同的指數(shù)單元形式。

DO在第j采樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)(SDO,j)計(jì)算公式為[2]：

(2)

(3)

式(2)、(3)中：SDO，j為溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，大于1表明該水質(zhì)因子超標(biāo)；DOs為DO的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L；DOj為j采樣點(diǎn)的DO監(jiān)測(cè)值mg/L；DOf為飽和溶解氧濃度，mg/L，對(duì)于河流DOf=468/(31.6+T),對(duì)于鹽度較高的湖泊、水庫(kù)、及入海河口、近岸海域，DOf=(491-2.65S)/(33.5+T);S為實(shí)用鹽度符號(hào)，量綱一；T為水溫，℃。

pH值在第j采樣點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)(SpH,j)計(jì)算公式為：

(4)

(5)

式(4)、(5)中SpH，j為pH值的指數(shù)，大于1表明該水質(zhì)超標(biāo)；pHsd為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH下限；pHsu為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH上限；pHj為j采樣點(diǎn)的pH監(jiān)測(cè)值。

變異系數(shù)(Coefficient of Variation，CV):當(dāng)兩組數(shù)據(jù)離散程度大小需要比較的時(shí)候，如果兩組數(shù)據(jù)的測(cè)量尺度相差太大，或者數(shù)據(jù)量綱的不同，直接使用標(biāo)準(zhǔn)差來進(jìn)行比較不合適，就應(yīng)當(dāng)消除測(cè)量尺度和量綱的影響，而變異系數(shù)是無量綱，可以做到這一點(diǎn)，它是原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差與原始數(shù)據(jù)的平均數(shù)之間的比值。CV沒有量綱，這樣就可以進(jìn)行客觀比較了[3]。事實(shí)上，變異系數(shù)和極差、標(biāo)準(zhǔn)差和方差一樣，都是反映數(shù)據(jù)離散程度的絕對(duì)值。其數(shù)據(jù)大小不僅受變量值離散程度的影響，而且還受變量值平均水平大小的影響[4]。一般來說，變量值平均水平高，其離散程度的測(cè)度值越大，反之越小。

標(biāo)準(zhǔn)差與平均數(shù)的比值稱為變異系數(shù)，記為C·V。變異系數(shù)可以消除單位和(或)平均數(shù)不同對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上指標(biāo)變異程度比較的影響。

變異系數(shù)的計(jì)算公式為:

變異系數(shù)C·V=(標(biāo)準(zhǔn)偏差SD/平均值Mean)× 100%

(6)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，如果變異系數(shù)大于15%，則要考慮該數(shù)據(jù)可能不正常，是否受到其他的因素影響導(dǎo)致與正常值不同。本文大于15%表示受到人為干擾的程度。

4 結(jié)果與分析

4.1 水體污染物水平分布特征

如表1所示，該水庫(kù)中pH值、電導(dǎo)率、ORP和DO、氨氮、TP、BOD5、COD含量平均值分別為8.04、361、49.3和1.71、2.05、0.19、8.65、33.76 mg/L。通過與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)對(duì)比可知TP、BOD5、COD均不能達(dá)到IV類水體限值，DO、氨氮不能達(dá)到V類水體限值，從整個(gè)水質(zhì)現(xiàn)狀來看，水庫(kù)屬于劣五類水體。

通過對(duì)個(gè)點(diǎn)位表層水質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)，B8、B9兩個(gè)點(diǎn)位各污染指標(biāo)濃度均最小，這可能是由于這兩個(gè)點(diǎn)位位于水庫(kù)進(jìn)口處，且周圍居民較少，B8點(diǎn)位雖有個(gè)洗煤廠，但洗煤廠產(chǎn)生廢水通過有效治理不外排，對(duì)水庫(kù)水質(zhì)影響較小；各污染物濃度在水庫(kù)中出現(xiàn)最大值基本均在B7點(diǎn)位，這可能是由于縣城內(nèi)沒有被污水處理廠收納的污水均從這里進(jìn)入水庫(kù)，給水庫(kù)帶來了極大的污染負(fù)荷。

某種元素的變異系數(shù)越高，表明其受人為干擾程度越強(qiáng)[5]。根據(jù)Wilding[6]的分類準(zhǔn)則，變異系數(shù)水平可分為低度變異(CV≤15%)、中等變異(15%

4.2 不同層次水體水質(zhì)狀況分析

溶解氧對(duì)水體自凈能力和水生生物的生長(zhǎng)發(fā)育有較大影響，在水體的物理化學(xué)循環(huán)和生物演變中起著重要作用[7]。研究水庫(kù)不同層次溶解氧監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2所示，該水庫(kù)水體中溶解氧存在明顯分層現(xiàn)象，且有嚴(yán)重缺氧區(qū)域存在。表層水體溶解氧濃度平均值為1.92 mg/L，深層水體溶解氧濃度平均值為1.45 mg/L。該水庫(kù)為中大型水庫(kù)，采樣點(diǎn)平均水深約為25 m，深層水體幾乎不存在植物光合作用對(duì)水體溶解氧的補(bǔ)充，深層水體中獲取溶解氧主要過程為水體上下的對(duì)流擴(kuò)散。但較深的水體使深層水體很難獲得上層水體中溶解氧的補(bǔ)充，且深層微生物不斷消耗溶解氧導(dǎo)致深層溶解氧濃度不斷下降。

底質(zhì)是水庫(kù)中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽的天然儲(chǔ)藏庫(kù)，在一定條件下，底泥沉積物中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽會(huì)通過一定的化學(xué)反應(yīng)向上覆水體擴(kuò)散[8]，使水體不同層次的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽出現(xiàn)濃度上的差異。由圖2可知，表層水體氨氮濃度平均值為2.02 mg/L、TP濃度平均值為0.18 mg/L；深層水體氨氮濃度平均值為2.39 mg/L、TP濃度平均值0.24 mg/L。出現(xiàn)這種情況的原因可能是深層水體溶解值較低，底質(zhì)中釋放大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽使水體受到污染，這與盧金鎖等[9]的研究結(jié)果相符合。

COD作為水體中有機(jī)質(zhì)的代表性指標(biāo)，其值的高低表示水體受有機(jī)質(zhì)的污染程度。由圖2可知，表層水體中COD濃度平均值為37.8 mg/L，深層水體中COD濃度平均值為32.1 mg/L。在湖庫(kù)中，由于水體中的植物、魚類、微生物的死亡，這部分有機(jī)物就沉入水體，相對(duì)不容易從底泥中釋放出來，而進(jìn)入到水體的有機(jī)質(zhì)基本都是從表層進(jìn)入，因此出現(xiàn)了表層水體中COD濃度大于深層水體中COD濃度的現(xiàn)象。

表2 研究區(qū)域水體水質(zhì)污染指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 不同層次水體有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度分析

4.3 水體污染評(píng)價(jià)

采用GB 3838-2002《水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)篩選值對(duì)研究水庫(kù)水體各污染指標(biāo)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，其評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。結(jié)果表明：相對(duì)于GB3838-2002《水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)險(xiǎn)篩選值，在研究水庫(kù)的水質(zhì)指標(biāo)中，除pH值為無污染外，別的指標(biāo)均受到不同程度上的污染，其中DO、BOD5屬于重度污染狀態(tài)。這與前文研究結(jié)果相符，說明該水庫(kù)的有機(jī)質(zhì)污染對(duì)水環(huán)境影響較大，在水庫(kù)的管理中需要引起重視。

表3 單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

4.4 建議

通過對(duì)研究水庫(kù)水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)果表明：目前該水庫(kù)處于較為嚴(yán)重的污染狀態(tài)[10]，因此在水庫(kù)未來的安全管理工作中需要引起人們的重視，針對(duì)此，特提出以下建議。

(1)向上級(jí)部門反映當(dāng)前水庫(kù)的污染現(xiàn)狀，請(qǐng)上級(jí)部門展開對(duì)于整個(gè)縣城尚未收集的污水進(jìn)行調(diào)查，通過建設(shè)污水管網(wǎng)、污水處理站等工程對(duì)城鎮(zhèn)污水進(jìn)行有效控制。

(2)對(duì)于水庫(kù)的漁業(yè)養(yǎng)殖數(shù)量進(jìn)行有效控制，減少漁業(yè)養(yǎng)殖向水體釋放的污染物質(zhì)。

(3)對(duì)整個(gè)水庫(kù)周圍的工廠、企業(yè)展開調(diào)查，查看這部分企業(yè)是否有向水庫(kù)中偷排、滲、傾、倒污水的現(xiàn)象，從源頭上控制污水的來源，減少外源污染物質(zhì)進(jìn)入水庫(kù)的可能。

(4)定期開閘放水，對(duì)底部淤泥進(jìn)行清掏，減少底質(zhì)中的污染物質(zhì)向上覆水體的釋放，從源頭上控制內(nèi)源污染物質(zhì)的形成。

(5)加大對(duì)水庫(kù)保護(hù)的宣傳，提高當(dāng)?shù)鼐用癍h(huán)保意識(shí)，讓全體居民自覺行動(dòng)起來保護(hù)水庫(kù)。

5 結(jié)論

(1)整個(gè)水庫(kù)水質(zhì)現(xiàn)狀較差，通過與GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行比較，整個(gè)水庫(kù)目前處于劣五類水體。通過變異系數(shù)的計(jì)算，除pH值、電導(dǎo)率外，其余指標(biāo)均受到不同程度上的人為干擾。

(2)在對(duì)水庫(kù)不同層次水體的研究中可知，表層水體與深層水體水質(zhì)差異較大，主要表現(xiàn)為DO、氨氮、TP3個(gè)指標(biāo)均表現(xiàn)為表層水體濃度小于深層水體濃度。

(3)利用單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)所有檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，除pH值外，其余指標(biāo)均表現(xiàn)不同程度的污染，其中DO和BOD5表現(xiàn)為重度污染，說明水庫(kù)的有機(jī)質(zhì)污染需要引起重視。