沙河水質(zhì)環(huán)境因子時(shí)空分布及污染評(píng)價(jià)

李瑤　閆麗　楊超臣　侯曉龍　張碧函　劉盼　姚新悅　肖國華

摘要：于2018—2020年春、夏、秋三季對(duì)沙河河水進(jìn)行水質(zhì)調(diào)查檢測，并對(duì)其作出污染綜合評(píng)價(jià)。采用單因子評(píng)價(jià)法，并結(jié)合相關(guān)污染指數(shù)分析了污染情況，包括均值和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，選擇總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、BOD54個(gè)監(jiān)測指標(biāo)作為評(píng)估依據(jù)，對(duì)沙河河水進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，均值綜合指數(shù)平均值為0．68，內(nèi)梅羅綜合指數(shù)平均值為1.3。綜合這兩種評(píng)價(jià)方法，沙河水質(zhì)環(huán)境整體表現(xiàn)為輕度污染狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：沙河；水質(zhì)；環(huán)境因子；污染綜合評(píng)價(jià)

河流環(huán)境污染是全球范圍內(nèi)普遍存在的環(huán)保問題［1—2］，由于中國的高速發(fā)展，不少河流在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響下遭受了各種程度的環(huán)境污染，不僅降低了水質(zhì)，而且污染了底泥，河流環(huán)境在水體環(huán)境中占據(jù)著重要地位，作為廢水的最后收集地，會(huì)直接影響到水體環(huán)境的恢復(fù)［3—4］。因此，為了對(duì)阜平沙河地區(qū)水體情況綜合調(diào)查，以對(duì)沙河河水調(diào)查與監(jiān)測為數(shù)據(jù)，對(duì)沙河水質(zhì)作出了相應(yīng)的評(píng)估，這不僅對(duì)了解該水域的生態(tài)環(huán)境的變化狀況有重要意義，并且可為沙河水域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與修復(fù)提供依據(jù)。

1 材料和方法 1.1 研究區(qū)域概況

沙河發(fā)源于山西省繁峙縣東白坡頭，流經(jīng)多個(gè)區(qū)域，包括吳王口和五丈灣等，最終到達(dá)王快水庫，沙河主要處于曲陽交界位置。根據(jù)相關(guān)資料，分析了相應(yīng)的形態(tài)特征，結(jié)合交通情況和人類干擾等，以這些作為主要影響因素合理設(shè)置了站點(diǎn)，將一些具有代表性的河段斷面選取出來，評(píng)估空間距離是否合適，采取了野外取樣調(diào)查方式，之后合理設(shè)置了站位，共6個(gè)，見表1。

1.2 調(diào)查取樣時(shí)間

2018—2020年春、夏、秋三季進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查取樣，總計(jì)8次。

1.3 樣品采集與檢測

從沙河干流區(qū)域采集了水樣，采集范圍包括上游（冀晉交界）以及下游（王快水庫人口），設(shè)置了6個(gè)采樣點(diǎn)獲取樣品，同時(shí)采集區(qū)域集中在河道中心。采集完成后依據(jù)相應(yīng)的測試指標(biāo)，并依據(jù)《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》第三部分［6］相關(guān)要求，選擇合適的保護(hù)劑并將其添加到樣品中，在實(shí)驗(yàn)室完成樣品測試工作，水質(zhì)檢測方法見表2。

2 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

鑒于目前沙河流域是王快水庫的主要補(bǔ)水河流，中上游水量相對(duì)充沛，但仍有部分流域穿越村莊，造成污染。因此，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002），應(yīng)用綜合指數(shù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)，包括單因子、均值和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)［8］。將單因子評(píng)價(jià)法與綜合指數(shù)法相結(jié)合，較為客觀地評(píng)價(jià)了農(nóng)村小型集中式供水水質(zhì)狀況，避免采用單一評(píng)價(jià)因子反映整體水質(zhì)，使得評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確度大大提升。

2.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法采用單監(jiān)測項(xiàng)目污染指數(shù)表示，其值為某一水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)的測定值與執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)水質(zhì)類別的該項(xiàng)目的限定值之間的比值，其中pH值和溶解氧除外。計(jì)算表達(dá)式：

式中：P，為單因子污染指數(shù)；a；為某一水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)的測定值；a為該標(biāo)準(zhǔn)的限定值。

2.2 均值綜合指數(shù)法

本文研究的均值綜合污染指數(shù)法是指算術(shù)平均值的綜合污染指數(shù)，是對(duì)水質(zhì)的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，盡量規(guī)避了單一監(jiān)測項(xiàng)目數(shù)據(jù)對(duì)水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的影響（見表3），同時(shí)降低了水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常造成的整體評(píng)價(jià)誤差［10］。計(jì)算表達(dá)式：

式中：P為均值綜合污染物指數(shù)；P，為單因子污染指數(shù)；n為參與評(píng)價(jià)的監(jiān)測項(xiàng)目個(gè)數(shù)。

2.3 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法

在國內(nèi)外，廣泛采用了這種指數(shù)法，可應(yīng)用于綜合污染的評(píng)估（見表4）。該方法根據(jù)各監(jiān)測項(xiàng)目的污染指數(shù)，并計(jì)算出相關(guān)參數(shù)。這種方法的應(yīng)用特征在于確定環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，并突出顯示出其中的最大值，同時(shí)能夠?qū)⑵骄悼紤]在內(nèi)，主要集中于監(jiān)測項(xiàng)目，并確定最大污染項(xiàng)目，在此基礎(chǔ)上評(píng)估該項(xiàng)目對(duì)水質(zhì)的影響。計(jì)算表達(dá)式：

式中：Pn、P1和P。為內(nèi)梅羅、均值以及單因子綜合污染指數(shù)，最后一項(xiàng)為最大值。

3 結(jié)果與討論

3.1 水質(zhì)環(huán)境調(diào)查檢測結(jié)果

2018—2020年水環(huán)境監(jiān)測要素評(píng)價(jià)：沙河流域水質(zhì)pH值平均值為8.53，變化范圍為7.79～8.96，符合地表水環(huán)境質(zhì)量II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；溶解氧平均值為8.52mg／L，變化范圍為5.75～13.65mg／L，符合地表水環(huán)境質(zhì)量III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；BOD5平均值為1.56mg／L，變化范圍為0.36～4.08mg／L，符合地表水環(huán)境質(zhì)量II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；總氮平均值為3.71mg／L，變化范圍為1.244～5.569mg／L，各監(jiān)測站位均超出地表水環(huán)境質(zhì)量II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；總磷平均值為0.04mg／L，變化范圍為0.026～0.088mg／L，各監(jiān)測站位均超出地表水環(huán)境質(zhì)量III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；硫化物平均值為0.02 mg／L，變化范圍為0.007～0.074mg／L，各監(jiān)測站位均超出地表水環(huán)境質(zhì)量II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。3.1.1 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法根據(jù)單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)，pH值、DO均符合地表水環(huán)境質(zhì)量II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余項(xiàng)目結(jié)果見表5。

3.1.2 均值綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法

根據(jù)單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果，結(jié)合沙河的水質(zhì)特點(diǎn)，選取總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、BOD5共4個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目的單因子指數(shù)作為均值綜合污染指數(shù)，沙河水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果見表6、圖1。

根據(jù)上述圖表所示，沙河2018年全年水質(zhì)狀況為中度污染—重污染，春、夏兩季為中污染，秋季處于重污染。2019年水質(zhì)春季處于輕度污染，2020年整體處于輕度污染。根據(jù)上表數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，主要污染物質(zhì)為總氮，僅在2019年夏季監(jiān)測P值小于1，其余時(shí)間均高于限定值。并且從中可以發(fā)現(xiàn)每年秋季的水質(zhì)環(huán)境劣于春、夏兩季，這一結(jié)果與李志林等［6］的調(diào)查原因基本一致，由于汛期的到來，導(dǎo)致秋季水質(zhì)劣于春、夏兩季。

3.1.3 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法根據(jù)單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法和均值綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果，以總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、BOD，共4個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目作為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)參評(píng)指數(shù)，沙河水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果見表7、圖2。

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，無論是通過各個(gè)季度，還是各個(gè)站點(diǎn)來看，沙河2018年度水質(zhì)劣于2019—2020年，甚至于從6個(gè)站點(diǎn)的調(diào)查結(jié)果來看2019—2020年度沙河水質(zhì)達(dá)到100％的清潔程度。

3.2 討論

從三年的連續(xù)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)沙河水質(zhì)有向好的方向發(fā)展趨勢(shì)，通過采取綜合評(píng)分法來對(duì)沙河水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，水質(zhì)評(píng)價(jià)在近幾年當(dāng)中從中度污染逐漸轉(zhuǎn)向輕度污染，但是還是達(dá)到了輕度富營養(yǎng)水平，劉捷等［9］對(duì)九洲江水質(zhì)進(jìn)行綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法研究，以9個(gè)采樣點(diǎn)作為監(jiān)測斷面，得出九洲江支流的主要污染來源在于畜禽養(yǎng)殖廢水。ZHONG等［0通過采取多元化統(tǒng)計(jì)方法分析八里湖水質(zhì)情況，認(rèn)為水質(zhì)逐漸優(yōu)化的主要原因是周圍綠化環(huán)境的改變，植被的增多及良好培養(yǎng)也促進(jìn)了八里湖水質(zhì)的污染治理。從中可以發(fā)現(xiàn)沙河水質(zhì)沒有重大污染因子，但在檢測過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)夏季總氮、總磷含量較高，這兩種元素有利于沙河浮游植物的生長，加強(qiáng)了植物的光合作用，同時(shí)也增加了水體當(dāng)中的溶氧含量變化，在一定程度上促進(jìn)了浮游生物的生長代謝，破壞了水體環(huán)境的微生態(tài)平衡，也加大了水體氨氮的含量，多方面因素導(dǎo)致沙河透明度降低。

4 結(jié)論

本研究對(duì)沙河水質(zhì)的16項(xiàng)生化因子進(jìn)行調(diào)查、檢測與分析，其中單因子評(píng)價(jià)中總氮超標(biāo)，超標(biāo)率達(dá)到100％，可能會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，對(duì)水體造成威脅，其余指標(biāo)全部在地表水環(huán)境質(zhì)量II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以上。均值綜合指數(shù)平均值為0.68，其中2018年秋季最高，為1.12，2019年夏季最低，為0.34，總體表現(xiàn)為輕度污染。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)平均值為1.3，其中2018年秋季最高，為2.15，2020年夏季最低，為0.90，總體表現(xiàn)為輕度污染。2018年秋季水質(zhì)較差主要是汛期的到來，泥土的沖擊致使水質(zhì)劣于其他時(shí)期。通過比較國內(nèi)外應(yīng)用綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法和實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，沙河水質(zhì)的污染大部分原因來自于人為的干擾導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，氮、磷指數(shù)個(gè)別區(qū)域超標(biāo)［12］，對(duì)沙河水域環(huán)境造成一定的危害。

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Spatiotemporal distribution and pollution evaluationof Shahe River water quality and environmental factors

LI Yao1·2，Yan Li3，YANG Chaochen，HOU Xiaolong2，ZHANG Bihan，LIUPan，YAO Xinyue2，XIAO Guohua2·3

（1.College of Ocean science，Agricultural University of Hebei，Qinhuangdao 066000，China;

2.Hebei Ocean and Fishery Sciences Research Institute，Qinhuangdao 066200，China;

3.Key Laboratory of Marine Fishery Resources and Environment of Hebei Province，Qinhuangdao 066000，China）

Abstract：In this study，the water quality of Shahe River was investigated and tested in the spring，sum- mer and autumn between 2018 and 2020，and a comprehensive pollution evaluation was made. The rele- vant evaluation method was adopted，namely the single factor evaluation method，and analyzed the pol- lutionsituation，including the mean and nemeo comprehensive pollution index，and the total phosphor- us， total nitrogen， permanganate index and BOD monitoring index were selected as the evaluation basis to evaluate the water quality of Shahe River water. The mean composite index was 0. 68 and the Memero composite index was 1.3. CombinedI on these two evaluation methods，the overall water quali- ty environment of Shahe River is slightly polluted.

Key words：ShaheRiver;water quality; environmental factors; comprehensive pollution evaluation

（收稿日期：2022—08—23；修回日期：2023—05—25）