奎河楊莊斷面水污染特征及水質(zhì)評(píng)價(jià)

張勇 郭文潔

摘 要：2017年對(duì)奎河楊莊斷面進(jìn)行水樣采集，選取高錳酸鹽、氨氮和溶解氧指標(biāo)進(jìn)行特征分析，采用單因子指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法和污染損害率法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：奎河楊莊斷面pH為7.14～7.59，水體整體呈現(xiàn)弱堿性;高錳酸鹽含量為3.04～5.23mg/L，氨氮含量為0.85～3.29mg/L，溶解氧含量為2.90～9.22mg/L。單因子評(píng)價(jià)結(jié)果表明奎河楊莊斷面高錳酸鹽污染指數(shù)為0.20～0.35，水質(zhì)屬于較清潔的狀態(tài);氨氮污染指數(shù)為0.42～1.64，水質(zhì)屬于重污染的狀態(tài);溶解氧污染指數(shù)為0.02～0.87，水質(zhì)呈輕度污染狀態(tài);氨氮是水質(zhì)的主要限制因子。奎河楊莊斷面綜合污染指數(shù)為0.48～0.79，全年總的綜合污染指數(shù)為0.63，水質(zhì)處于輕度污染的狀態(tài)。通過污染損害率計(jì)算，可知奎河楊莊斷面水體綜合污染損害率為0.990，水價(jià)值受損嚴(yán)重，氨氮為水價(jià)值受損的主要限制因子。

關(guān)鍵詞：奎河;單因子評(píng)價(jià)法;綜合污染指數(shù)法;污染損害率;宿州市

中圖分類號(hào)：X24? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2021）01-0048-05

21世紀(jì)以來，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，導(dǎo)致對(duì)水資源的需求急劇增加，生產(chǎn)排放的廢水也隨之增加，廢水進(jìn)入河流導(dǎo)致水體遭到污染，水質(zhì)惡化，破壞水體生態(tài)環(huán)境，降低水體水價(jià)值，已引起社會(huì)的熱切關(guān)注。因此，選取合適的指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)特征分析以及對(duì)水質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)具有重要的意義[1-3]。目前，常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法有單因子評(píng)價(jià)法[4，5]、綜合污染指數(shù)法[6-8]、污染損害率法[9]等，很多學(xué)者也做了大量的相關(guān)研究，如路豪杰等綜合評(píng)價(jià)了黑龍江干流水質(zhì)[10]，劉葉葉等綜合考慮各項(xiàng)參數(shù)，采用污染損害率模型，分析湘江流域水質(zhì)特征，并對(duì)流域水污染經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行了估算，為流域水環(huán)境保護(hù)和管理提供了幫助[11]。

本研究采用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法及污染損害率法對(duì)奎河楊莊斷面2017年水體進(jìn)行特征分析和水質(zhì)評(píng)價(jià)，為水體污染防治和水資源利用提供相關(guān)幫助。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

宿州位于安徽省的北部，淮北平原的東北部，年平均降水量在774-896毫米之間，降水總量較充沛，但降水分布不均，東南多，西北少，春少夏多。全市主要河道有70多條，較大的河流有奎河、沱河、新汴河等，其中奎河屬于淮河水系，源于云龍湖最后注入濉河，河道全長(zhǎng)76公里，流域面積1231平方公里。奎河流經(jīng)宿州市楊莊鄉(xiāng)，全鄉(xiāng)總面積72萬平方公里，轄22個(gè)行政村，4萬多人口，耕地面積6.8萬畝，近年來，宿州楊莊工業(yè)興起，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，截至2016年底，全鄉(xiāng)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值達(dá)30.24億元。

1.2 樣品采集

依據(jù)奎河楊莊斷面周圍環(huán)境的具體情況，按照樣點(diǎn)設(shè)置原則和采樣頻率要求，采樣點(diǎn)具體位置布設(shè)在北緯34度03分43秒，東經(jīng)117度13分12秒處，采樣時(shí)間為2017年全年，采樣頻率為每周一次，共采取52份水樣。

1.3 樣品檢測(cè)

采集回來的水樣當(dāng)天在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，如水樣渾濁、氣味大等需先對(duì)水樣進(jìn)行過濾和稀釋處理后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠性，采集樣品時(shí)，采取平行雙樣;分析樣品時(shí)選取20%的平行水樣進(jìn)行分析，同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收和有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定。水樣的測(cè)定方法根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》（第四版），具體見表1。

1.4 評(píng)價(jià)模型

1.4.1 單因子評(píng)價(jià)法

單因子評(píng)價(jià)法即取某一評(píng)價(jià)因子的實(shí)際檢測(cè)所得值除以該因子的標(biāo)準(zhǔn)值，從而判斷水質(zhì)級(jí)別。單因子評(píng)價(jià)法數(shù)據(jù)處理較為簡(jiǎn)單，所得結(jié)果能夠直觀地了解水域水體水質(zhì)情況是否滿足功能要求，但用單項(xiàng)指標(biāo)判定水質(zhì)過于單一，并不能保證其科學(xué)合理性[12]。單因子評(píng)價(jià)法計(jì)算公式為：

Pi=Ci/Ci0? ?（1）

式中：Ci—第i種水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度;Ci0—為第i種水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

由于溶解氧性質(zhì)較為特殊，表現(xiàn)為濃度越大，水質(zhì)越好，因此單因子評(píng)價(jià)法為單獨(dú)的計(jì)算公式：

式中：SDO，j—溶解氧的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù);DOf=468/（31.6+T），mg/L，T為水溫（在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，T通常選取為20℃）;DOS—溶解氧的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L;DOj—j取樣點(diǎn)的溶解氧的檢測(cè)值，mg/L。

單因子評(píng)價(jià)法對(duì)應(yīng)的水質(zhì)分級(jí)見表2。

1.4.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法是選取多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)通過計(jì)算得出結(jié)果，從而判斷水體水質(zhì)污染狀況，是水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的一種重要方法。綜合污染指數(shù)法是對(duì)單因子評(píng)價(jià)的進(jìn)一步處理，改善了水質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)表征水質(zhì)污染狀況較為片面的欠缺[13]。綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算公式為：

式中：Pj—j斷面的綜合指數(shù);n—參加評(píng)價(jià)的污染物項(xiàng)數(shù);Pi—為第i項(xiàng)污染物的污染分指數(shù)。綜合污染指數(shù)對(duì)應(yīng)的水質(zhì)分級(jí)見表2。

1.4.3 污染損害率法

污染損害率評(píng)價(jià)模型是根據(jù)水中污染物的濃度，通過計(jì)算得出污染物對(duì)水體所創(chuàng)造的價(jià)值的損害程度[11]。污染損害率計(jì)算公式為：

式中：Ri—第i種污染物的污染損害率;ai、bi—第i種污染物的損害參數(shù);Ci—污染物i的實(shí)測(cè)濃度。

當(dāng)水中污染物為一種以上時(shí)，其綜合污染損害率R可表示為：

2 結(jié)果與分析

2.1 單因子評(píng)價(jià)結(jié)果分析

采集奎河楊莊斷面的水樣共52份，每周采樣一次，對(duì)每月數(shù)據(jù)選取其平均值作為該月的數(shù)值，同時(shí)將pH與其他污染物指標(biāo)作與同一圖進(jìn)行對(duì)比，考察水體酸堿性對(duì)其他污染物的影響?？訔钋f斷面高錳酸鹽、氨氮、溶解氧和pH含量見圖1。

由圖1可以看出奎河楊莊斷面高錳酸鹽、氨氮、溶解氧的波動(dòng)比較大，pH波動(dòng)相對(duì)較為平緩?？訔钋f斷面高錳酸鹽含量為3.04～5.23mg/L，平均值為4.03mg/L，其中最大濃度值出現(xiàn)在5月，最小濃度值出現(xiàn)在4月，斷面中高錳酸鹽含量最高值已超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中III類水標(biāo)準(zhǔn)。高錳酸鹽指數(shù)是反映水體中可氧化物質(zhì)污染的常用指標(biāo)，由此可知奎河楊莊斷面水體中有機(jī)污染物含量一般，有機(jī)物分解，消耗水中氧含量，水中氧含量減少，導(dǎo)致水中需氧生物比如魚類的呼吸困難甚至造成其死亡，破壞水體生態(tài)系統(tǒng)，降低水體的資源價(jià)值;除此之外，有機(jī)污染物發(fā)酵，致使細(xì)菌滋生，有機(jī)物腐敗導(dǎo)致水體變黑、發(fā)臭?？訔钋f斷面氨氮含量為0.85～3.29mg/L，平均值為1.99mg/L，最大濃度值出現(xiàn)在12月，最小濃度值出現(xiàn)在6月，斷面中氨氮含量最高值已超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中V類水標(biāo)準(zhǔn)。氨氮是水體中的營養(yǎng)元素，會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生，藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧含量下降，水質(zhì)惡化，且氨氮對(duì)魚類及某些水生生物來說有毒，會(huì)造成其大量死亡的現(xiàn)象，形成奎河楊莊斷面水體生態(tài)系統(tǒng)失衡甚至崩潰的隱患。奎河楊莊斷面溶解氧含量為2.90～9.22mg/L，平均值為4.66mg/L，最大濃度值出現(xiàn)在1月，最小濃度值出現(xiàn)在10月，斷面中溶解氧含量最低值已超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中V類水標(biāo)準(zhǔn)。溶解氧是衡量水體自凈能力的指標(biāo)，奎河楊莊斷面溶解氧含量較低，加上排入的污染物過多，造成奎河楊莊斷面水體自凈速度低，水質(zhì)惡化;溶解氧低，魚類及某些水生生物呼吸困難，厭食，最終死亡，破壞奎河楊莊斷面水體生態(tài)系統(tǒng)?？訔钋f斷面pH為7.14～7.59，整體呈現(xiàn)弱堿性。

依據(jù)奎河楊莊斷面的水體功能主要是農(nóng)業(yè)用水，基于《安徽省水環(huán)境功能區(qū)劃》考慮，選用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中V類水標(biāo)準(zhǔn)，選取高錳酸鹽、氨氮、溶解氧三個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)奎河楊莊斷面水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，高錳酸鹽和氨氮使用公式（1）進(jìn)行計(jì)算，由于溶解氧與其他指標(biāo)性質(zhì)不同，采用公式（2）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表3。

從表3中，可知奎河楊莊斷面高錳酸鹽污染指數(shù)為0.20～0.35，年平均值為0.27，水體水質(zhì)全年處于較清潔的狀態(tài)，其中4月更是達(dá)到了清潔的狀態(tài);奎河楊莊斷面氨氮污染指數(shù)為0.42～1.64，年平均值為1.00，水體水質(zhì)總體呈現(xiàn)重污染的狀態(tài)，其中5、6、8月屬于輕度污染狀態(tài)，占比25%;7、9月屬于中度污染狀態(tài)，占比16.7%;其余月份均屬于重污染狀態(tài)，占比58.3%;奎河楊莊斷面溶解氧污染指數(shù)為0.02～0.87，年平均值為0.62，水體水質(zhì)總體呈現(xiàn)輕度污染的程度，其中1、2月屬于清潔的狀態(tài)，占比16.7%;5、11、12月屬于輕度污染的狀態(tài)，占比25%;其余月份均屬于中度污染的狀態(tài)，占比58.3%。通過單因子評(píng)價(jià)法結(jié)果可知，氨氮為奎河楊莊斷面水體水質(zhì)的主要限制因子，溶解氧為次要限制因子，高錳酸鹽對(duì)水體水質(zhì)的影響較為微弱。要想改善奎河楊莊斷面水體的水質(zhì)情況，就要著重對(duì)水體中的氨氮進(jìn)行治理，同時(shí)也要時(shí)刻關(guān)注水體中溶解氧的含量變化情況。

2.2 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

采用綜合污染指數(shù)法公式（3）對(duì)奎河宿州楊莊斷面高錳酸鹽、氨氮、溶解氧2017年12個(gè)月的綜合污染指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表4。

由表4可知，奎河楊莊斷面水體全年的綜合污染指數(shù)值0.63，水質(zhì)屬于輕度污染級(jí)別?？赡苁怯捎谒拗菔袟钋f近年來工業(yè)迅速發(fā)展，導(dǎo)致排入奎河的污染物過多，超過了水體的自凈能力，從而使水體受到了污染?？訔钋f斷面2017年12個(gè)月的綜合污染指數(shù)在0.48～0.79之間，最大值是在12月份，屬于中度污染程度;最小值出現(xiàn)在5月份，屬于輕度污染的程度;在全年12個(gè)月中，屬于中度污染程度的有3個(gè)月，分別是3月、10月和12月，占比25%;其余月份均屬于輕度污染，占比75%?？赡苁且?yàn)樗拗菔袟钋f3月份為春旱期，10月和12月為秋冬季，氣候干燥，降水少，以至于在此期間奎河楊莊斷面水體水量小，水體自凈能力弱，水體更替速度很慢，造成了匯入的污染物不能及時(shí)被稀釋，水體受污染程度呈現(xiàn)出中度污染程度，水質(zhì)較差;其余月份盡管奎河楊莊斷面水量受降水限制較小，但在大量的排入的廢水的作用下，導(dǎo)致斷面水體水質(zhì)依舊處于輕度污染的狀態(tài)。

2.3 污染損害率評(píng)價(jià)結(jié)果分析

基于奎河楊莊斷面水體中主要污染物是耗氧有機(jī)物考慮，選取水體中高錳酸鹽和氨氮進(jìn)行污染損害率評(píng)價(jià)，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838 -2002），結(jié)合奎河楊莊斷面水體水環(huán)境功能區(qū)劃，將地表水II類作為背景濃度，污染物濃度在達(dá)到背景濃度時(shí)對(duì)水體水價(jià)值的損害率為0.01;將地表水V類作為嚴(yán)重污染臨界濃度，污染物濃度在達(dá)到臨界濃度時(shí)對(duì)水體水價(jià)值的損害率為0.99。將以上2個(gè)值代入公式（4）可得到不同污染物對(duì)應(yīng)的ai和bi值，再分別采用公式（4）和公式（5）計(jì)算奎河楊莊斷面水體的單項(xiàng)污染物損害率和綜合污染損害率，計(jì)算結(jié)果見表5。

由表5可知，奎河楊莊斷面水體中高錳酸鹽污染損害率在0.004～0.027之間，除了1月、5月、7月?lián)p害率相對(duì)較大，其余月份損害率都較小，全年的損害率為0.010，可見高錳酸鹽對(duì)奎河楊莊斷面水體水價(jià)值的損害程度還是較低的。奎河楊莊斷面水體中氨氮的污染損害率在0.077～0.999之間，除了5月、6月、8月?lián)p害率較小外，其余月份損害率都挺高，全年損害率更是高達(dá)0.989，可見氨氮對(duì)奎河楊莊斷面水體水價(jià)值的損害程度相當(dāng)之大?？訔钋f斷面水體的綜合污染損害率在0.082～0.999之間，除了5月、6月、8月的綜合污染損害率較低外，其余月份的綜合污染損害率都很高，全年的綜合污染損害率高達(dá)0.990，可見奎河楊莊斷面的水體水價(jià)值遭到了嚴(yán)重的損害，應(yīng)引起足夠的重視，要著重對(duì)氨氮進(jìn)行治理，以減少奎河楊莊斷面水體的生態(tài)系統(tǒng)的受損程度，以保證其水體水價(jià)值利用的最大化，以保障水資源安全。

3 結(jié)論

（1）奎河宿州楊莊斷面pH為7.14～7.59，水體整體呈現(xiàn)弱堿性;高錳酸鹽含量為3.04～5.23mg/L，平均值為4.03mg/L，以最大值來判斷，奎河宿州楊莊斷面水體屬于III類水;氨氮含量為0.85～3.29mg/L，平均值為1.99mg/L，以最大值來判斷其水體則屬于V類水;溶解氧含量為2.90～9.22mg/L，平均值為4.66mg/L，以最低值來判斷，其水體則屬于V類水。

（2）單因子評(píng)價(jià)結(jié)果得出奎河宿州楊莊斷面高錳酸鹽污染指數(shù)為0.20～0.35，年平均污染指數(shù)值為0.27，水質(zhì)屬于較清潔的狀態(tài);氨氮污染指數(shù)為0.42～1.64，年平均污染指數(shù)值為1.00，水質(zhì)屬于重污染的狀態(tài);溶解氧污染指數(shù)為0.02～0.87，年平均污染指數(shù)值為0.62，水質(zhì)總體呈現(xiàn)輕度污染的狀態(tài);氨氮是宿州楊莊斷面水體水質(zhì)的主要限制因子。

（3）通過綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，可知奎河楊莊斷面2017年12個(gè)月的綜合污染指數(shù)為0.48～0.79，全年總的綜合污染指數(shù)為0.63，可見水體水質(zhì)總體處于輕度污染的狀態(tài)。

（4）通過污染損害率計(jì)算，可知奎河楊莊斷面水體綜合污染損害率為0.990，其中高錳酸鹽單項(xiàng)污染損害率為0.010，氨氮單項(xiàng)污染損害率為0.989，可知奎河楊莊斷面水體水價(jià)值受損嚴(yán)重，氨氮為其水價(jià)值受損的主要限制因子。

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