渦陽縣城區(qū)典型河流水質(zhì)多評價方法對比分析

胡 昊，王 健，吳丹丹，黃 鑫

（1. 安徽建筑大學 環(huán)境與能源工程學院，安徽 合肥 230601；2. 安徽省綠色建筑先進技術研究院，安徽 合肥 230601；3. 安徽省智慧城市工程技術研究中心，安徽 合肥 230601）

對河流水質(zhì)進行監(jiān)測與評價，并對監(jiān)測結(jié)果進行形成性分析，即基于評價結(jié)果和環(huán)境背景所進行的成因分析，對于掌握水體的真實水質(zhì)狀況、加強水污染防治、改善水環(huán)境具有重要意義。目前，國內(nèi)外水質(zhì)評價方法主要包括污染指數(shù)法[1]、生物學評價法[2]和數(shù)據(jù)統(tǒng)計法[3-4]。不同方法關注的側(cè)重點不同，評價結(jié)果也相應地有所差異。污染指數(shù)法是水質(zhì)評價的經(jīng)典方法，大致可以分為單因子評價法和綜合污染指數(shù)法，其中，單因子評價法較為簡單，是目前最常用的方法，綜合污染指數(shù)分析法較為全面，多應用于不同河段水體的水質(zhì)污染程度對比，也是水質(zhì)評價中普遍使用的方法之一[5-6]。

地處淮北平原中部的渦陽縣域水系發(fā)達，河流水系在防洪排澇、調(diào)節(jié)氣溫以及提供淡水資源等方面發(fā)揮了重大作用，但隨著城鎮(zhèn)化進程的持續(xù)發(fā)展，城市基礎設施建設發(fā)展相對滯后，大量污廢水進入到城市水體，相應的水體黑臭，富營養(yǎng)化等諸多問題產(chǎn)生，使河流水生生物生存環(huán)境受到破壞，生物多樣性下降，從而威脅到河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，分析水體黑臭狀況并進行水體黑臭治理刻不容緩。渦陽縣域河流水體作為淮北平原的典型水體，對其進行水質(zhì)監(jiān)測評價以及形成性分析，對淮北平原其他河流水系具有借鑒意義[7-8]。本文采用單因子評價法和綜合污染指數(shù)分析法對渦陽縣三條典型河流進行了水質(zhì)評價及形成性分析，并結(jié)合更多水質(zhì)指標對水體的黑臭狀況進行分析以使評價結(jié)果更為全面和具有參考性[9]，并在評價和分析的基礎上為水體的改善提出了建議。

1 材料與方法

1.1 區(qū)域概況

渦陽縣地處淮北平原中部，氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫦撅L氣候，雨量適中，光照充足，年平均氣溫15.5℃，1 月平均氣溫5 ℃，極端最低氣溫-17.2 ℃，7月平均氣溫30 ℃，極端最高氣溫40.6 ℃。流域內(nèi)年平均降雨量860.7 mm 左右，受季風氣候影響，降水季節(jié)性變化明顯，一般夏季多，冬季少，春雨多于秋雨。渦陽縣域有渦河、西淝水、北淝河、包河四大水系，水質(zhì)狀況良好的河流可以起到蓄水、補充地下水、調(diào)節(jié)徑流和維持區(qū)域水平衡等重要作用，是蓄水防洪的天然“海綿”，但由于渦陽縣缺少污水處理設施，造成大量的工業(yè)污水、城鎮(zhèn)生活污水、餐飲用水等直接排入河道，水體污染較為嚴重[10]。

1.2 典型河流選取

研究選取渦陽縣主要水系之一渦河水系中3條具有代表性的河流，分別代表渦陽縣城區(qū)范圍內(nèi)水質(zhì)受干擾程度高中低3 個級別，其中南環(huán)河位于渦陽縣城南郊，沿真源大道，總里程3.09 km，流向自東向西，沿河兩岸居民區(qū)較稀疏，人口密度較少，該河流屬于水質(zhì)干擾較小型河流；德正河位于南環(huán)河北邊，沿錦繡大道，總里程4.50 km，流向自東向西，德正河沿線居民區(qū)相對密集，但沿線有錦繡河濕地公園，德園濕地生態(tài)修復設施，其中德園建成4 年，總占地面積約0.20 km2，該河流屬于濕地調(diào)節(jié)型河流；育英河位臨育英路，總里程3.04 km，流向自北向南，由市區(qū)流向郊區(qū)，河流兩岸人口密集，水質(zhì)受干擾較大。三條河污染源多為生活垃圾、工業(yè)排污等人為污染源和工業(yè)污染源，空間位置關系如圖1 所示。

圖1 育英河、德正河和南環(huán)河位置關系圖

1.3 采樣點設置與樣品采集

1.3.1 采樣點設置

本次采樣根據(jù)道路交叉口、河流交匯口、排污口、修橋斷面和生態(tài)修復設施等控制斷面與間隔距離，在三條河共計設置了30 個取樣點，其中德正河15 個，南環(huán)河9 個，育英河6 個。德正河里程數(shù)最大，途徑兩處生態(tài)修復設施，且存在多處道路交口與排污口，從而設置較多采樣點；南環(huán)河和育英河總里程數(shù)較小，沿線道路與河流交口比較少，因此采樣點數(shù)量明顯低于德正河。具體布置情況如圖2、圖3 和圖4。

圖2 南環(huán)河取樣點分布圖

圖3 德正河取樣點分布圖

圖4 育英河取樣點分布圖

1.3.2 樣品采集

采用瞬時采樣方法，即在取樣點采集當下時刻的瞬時水樣，于2020 年11 月3 日、2020 年11 月10 日和2020 年11 月17 日分3 次進行水質(zhì)監(jiān)測，每天采樣1 次，3 次監(jiān)測數(shù)據(jù)取平均值進行分析。具體采樣點設置參照HJ/T91-2002《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范》中采樣垂線上采樣點數(shù)設置表。水樣采集所用的相關器皿均按照嚴格的清洗程序處理。采集后將所有水樣裝瓶送至實驗室，于4 ℃冰箱中冷藏，以備檢測。

1.4 監(jiān)測指標與測定方法

根據(jù)GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》的水質(zhì)要求選取了典型的水質(zhì)指標，根據(jù)《安徽省城市黑臭水體治理技術導則》（2019）選取了黑臭水體判別的全部指標，檢測項目確定為酸堿度（pH）、化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮（NH3-N）、溶解氧（DO）、透明度、氧化還原電位（ORP）9 項。各指標測定方法如表1 所示。

表1 監(jiān)測指標測定方法

1.5 評價方法

單因子評價法以水體最差的監(jiān)測指標所屬類別來確定水體的水質(zhì)類別，過程簡單，無須復雜計算；綜合污染指數(shù)法考慮了不同指標對水質(zhì)評價的不同影響，評價更全面客觀[11]；黑臭水體評價主要反映水體黑臭狀況，結(jié)果更加具有針對性。本研究采用以上3 種評價方法。

1.5.1 單因子評價法

單因子評價法單項水質(zhì)參數(shù)i的標準指數(shù)Si計算公式為：

式中Ci——i污染物實測濃度，mg/L；

Cs——i污染物評價標準，mg/L。

1.5.2 綜合污染指數(shù)分析法

綜合污染指數(shù)分析法基于單因子污染指數(shù)進行分析，本研究選取較為常見的計算算術平均值的方法來確定其綜合污染指數(shù)[12-13]，其公式為：

式中，P代表該水質(zhì)的綜合污染水質(zhì)，Pi代表某一指標在單因子法分析中的污染指數(shù)。

綜合污染指數(shù)法水質(zhì)分級標準如表2 所示。

表2 綜合污染指數(shù)評價分級

1.5.3 黑臭水體評價法

城市黑臭水體分為“輕度黑臭”和“重度黑臭”兩個級別，分級的評價指標包括透明度、溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）和氨氮（NH3-N），具體分級標準參照《安徽省城市黑臭水體治理技術導則》（2019）中城市黑臭水體污染程度分級標準表。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因子評價

三條河水質(zhì)評價單因子分析結(jié)果如表3、表4和表5 所示。根據(jù)單因子評價法，三條河水質(zhì)評價均為劣Ⅴ類，其中最主要的原因是三條河水質(zhì)評價中COD 含量嚴重超標；對各監(jiān)測斷面BOD5的含量進行評價，發(fā)現(xiàn)Ⅲ類和Ⅳ類的斷面占大多數(shù)；三條河各斷面BOD5與COD 的比值較小，說明三條河的可生化性較差，水中污染物質(zhì)較難被生物降解。南環(huán)河3#，育英河3#和6#與德正河2#、7#、8#、12#和13#等處均存在污水排放口和生活垃圾隨意丟棄現(xiàn)象，影響了水體質(zhì)量。其中排污口排出污水初步判斷以非生活污水為主，污水中含有大量難降解有機物，從而造成三條河水質(zhì)的可生化性指標BOD5/COD 較低。而三條河各監(jiān)測斷面TN，TP和NH3-N 的含量相對較低，評價大多符合Ⅰ類標準。對各監(jiān)測斷面分別進行單因子評價，其中南環(huán)河4#為Ⅲ類；育英河3#為V 類；德正河1#和12#為Ⅳ類，8#、10#和11#為V 類，其余監(jiān)測斷面均為劣V 類。與南環(huán)河與育英河相比，德正河劣V 類監(jiān)測斷面占比最少。

表3 南環(huán)河水質(zhì)指標單因子標準指數(shù)計算結(jié)果

表4 育英河水質(zhì)指標單因子標準指數(shù)計算結(jié)果

表5 德正河水質(zhì)指標單因子標準指數(shù)計算結(jié)果

2.2 綜合污染指數(shù)法評價

結(jié)合單因子評價結(jié)果，以GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》[14]Ⅴ類標準為本次評價衡量標準，三條河30 個取樣點水質(zhì)評價綜合污染指數(shù)分析結(jié)果如表6、表7 和表8 所示。計算結(jié)果顯示南環(huán)河8#和9#水質(zhì)級別為中度污染，4#水質(zhì)好，其余均為輕度污染；其中8#取樣點位于育英河和南環(huán)河交匯口的上游，此處的河水水面存在漂浮物，所取水樣的沉淀物較多，水樣的水色偏黃，9#取樣點位于向陽大道和真源大道的交口，此處是南環(huán)河的起點位置，此處的水面也存在不少的漂浮物，會對該河水質(zhì)產(chǎn)生影響。育英河監(jiān)測點大多為輕度污染，育英河周邊存在不少的小區(qū)住宅樓，沿岸還存在一處正在施工的工地，這些都會成為污染育英河的水質(zhì)的重要因素；德正河1#、3#、8#、11#和12#點水質(zhì)好，13#點評價為中度污染，其余水質(zhì)級別為輕度污染，其中13#取樣點位于向陽大道與錦繡大道交口的東側(cè)，此處存在一處排污口，判斷是該監(jiān)測點評價為中度污染的主要原因。但德正河1#、3#、8#、11#和12#取樣點水質(zhì)評價達到好的標準，本文認為與途中經(jīng)過錦繡河濕地公園、德園等濕地有關，濕地對水體起到一定程度的凈化作用，從而改善水質(zhì)?？傮w上看，三條河綜合污染指數(shù)評價均為輕度污染，其中德正河的水質(zhì)相較于南環(huán)河和育英河更好。

表6 南環(huán)河綜合污染指數(shù)法計算結(jié)果

表7 育英河綜合污染指數(shù)法計算結(jié)果

表8 德正河綜合污染指數(shù)法計算結(jié)果

2.3 黑臭水體分析

三條河各監(jiān)測斷面黑臭水體特征指標的檢測結(jié)果如表9 所示。南環(huán)河的透明度有兩個點（3#點和7#點）屬于輕度黑臭水體，3#取樣點位于渦陽規(guī)劃二路和真源大道交口，此處有一處排污口，此處的水質(zhì)肉眼可見存在漂浮物，水質(zhì)略顯渾濁，主要是由于周邊的建筑排放污水的影響。7#取樣點處存在大量的懸浮物，判斷是由于此處土坡阻礙，所取水樣存在少量的沉淀。

表9 三條河各監(jiān)測斷面黑臭水體特征指標檢測表

育英河3#、4#、5#、6#取樣點的透明度均達到輕度黑臭等級。其中，育英河6#點處河水氣味非常重，河道北面存在施工項目部排污，東面存在小區(qū)住宅。此處的河水取樣存在大量的沉淀物，河水的氣味偏臭。

德正河3#、5#、6#、7#、8#、10#取樣點的透明度也達到輕度黑臭等級。其中，德正河7#點位于錦繡大道和天靜宮路交叉口的西側(cè)，該位置存在一處排污口，此處排污口排出的污水經(jīng)過岸邊土體使得土體的顏色呈現(xiàn)白色，同時此處的河水氣味較臭，初步鑒定此處的排污口類似于化工排污，對此處的河水水質(zhì)影響偏大。

三條河溶解氧和氨氮含量均未達到黑臭水體的標準，這與水體中存在大量藻類有關。藻類生長吸收氮磷，且藻類的光合作用提升了水體的溶解氧含量[15]。氧化還原電位所有點的指標均屬于輕度黑臭水體。綜合分析可得三條河水體均屬于輕度黑臭，水體流動性差，COD 含量高，局部易產(chǎn)生厭氧反應，誘發(fā)成為黑臭水體[16]。

2.4 三種方法比較與討論

三條河單因子評價與綜合污染指數(shù)法的評價結(jié)果對比如圖5。由圖5 可以看出，有個別斷面兩種方法評價結(jié)果存在較大差異，如南環(huán)河2#、3#，育英河1#、4#與德正河6#、14#，這些斷面的綜合污染指數(shù)分別為0.47、0.46，0.41、0.43 與0.41、0.42，皆屬于輕度污染且指數(shù)較低，但它們的單因子評價均為劣Ⅴ類。存在差異的原因主要在于這些斷面的COD 單因子評價均為劣Ⅴ類，但其他指標污染指數(shù)總體較低，平均后得到較低的綜合污染指數(shù)?？梢园l(fā)現(xiàn)單因子評價法更適用于評價水質(zhì)指標優(yōu)劣程度較穩(wěn)定的流域，從而降低最差指標對評價結(jié)果的影響，而三條河COD 含量嚴重超標，若采用單因子評價法直接進行評價則會過度突出單一最差指標，使結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。綜合污染指數(shù)法有效克服了單一指標對水體質(zhì)量評價的局限性，考慮到了不同指標對水質(zhì)評價的不同影響，使得評價結(jié)果更為綜合，與水質(zhì)實際狀況更為符合，從而更適用于不同河流水質(zhì)評價對比，這也與前人的研究結(jié)論較為一致[17-18]。黑臭水體評價法相對于單因子評價法與綜合污染指數(shù)法評價指標較少，對水質(zhì)分析的全面性較弱，但通過分析四種特征指標，可準確劃分水體黑臭等級，并對水體進行成因分析，為解決水體黑臭問題提供有效參考。

圖5 三條河各監(jiān)測斷面綜合污染指數(shù)和單因子評價類別

3 結(jié)論與建議

研究選擇了渦陽縣城區(qū)范圍內(nèi)三條典型河流為研究對象，采用了三種水質(zhì)評價的方法進行水質(zhì)評價，并對結(jié)果進行形成性分析，主要得出以下結(jié)論：

（1）單因子評價結(jié)果表明，三條河水質(zhì)均為劣Ⅴ類，主要原因是COD 超標嚴重；綜合污染指數(shù)法結(jié)果顯示，南環(huán)河8#和9#水質(zhì)為中度污染級別，4#水質(zhì)好，其余均為輕度污染，育英河監(jiān)測點大多為輕度污染，德正河1#、3#、8#、11#和12#點水質(zhì)好，13#點評價為中度污染，其余水質(zhì)級別為輕度污染，總體上看，三條河水質(zhì)級別均為輕度污染，德正河的水質(zhì)較好于南環(huán)河和育英河。

（2）根據(jù)《安徽省城市黑臭水體治理技術導則》（2019）對三條河的黑臭水體等級進行劃分，三條河水體均屬輕度黑臭。劃分為輕度黑臭的三條河水體有向重度黑臭轉(zhuǎn)化的趨勢。

綜合水質(zhì)分析結(jié)果提出水質(zhì)管控和提升建議：

（1）現(xiàn)狀建成區(qū)排水管網(wǎng)覆蓋率約為65%，老城區(qū)排水系統(tǒng)為雨污合流制，新城區(qū)雨水基本順地勢就近排入附近水體。應對污水收集管網(wǎng)進行完善，加快雨污混接排查和雨污分流改造工程；做好截污控源工作，對原有排污口，設置截流干管，進行截污納管處理；增設一些海綿設施，對初期雨水進行削減和凈化處理，以控制面源污染帶來的COD和SS 等污染物進入水體。

（2）渦陽縣城雖有較多的河道水體，但也存在一定程度的黑臭、淤塞等問題。建議將縣城內(nèi)水系河流相互連通，城內(nèi)水系與城外渦河水系有預處理的連接（可設置一些濕地過濾設施等凈化處理設施），以增強縣城內(nèi)水系的流動性，提升水體溶解氧，加大河道水流速度，加速擴散，從而減少污染物堵塞河道。

（3）適當增加河道生態(tài)處理設施，類似錦繡濕地公園和德園等濕地和生態(tài)修復設施，逐漸改善河道內(nèi)部的生態(tài)環(huán)境，提升河流水體的自凈能力。

（4）加強河道水系環(huán)境管理，嚴禁排污，定期清理水面漂浮物，充分發(fā)揮“河長”的監(jiān)管力度；加強水環(huán)境重要性宣傳，鼓勵公眾參與到河道管理中，避免將生活垃圾隨意丟于水體周邊。