泵站放江行為對(duì)城市中小河道水質(zhì)的影響

孫吉萌，許錫煒，金 星

(上海市楊浦區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，上海 200093)

1 研究背景

楊浦區(qū)污水管系統(tǒng)較為老舊，為雨污合流系統(tǒng)，因此在汛期時(shí)，沿河市政泵站在開(kāi)啟泵站放江時(shí)會(huì)將大量的生活污水同時(shí)排入河道中[1-2]。

本研究在放江前后檢測(cè)水體理化性質(zhì)，闡明放江行為對(duì)水體環(huán)境的影響，可用于描述放江行為對(duì)河道水體環(huán)境的影響，有助于為其他相關(guān)研究和政府決策提供參考。

2 材料與方法

河道位于上海市區(qū)楊浦區(qū)北部。沿途有六個(gè)泵站，每處泵站都設(shè)有涵洞，在汛期時(shí)，向河道放江，用于排除道路積水。

2.1 采樣點(diǎn)位

采樣點(diǎn)位布設(shè)見(jiàn)圖1和表1所示，自上游至下游分別設(shè)四個(gè)采樣點(diǎn)。于2021年7月(汛期)和 2021年9月(臺(tái)風(fēng))采集地表水及沉積物樣品，地表水采樣根據(jù)《水質(zhì)采樣方案設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(HJ 495-2009)的規(guī)定。

圖1 采樣點(diǎn)位、泵站點(diǎn)位與地表水自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)示意圖

表1 采樣點(diǎn)位信息

2.2 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

選取COD、氨氮作為主要水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，其中，COD 采用哈希(HACH)法(DR6000，美國(guó)哈希公司)測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)用多參數(shù)手持式水質(zhì)檢測(cè)儀(PRODSS,美國(guó)YSI公司)監(jiān)測(cè)pH、溫度、溶解氧(DO)、氧化還原電位(ORP)等。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析及處理均通過(guò)Excel 2016、Origin 2021b及SPSS 26.0完成。地理信息通過(guò)ArcGIS 10.6完成。

3 水環(huán)境質(zhì)量狀況

3.1 2021年1-10月自動(dòng)站水質(zhì)變化

pH值、濁度、溶解氧、總氮、氨氮、總磷、COD在觀測(cè)周期內(nèi)的值分別為3.94～9.19 NTU、0.6～99.9 NTU、0.00～9.93 mg/L、0.00～9.97 mg/L、0.00～9.61 mg/L、0.00～1.77 mg/L、1.99～99.7 mg/L，在304天的觀測(cè)日均值數(shù)據(jù)中，pH值超標(biāo)1天，溶解氧超標(biāo)215天，氨氮超標(biāo)103天，總磷超標(biāo)82天。

圖2 2021年1～10月楊浦區(qū)降水量及自動(dòng)站水質(zhì)變化

由圖2可以看出，降水事件后，往往伴隨著溶解氧、pH的降低和氨氮、總磷、總氮等指標(biāo)的升高，這可能是由于降水引發(fā)的地表徑流和汛期放江共同作用引起的，這一點(diǎn)也在諸多文獻(xiàn)研究中得到證實(shí)[3-6]。

為了更好地研究降水事件(放江事件)對(duì)受納水體水質(zhì)的影響，我們自創(chuàng)了事件累積污染指數(shù)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明：

(1)根據(jù)我們定義的事件，選取出一定日期內(nèi)足夠數(shù)量的樣本，用于獲取數(shù)據(jù)及后續(xù)的統(tǒng)計(jì)分析；

(2)定義事件的窗口期，通常為事件日(t0)的前后數(shù)天[tn,tk]；

(3)計(jì)算事件窗口期中每日的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)限值之間的差值(Cti=Ci-Bi)；

(4)在此基礎(chǔ)上計(jì)算每日的累積污染指數(shù):

以幾場(chǎng)降水(2月11日、2月26日、3月16日、5月4日、7月3日、7月24日、9月12日、9月29日)進(jìn)行說(shuō)明，結(jié)果見(jiàn)表2和圖3所示，圖3中大部分曲線(xiàn)顯示出三個(gè)有明顯區(qū)分的部分：(1)在事件發(fā)生前的上升(溶解氧)或者下降(氨氮)部分，這表明事件發(fā)生前，水體環(huán)境處于良好的狀態(tài)；(2)在事件當(dāng)天(t0)或者事件前一天(t-1)(這可能取決于是當(dāng)日放江還是提前放江)水質(zhì)會(huì)明顯地惡化，具體表現(xiàn)在，溶解氧的事件累積污染指數(shù)曲線(xiàn)出現(xiàn)向下的拐點(diǎn)，氨氮的事件累積污染指數(shù)曲線(xiàn)出現(xiàn)向上的拐點(diǎn)，而這種惡化往往會(huì)持續(xù)大約一周甚至數(shù)周時(shí)間；(3)當(dāng)再次出現(xiàn)拐點(diǎn)時(shí)，則意味著污染事件對(duì)環(huán)境影響的結(jié)束。

在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，事件累積污染指數(shù)可以用來(lái)衡量某一事件對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。

圖3 幾次典型降水的事件累積污染指數(shù)曲線(xiàn)

表2 事件累積污染指數(shù)

3.2 研究期間兩次放江后河道水質(zhì)變化

本研究于2021年7月(汛期)和 2021年9月(臺(tái)風(fēng))采集了兩輪河道地表水樣品，其中7月2日，9月7日，9月8日，9月9日為放江事件，結(jié)果見(jiàn)圖4所示。

圖4 兩次放江后水質(zhì)變化

由圖4可以看出，放江后，泵站釋放大量的污染物到受納水體中，河道整體ORP急劇下降，由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化成厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致水體中溶解氧驟降且數(shù)值相近，同時(shí)各采樣斷面pH下降，氨氮、COD上升。7月在放江3天至1周后，河道水質(zhì)各指標(biāo)總體趨于平緩且恢復(fù)至V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，9月在放江1～2周后，河道水質(zhì)各指標(biāo)方趨于平緩且恢復(fù)至V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，這可能是由于9月放江持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且放江量大導(dǎo)致的。

4 結(jié) 論

降水事件后，往往伴隨著溶解氧、pH的降低和氨氮、總磷、總氮等指標(biāo)的升高，這可能是由于降水引發(fā)的地表徑流和汛期放江共同作用引起的。

為了更好地研究降水事件(放江事件)對(duì)受納水體水質(zhì)的影響，我們自創(chuàng)了事件累積污染指數(shù)來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，在事件當(dāng)天(t0)或者事件前一天(t-1)(這可能取決于是當(dāng)日放江還是提前放江)水質(zhì)會(huì)明顯地惡化，具體表現(xiàn)在，溶解氧的事件累積污染指數(shù)曲線(xiàn)出現(xiàn)向下的拐點(diǎn)，氨氮的事件累積污染指數(shù)曲線(xiàn)出現(xiàn)向上的拐點(diǎn)，而這種惡化往往會(huì)持續(xù)大約一周甚至數(shù)周時(shí)間。在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，事件累積污染指數(shù)可以用來(lái)衡量某一事件對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響。

放江后，泵站釋放大量的污染物到受納水體中，河道整體ORP急劇下降，由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化成厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致水體中溶解氧驟降且相近，同時(shí)各采樣斷面pH下降，氨氮、COD上升。