河南省湖庫型飲用水源地水質(zhì)安全評價

陶 冶，崔 楷，楊子彥，鄔紅娟

(1.華中科技大學環(huán)境科學與工程學院，湖北 武漢430074；2.河南省環(huán)境保護廳環(huán)境監(jiān)控中心，河南 鄭州450004； 3.華北水利水電大學管理與經(jīng)濟學院，河南 鄭州 450046；4.華北水利水電大學環(huán)境與市政工程學院，河南 鄭州450011)

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河南省湖庫型飲用水源地水質(zhì)安全評價

陶 冶1,2，崔 楷3，楊子彥4，鄔紅娟1

(1.華中科技大學環(huán)境科學與工程學院，湖北 武漢430074；2.河南省環(huán)境保護廳環(huán)境監(jiān)控中心，河南 鄭州450004； 3.華北水利水電大學管理與經(jīng)濟學院，河南 鄭州 450046；4.華北水利水電大學環(huán)境與市政工程學院，河南 鄭州450011)

根據(jù)河南省2012年8月到2013年8月監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對河南省6個日供水量10萬t以上湖庫型水源地的水質(zhì)、生物毒性、富營養(yǎng)化狀況進行分析。結(jié)果表明：水質(zhì)總體狀況良好，6個湖庫型水源地營養(yǎng)狀態(tài)均為中度營養(yǎng)，沒有富營養(yǎng)化狀況的發(fā)生；生物毒性發(fā)光抑制率均小于30%，表現(xiàn)為無毒或低毒，符合水源地安全性要求。

湖庫；飲用水源地；水質(zhì)評價；河南

飲用水安全與人民群眾的生命健康息息相關，是一件關系到社會政治穩(wěn)定的民生大事[1]。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市規(guī)模的擴大，工業(yè)和生活污水的大量排放，使水環(huán)境污染問題變得日益嚴重，已經(jīng)直接影響到生活飲用水和城市集中供水的安全，而且突發(fā)性環(huán)境污染事故時有發(fā)生，對水生態(tài)系統(tǒng)和人體健康構(gòu)成了嚴重的威脅[2]。因此，為了保證飲用水的安全，需要利用現(xiàn)代化環(huán)境監(jiān)控手段，對水源地水質(zhì)進行在線實時監(jiān)測。傳統(tǒng)的理化監(jiān)測手段在面對突發(fā)性水污染事故時，不能快速有效地檢測到所有的毒性物質(zhì)，出現(xiàn)漏檢而造成危害的可能性較大；而且也不能直接說明各種有毒物質(zhì)混合后對生物體和人體產(chǎn)生的拮抗作用、復合作用等影響，無法有效判斷污染物對人體健康、生態(tài)環(huán)境的危害程度[3]。利用生物毒性在線監(jiān)測可以實現(xiàn)對水源地水質(zhì)毒性的實時監(jiān)測，當水質(zhì)情況出現(xiàn)惡化時，可以實現(xiàn)快速的預警，保證水質(zhì)安全，避免可能產(chǎn)生的嚴重后果。目前該監(jiān)測技術(shù)已在國內(nèi)許多地區(qū)和領域得到推廣，被應用于飲用水[4，5]、工業(yè)廢水[6]、生活污水[7]和其他環(huán)境水體[8]中，從而彌補了傳統(tǒng)水質(zhì)評價方法的不足。2012年Toxcontrol 生物綜合毒性監(jiān)測系統(tǒng)應用于天津市飲用水源地，王海英等[4]根據(jù)與毒性監(jiān)測同步進行的其他4項水質(zhì)指標，判斷出所取位點水體質(zhì)量達到生活飲用水質(zhì)要求，其結(jié)果與 TOXcontrol 生物綜合毒性監(jiān)測儀所監(jiān)測的結(jié)果相一致；蔣增輝等[5]運用生物毒性監(jiān)測儀，對上海市黃浦江上游水源地各斷面污染程度進行分析，并提出水源地突發(fā)性水污染事件分級標準。河南省于2009年建成了全省范圍內(nèi)的水質(zhì)自動監(jiān)控系統(tǒng)，對全省14個日供水量10萬t以上的集中式地表水飲用水水源地實施了在線實時監(jiān)控。本研究根據(jù)2012年8月到2013年8月6個湖庫型水源地的生物毒性(Toxicity)、總磷(TP)、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)等5類指標的在線實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對其進行分析，旨在了解各水源地在不同時期的水質(zhì)狀況，在豐水期、平水期、枯水期的毒性指標分布規(guī)律，對水源地的生物毒性狀況進行分析，為河南省飲用水源地水質(zhì)生物綜合毒性分級評價標準和應急預警系統(tǒng)的建立提供依據(jù)。

1 水源地概況

河南省是全國水資源嚴重短缺的省份之一。水資源分配嚴重不均衡，西南山丘區(qū)多，東北平原區(qū)少。全省境內(nèi)共規(guī)劃集中式飲用水源地113個，其中地下水型飲用水源地 72個、地表水型飲用水源地41個(湖庫型飲用水源地 26個)。全省施行實時在線監(jiān)控的日供水量10萬t以上的集中式地表水飲用水水源地14個。其中，湖庫型飲用水源地有三門峽朱乙河水庫、鶴壁寒坡洞水庫、鶴壁盤石頭水庫、平頂山白龜山水庫、信陽南灣水庫、駐馬店板橋水庫共6個。

2 評價方法

2.1 單因子評價

以《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)為依據(jù)，采用單因子評價法對各水源地的水質(zhì)情況進行分析。參與單因子評價的指標有總磷(TP)、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)。

2.2 富營養(yǎng)化評價

水體的營養(yǎng)狀態(tài)受多種因素的影響和控制，各參數(shù)之間相互影響，相互制約。雖然根據(jù)單一參數(shù)對水體進行富營養(yǎng)化評價具有指標簡單、明確等特點，但這種評價不能反映出水體真實的營養(yǎng)狀態(tài)，需要對富營養(yǎng)化程度進行多種參數(shù)的綜合評價。因此，中國學者提出了相關加權(quán)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[9]，該評價方法是根據(jù)各參數(shù)與基準參數(shù)的相關性，對不同參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)進行適當加權(quán)，用加權(quán)后的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來判斷水體的營養(yǎng)狀態(tài)。本文采用TP、TN和CODMn3項指標分析。

(1)

式中：TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的相關權(quán)重。

TLI(j)為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，計算公式為：

(2)

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對水體的營養(yǎng)狀態(tài)進行分級(表1)。在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，水體的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)值越高，說明其營養(yǎng)程度越嚴重。

表1 湖泊水庫營養(yǎng)狀態(tài)分級標準

2.3 水質(zhì)安全性評價

采用生物毒性評價法[10]，對各水源地的水質(zhì)安全進行分析評價。選用TOXcontrol4.40 型在線生物毒性監(jiān)測系統(tǒng)(荷蘭MicroLan公司)，該系統(tǒng)采用發(fā)光細菌綜合毒性檢測方法[11]，全自動在線監(jiān)測水體的生物毒性。毒性物質(zhì)的生物毒性通常用EC50來表示，即發(fā)光細菌的發(fā)光抑制率50%相對應的毒性物質(zhì)的濃度。在數(shù)據(jù)處理過程中，對于樣品毒性太大，則用對細菌抑制率100%來表示；如果毒性太小，沒有達到50%的抑制率則直接用抑制率來表示。根據(jù)自動監(jiān)控設備使用手冊(TOXcontrl Manual versie 4.40)和國際標準ISO 11348的推薦，選用生物毒性30%作為水質(zhì)生物毒性報警限值。因此，測試水樣的生物毒性在30%以下一般可認為無毒或低毒。

3 水源地水質(zhì)評價結(jié)果與分析

河南省6個日供水量10萬t以上的湖庫型飲用水水源地的水質(zhì)評價數(shù)據(jù)，來源于各飲用水源地在2012年8月至2013年8月的在線監(jiān)控數(shù)據(jù)，主要包括Toxicity、TP、CODMn、NH3-N、TN等5項指標。各水源地的水質(zhì)評價結(jié)果見圖1～圖6。

圖1 三門峽朱乙河水庫的水質(zhì)評價

圖2 鶴壁寒坡洞水庫的水質(zhì)評價

圖3 鶴壁盤石頭水庫的水質(zhì)評價

圖4 平頂山白龜山水庫的水質(zhì)評價

3.1 水質(zhì)評價

利用水源地2012年8月—2013年8月期間在線自動監(jiān)控數(shù)據(jù)對TP、CODMn、NH3-N和TN進行單因子評價，結(jié)果顯示在監(jiān)測時間段內(nèi)，三門峽朱乙河水庫、鶴壁寒坡洞水庫、鶴壁盤石頭水庫、平頂山白龜山水庫、信陽南灣水庫和駐馬店板橋水庫這6個湖庫型水源地的TP、COD濃度和NH3-N濃度均達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)II類水質(zhì)要求，整體水質(zhì)合格。其中鶴壁盤石頭水庫和信陽南灣水庫水源地的這3項指標與其他水源地相比，濃度相對較低，水質(zhì)更好。但是6個水源地的TN濃度只達到了III類水質(zhì)的要求，且監(jiān)測時間內(nèi)，部分月份的TP濃度超標，但超標幅度不大。造成這種現(xiàn)象的原因可能是飲用水源地周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用化肥和農(nóng)藥，以及農(nóng)作物秸稈和枯枝爛葉被雨水沖涮帶入湖庫，造成總磷濃度增高，或者是個別水源地管理不嚴格，附近居民在近岸從事洗衣、游泳、垂釣等活動，造成了一定程度的污染。

圖5 信陽南灣水庫的水質(zhì)評價

圖6 駐馬店板橋水庫的水質(zhì)評價

3.2 富營養(yǎng)化評價

根據(jù)上述方法算出河南省6個湖庫型水源地1個監(jiān)測年的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，評價結(jié)果如表2所示。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評價的結(jié)果顯示，三門峽朱乙河水庫、鶴壁寒坡洞水庫、鶴壁盤石頭水庫、平頂山白龜山水庫、信陽南灣水庫和駐馬店板橋水庫這6個水源地的富營養(yǎng)化指數(shù)分別為39.54、36.42、37.47、37.22、36.44和36.65。數(shù)值都在30～50之間，屬于中營養(yǎng)水平，水質(zhì)良好，均符合飲用水水源地水質(zhì)要求。

表2 湖庫型水源地富營養(yǎng)化評價

3.1 水質(zhì)安全性評價

由圖1～圖6可以看出，在2012年8月—2013年8月的1個監(jiān)測年中，三門峽朱乙河水源地的發(fā)光抑制率變化幅度不大，且均在零以下；鶴壁寒坡洞水庫水源地的發(fā)光抑制率呈波動性變化，數(shù)值在-17%～12%，平水期的發(fā)光抑制率為負；鶴壁盤石頭水庫水源地2012年的發(fā)光抑制率為負值，2013年水源地的發(fā)光抑制率為正值，且均未超過15%；平頂山白龜山水庫水源地除2013年2月外，水源地的發(fā)光抑制率均為負值；信陽南灣水庫和駐馬店板橋水庫水源地的發(fā)光抑制率也呈波動性變化，變化范圍分別為-15%～14%和-22%～10%。全省6個湖庫型飲用水源地生物毒性均小于30%，表現(xiàn)為無毒和低毒，符合水源地安全性要求。另外，三門峽朱乙河水庫和平頂山白龜山水庫全年發(fā)光細菌發(fā)光抑制率變化幅度較小，水質(zhì)生物毒性穩(wěn)定，并且在檢測結(jié)果中三門峽朱乙河水庫整個監(jiān)測年的生物毒性都在零以下。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是當水樣的毒性較小或者當水樣中沒有毒性物質(zhì)時，水樣中的某些營養(yǎng)物質(zhì)會使發(fā)光細菌的代謝活動增強，發(fā)光性能增加，所以水樣對發(fā)光細菌的抑制率會出現(xiàn)負值。

4 結(jié)論

1)河南省湖庫型水源地水質(zhì)總體狀況良好，3個出現(xiàn)超標情況的飲用水源地分別是三門峽朱乙河水庫、鶴壁寒坡洞水庫、平頂山白龜山水庫；6個湖庫型水源地營養(yǎng)狀態(tài)均為中度營養(yǎng)，沒有富營養(yǎng)化狀況的發(fā)生。

2)在2012年8月—2013年8月的1個監(jiān)測年中，6個湖庫型水源地發(fā)光抑制率均小于30%，表現(xiàn)為無毒或低毒，符合水源地安全性要求。三門峽朱乙河水庫和平頂山白龜山水庫的生物毒性監(jiān)測結(jié)果中發(fā)現(xiàn)部分月份發(fā)光抑制率小于零，而三門峽朱乙河水庫整個監(jiān)測年的生物毒性都在零以下，可能是當水樣的毒性較小或者當水樣中沒有毒性物質(zhì)時，水樣中的某些營養(yǎng)物質(zhì)使發(fā)光細菌的發(fā)光性能增加。

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(責任編輯：蔣國良)

Assessment of water quality in lake/reservoir-based drinking water sources in Henan Province

TAO Ye1,2, CUI Kai3, YANG Ziyan4, WU Hongjuan1

(1.School of Environmental Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074, China; 2.Department of Environmental Protection of Henan Province, Zhengzhou 450004, China； 3.School of Management and Economics， North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046, China； 4.School of Environment and Municipal Engineering,North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450011, China)

The on-line monitoring data of 6 lake/reservoir-based drinking water sources (daily water supply more than 100 000 ton) from August 2012 to August 2013 were used to evaluate the water quality, biological toxicity and eutrophication status. The results showed that the overall source water quality was good, with only 3 reservoirs having excessive phosphorus contents. In addition, the results suggested that 6 lake reservoirs were mesotrophic and none appeared eutrophication, and all the tested toxicities were lower than 30%, which meets the security requirements of water sources.

lake and reservoir; drinking water sources; water quality assessment； Henan

2015-01-12

河南省軟科學研究計劃項目(142400410443)

陶 冶(1966-)，男，河南鄲城人，博士研究生，從事水處理技術(shù)和環(huán)境生物工程方面的研究。

鄔紅娟(1960-)，女，湖北武漢人，教授。

1000-2340(2015)04-0505-06

X131.2

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