遼河盤錦段控制單元水質(zhì)分析與評價

田詩陽 晁雷 * 周修坤 王留鎖 李亞峰

（1. 沈陽建筑大學(xué)環(huán)境學(xué)院，遼寧沈陽 110168；2. 盤錦市綠色發(fā)展服務(wù)中心，遼寧盤錦 124000；3. 遼寧省生態(tài)環(huán)境保護科技中心，遼寧沈陽 110161）

1 引言

近年來，如何改善水污染現(xiàn)狀成為一個亟待解決的問題。盡管我國水污染防治措施越來越完善，但我國水環(huán)境污染問題仍舊表現(xiàn)為局部有所改善、總體尚未遏制、壓力繼續(xù)加大、形勢依然嚴峻的特征［1］。

目前，水質(zhì)評價方法普遍應(yīng)用于國內(nèi)外河流研究，其中被應(yīng)用較多的有單因子評價法、水質(zhì)指數(shù)法［2］、主成分分析法［3-4］、模糊數(shù)學(xué)評價法［5］、層次分析法［6-7］等。單因子評價法是我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）中規(guī)定的評價方法，即以水質(zhì)最差單項指標所屬的類別來確定水體綜合水質(zhì)類別［8］。水質(zhì)指數(shù)法使用簡單，評價結(jié)果直觀精確，能較為完整地反映地表水的污染程度，在國內(nèi)外應(yīng)用廣泛［9］。

本文研究遼河盤錦段各控制單元水環(huán)境狀況，根據(jù)遼河盤錦段污染來源復(fù)雜、河道交錯縱橫等特點，將遼河盤錦段劃分為5 個控制單元，在每個控制單元內(nèi)選取監(jiān)測斷面，共6 個控制斷面，對遼河盤錦段水環(huán)境狀況進行監(jiān)測。通過分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，分別使用單因子評價法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對遼河盤錦段水環(huán)境現(xiàn)狀進行評價，對比2 種評價方法，選出適合遼河盤錦段的水質(zhì)評價方法。

2 研究區(qū)概況

盤錦市是遼寧省下轄地級市，位于遼寧省西南部，素有“九河下梢”之稱，區(qū)域內(nèi)河道較多，渠道縱橫交錯［10］。盤錦市地處遼河三角洲中心地帶，是遼河入?？诔鞘?。地理坐標處在121°25′～122°31′E，40°39′～41°27′N 之間。盤錦市轄1 個縣3 個區(qū)，即盤山縣、雙臺子區(qū)、興隆臺區(qū)、大洼區(qū)。

3 水質(zhì)監(jiān)測實驗方案設(shè)計

3.1 監(jiān)測斷面選取

根據(jù)遼寧省“水十條”控制單元及考核斷面圖將盤錦市劃分為5 個控制單元，分別為遼河曙光大橋控制單元、遼河趙圈河控制單元、繞陽河盤錦市控制單元、遼河興安控制單元和大遼河盤錦市遼河公園控制單元。

控制單元內(nèi)對應(yīng)的監(jiān)測斷面以及相應(yīng)的考核標準見表1。

表1 控制單元內(nèi)對應(yīng)的監(jiān)測斷面考核標準

3.2 水樣采集與分析方法

對遼河盤錦段5 個控制單元內(nèi)的6 個控制斷面進行采樣監(jiān)測。2019 年1 月至12 月期間，每月收集一次水樣。水樣收集選用GPS 定位，確保每次采樣點盡量同等。采集水樣時根據(jù)河流深度確定采集水樣深度，當河流水深在1 m 以下時，在水面下1/2 處取樣；當河流水深超過1.5 m 時，在水面下0.5 m 深度處采集水樣。

水質(zhì)分析按《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4 版）進行，采用稀釋接種法測定五日生化需氧量（BOD5）、納氏試劑光度法測定氨氮（NH4+-N）、鉬酸鹽光度法測定總磷（TP）、酸性法測定高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、重鉻酸鉀法測定化學(xué)需氧量（CODCr）。

3.3 水質(zhì)評價方法

3.3.1 單因子評價法

單因子評價法是最為直接、簡單明了的水質(zhì)評價方法，該方法只需將各項實測水質(zhì)參數(shù)的濃度值與評價標準進行逐項對比，以單項評價最差項目的水質(zhì)類別作為待評價水樣的水質(zhì)類別［11］，這就對評價指標的選擇和尺度提出了更高的標準。該方法的表達式如下：

式中，Q 為單因子評價水質(zhì)綜合級別；Qi為評價參數(shù)i 的水質(zhì)級別；Max 為取i 項水質(zhì)參數(shù)中評價出的水質(zhì)最差的一項。

3.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

水質(zhì)評價方法對水質(zhì)評價結(jié)果起到至關(guān)重要的作用，選擇評價方法的合理性直接決定水質(zhì)評價結(jié)果的可靠性［12］。因此，本研究選用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法作為評價方法。目前，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法是國內(nèi)外普遍使用的水質(zhì)評價方法之一，其評價等級［13］見表2。

表2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法等級劃分標準

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法表達式為：

式中，Ci為某監(jiān)測指標實測濃度；Pi為各單項水質(zhì)參數(shù)評分值；Si為對應(yīng)監(jiān)測指標的標準限值；PiAve為各單項水質(zhì)參數(shù)評分值Pi的平均值；PiMax為各單項水質(zhì)參數(shù)評分值Pi的最大值；n 為水質(zhì)參數(shù)項數(shù)。

本文采取的指標上下限臨界值均為國家標準規(guī)定的范圍。

4 實驗數(shù)據(jù)分析

4.1 水質(zhì)描述性統(tǒng)計分析

根據(jù)盤錦市控制單元劃分，本文分別對5 個控制單元進行了水質(zhì)特征描述性統(tǒng)計分析。

表3 為2019 年曙光大橋控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計。

表3 2019 年曙光大橋控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計

在2019 年曙光大橋控制單元水樣中，高錳酸鹽指數(shù)濃度的變化范圍為3.20～21.70 mg/L，平均值為8.55 mg/L；五日生化需氧量濃度的變化范圍為2.20～14.20 mg/L，平均值為5.25 mg/L；氨氮濃度的變化范圍為0.07～3.65 mg/L，平均值為0.95 mg/L；化學(xué)需氧量濃度的變化范圍為17.00～67.00 mg/L，平均值為35.55 mg/L；總磷濃度的變化范圍為0.07～0.33 mg/L，平均值為0.20 mg/L。由化學(xué)需氧量濃度可以看出，水體可能受有機物或還原性物質(zhì)污染。

表4 為2019 年趙圈河控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計。

表4 2019 年趙圈河控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計

在2019 年趙圈河控制單元水樣中，高錳酸鹽指數(shù)濃度的變化范圍為4.00～8.90 mg/L，平均值為6.33 mg/L；五日生化需氧量濃度的變化范圍為1.40～5.40 mg/L，平均值為3.08 mg/L；氨氮濃度的變化范圍為0.03～1.21 mg/L，平均值為0.32 mg/L；化學(xué)需氧量濃度的變化范圍為24.00～37.00 mg/L，平均值為29.50 mg/L；總磷濃度的變化范圍為0.09～0.28 mg/L，平均值為0.16 mg/L。

表5 為2019 年繞陽河控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計。

表5 2019 年繞陽河控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計

在2019 年繞陽河控制單元水樣中，高錳酸鹽指數(shù)濃度的變化范圍為4.90～16.30 mg/L，平均值為8.80 mg/L；五日生化需氧量濃度的變化范圍為3.60～8.50 mg/L，平均值為6.14 mg/L；氨氮濃度的變化范圍為0.07～1.97 mg/L，平均值為0.68 mg/L；化學(xué)需氧量濃度的變化范圍為30.00～58.00 mg/L，平均值為40.00 mg/L；總磷濃度的變化范圍為0.11～0.58 mg/L，平均值為0.23 mg/L。由五日生化需氧量和化學(xué)需氧量濃度可以看出，水體可能受有機物或還原性物質(zhì)污染。

表6 為2019 年興安控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計。

表6 2019 年興安控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計

在2019 年興安控制單元水樣中，高錳酸鹽指數(shù)濃度的變化范圍為3.50～14.90 mg/L，平均值為7.89 mg/L；五日生化需氧量濃度的變化范圍為2.60～15.60 mg/L，平均值為5.98 mg/L；氨氮濃度的變化范圍為0.02～1.94 mg/L，平均值為0.39 mg/L；化學(xué)需氧量濃度的變化范圍為14.00～49.00 mg/L，平均值為29.09 mg/L；總磷濃度的變化范圍為0.06～0.68 mg/L，平均值為0.20 mg/L。

表7 為2019 年遼河公園控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計。

表7 2019 年遼河公園控制單元水質(zhì)描述性統(tǒng)計

在2019 年遼河公園控制單元水樣中，高錳酸鹽指數(shù)濃度的變化范圍為3.40～9.80 mg/L，平均值為5.07 mg/L；五日生化需氧量濃度的變化范圍為0.60～4.80 mg/L，平均值為2.95 mg/L；氨氮濃度的變化范圍為0.02～4.02 mg/L，平均值為1.11 mg/L；化學(xué)需氧量濃度的變化范圍為14.00～48.00 mg/L，平均值為22.46 mg/L；總磷濃度的變化范圍為0.03～0.31 mg/L，平均值為0.19 mg/L。

4.2 水環(huán)境質(zhì)量評價

4.2.1 單因子評價法

《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）中規(guī)定，“地表水環(huán)境質(zhì)量評價應(yīng)根據(jù)應(yīng)實現(xiàn)的水域功能類別，選取相應(yīng)類別標準，進行單因子評價，評價結(jié)果應(yīng)說明水質(zhì)達標情況，超標的應(yīng)說明超標項目和超標倍數(shù)”［14］?；?019 年斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合盤錦市地表水環(huán)境質(zhì)量達標現(xiàn)狀，選取曙光大橋斷面、趙圈河斷面、萬金灘斷面、興安斷面、遼河公園斷面和三岔河斷面，采用單因子評價法開展水質(zhì)評價，評價因子為高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷，評價結(jié)果見表8。

表8 2019 年盤錦市控制單元監(jiān)測斷面水質(zhì)評價結(jié)果

曙光大橋斷面考核標準為地表水Ⅳ類。2019 年曙光大橋斷面水質(zhì)為Ⅴ類，其中，除化學(xué)需氧量外均符合Ⅳ類水標準。超標因子為化學(xué)需氧量，主要原因為盤錦市水稻種植業(yè)發(fā)達，夏季農(nóng)田退水未經(jīng)處理排入地表水體，以及曙光大橋上游城市（工業(yè)）污水處理廠排水體量巨大，至曙光大橋斷面時未充分稀釋、凈化。

趙圈河斷面考核標準為地表水Ⅳ類。2019 年趙圈河斷面符合Ⅳ類水標準。趙圈河斷面僅有2019 年4 月和6 月單月化學(xué)需氧量未達到Ⅳ類水標準。

萬金灘斷面考核標準為地表水Ⅳ類。2019 年萬金灘斷面水質(zhì)為Ⅴ類，超標因子主要為五日生化需氧量和化學(xué)需氧量。

興安斷面考核標準為地表水Ⅳ類。2019 年興安斷面達到Ⅳ類水標準。

遼河公園斷面考核標準為地表水Ⅴ類。2019 年遼河公園斷面達到Ⅴ類水標準。

三岔河斷面考核標準為地表水Ⅴ類。2019 年三岔河斷面達到Ⅴ類水標準。

4.2.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

基于2019 年斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合盤錦市地表水環(huán)境質(zhì)量達標現(xiàn)狀，選取6 個控制斷面，采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進行水質(zhì)評價，評價因子為高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、氨氮和總磷，評價結(jié)果見表9。

表9 2019 年盤錦市控制單元監(jiān)測斷面內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)及水質(zhì)等級統(tǒng)計

曙光大橋斷面高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、化學(xué)需氧量、總磷均有不同程度的超標，其中化學(xué)需氧量超標率最高，達到54.55%，污染指數(shù)值（Pi）最大值為2.23，平均值為1.18。此外，該斷面的高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷超標率分別為22.27%，33.33%，25.00%，16.67%。

趙圈河斷面僅有化學(xué)需氧量存在超標情況，超標率為33.33%。該斷面化學(xué)需氧量的污染指數(shù)值最大值為1.23，平均值為0.98。

萬金灘斷面高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、化學(xué)需氧量、總磷均有不同程度的超標，超標率分別為8.33%，41.67%，8.33%，75.00%，9.09%，其中化學(xué)需氧量超標率最高。萬金灘內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為1.14，達到輕度污染級別。

興安斷面高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、化學(xué)需氧量、總磷均有不同程度的超標，其中，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、化學(xué)需氧量超標率分別為27.27%，36.36%，36.36%。興安斷面高錳酸鹽指數(shù)的污染指數(shù)值最大值為1.49，平均值為0.79；五日生化需氧量的污染指數(shù)值最大值為2.60，平均值為1.00；化學(xué)需氧量的污染指數(shù)值最大值為1.63，平均值為0.97。此外，該斷面的氨氮、總磷超標率分別為9.09%，20.00%，其中，總磷的污染指數(shù)值最大值為2.27，但平均值僅為0.67，對評價結(jié)果的影響甚微。

遼河公園斷面所有數(shù)據(jù)均符合Ⅴ類水標準，不存在超標問題，無污染情況。

三岔河斷面僅有氨氮和化學(xué)需氧量存在超標情況，超標率分別為25.00%和8.33%。

4.2.3 2 種評價方法比較

單因子評價法與內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的評價結(jié)果存在輕微差異，見表10。由于單因子評價法以最差水質(zhì)判定水體類別，存在過保護問題，并且單因子評價法只能對水體類別定性判斷，不能對相同水質(zhì)進行優(yōu)劣比較，而內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法能夠解決以上2 個問題，故本文最終采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的結(jié)果作為最終評價結(jié)果。

表10 2 種評價方法結(jié)果比較

5 結(jié)論

（1）通過水質(zhì)描述性統(tǒng)計分析可以看出，各控制單元均有不同程度的化學(xué)需氧量污染，污染最為嚴重的為繞陽河控制單元。各控制單元內(nèi)均為化學(xué)需氧量標準差最大，表明數(shù)據(jù)離散程度大，水體可能受到外源人為因素影響。

（2）通過水質(zhì)評價結(jié)果可以看出，單因子評價法僅適用于水質(zhì)類別評價，不能判定污染程度，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法能夠彌補上述缺點，故選用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的評價結(jié)果作為本次研究的結(jié)果。

（3）評價結(jié)果顯示，遼河公園斷面不存在污染問題；趙圈河斷面、興安斷面以及三岔河斷面尚未污染（警戒線），存在輕微污染；曙光大橋斷面及萬金灘斷面達到輕度污染。