廣通河2012-2021年水質(zhì)評價分析

繆彥霞

(甘肅省臨洮水文站,甘肅 臨洮 730500)

0 引言

水乃萬物生存之根本,人類的生產(chǎn)生活都離不開水,尤其是在生活方面,水資源不僅關(guān)系著人類的生命健康,還影響著人類生命的延續(xù),但伴隨著人類生產(chǎn)生活的推進(jìn),水資源環(huán)境在不同程度上遭受著來自人類的“威脅”,為了保護(hù)人類賴以生存的水資源,我國政府相關(guān)部門不斷從各方面推進(jìn)水資源保護(hù)。本文以甘肅境內(nèi)的廣通河為研究對象,以廣通河流域三甲集水文站近十年來的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù),結(jié)合不同的水質(zhì)評價方法及污染因素,研究廣通河流域近年來水質(zhì)變化情況,并就需要完善的地方提出相應(yīng)建議,以期為廣通河水資源的保護(hù)提供參考。

1 廣通河流域概況

廣通河,黃河支流洮河的支流,位于甘肅省和政縣和廣河縣境內(nèi)。發(fā)源夏河縣境內(nèi)太子山北麓,河源高程3 600 m,上游稱新營河,由南向北東流,經(jīng)和政、廣河等縣,在廣河縣高家崖處注入洮河。廣通河流域主要有牙塘河、南岔河、達(dá)浪河、八峴河等主要支流組成,流域?yàn)樯刃?上游寬、下游窄,最大支流八峴溝在下游匯入,上游地處太子山林地,海拔在3 000 m以上、主峰在4 000 m以上,吊灘是暴雨中心,植被覆蓋較好,水源充沛,山地以外主要為黃土丘陵,中部為廣通河谷沖積平地、地面切割較零碎,下游八峴河植被很差,溝壑縱橫,水土流失極為嚴(yán)重,是廣通河的主要產(chǎn)沙區(qū)。河長88.5 km,河口高程1 799 m,平均比降8.65‰,流域面積1 573 km2,年平均徑流量2.746億 m3。廣通河流域和政、廣河兩縣是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)縣,廣通河水系,是兩縣人民生產(chǎn)生活的重要水資源。因此,為了保障流域附近人民生活的用水安全,對整個廣通河流域區(qū)域的水質(zhì)監(jiān)測就顯得尤為重要[1]。

2 三甲集水文站監(jiān)測數(shù)據(jù)選取

三甲集水文站設(shè)于1966年4月,位于甘肅省廣河縣三甲集鎮(zhèn),東經(jīng)103°44′09.17″,北緯35°33′16.16″。距離河口6.7 km,為黃河流域洮河水系廣通河下游控制站,擔(dān)負(fù)著搜集各項(xiàng)水文要素的重任。水質(zhì)監(jiān)測開始于2001年1月,監(jiān)測河段為買家集(62.5 km)入洮河口。監(jiān)測河段順直,周圍無雜物。本文選取的評價指標(biāo)為主要污染水體水質(zhì)的氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)( CODMn)、總磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)和化學(xué)需氧量(COD)。選用數(shù)據(jù)來源于甘肅省水環(huán)境監(jiān)測中心臨洮分中心,取2012-2021年三甲集監(jiān)測斷面全年的平均值(見表1)。

表1 2012-2021年三甲集監(jiān)測斷面水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 水質(zhì)監(jiān)測評價分析

3.1 水質(zhì)監(jiān)測項(xiàng)目

地表水主要監(jiān)測項(xiàng)目有水溫、氣溫、pH、電導(dǎo)率、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、氨氮、五日生化需氧量、總磷、總氮、氟化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物、氰化物、六價鉻、砷、汞、硒、鉛、鎘、鐵、錳、銅、鋅、鉀離子、鈉離子、鈣離子、鎂離子、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽氮、碳酸鹽、重碳酸鹽、總硬度、總堿度、糞大腸菌群、礦化度等40項(xiàng)。

3.2 水質(zhì)評價依據(jù)

水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)是水質(zhì)評價的依據(jù),不同的水體有不同的評價標(biāo)準(zhǔn),因此,在評價之前,首先要確定水體的功能及用途。廣通河屬于地表水范疇,其評價標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)。該標(biāo)準(zhǔn)將水體水質(zhì)可分為五類,廣通河三甲集監(jiān)測斷面主要污染水體評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值(見表2)。

表2 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值 mg/L

3.3 水質(zhì)評價方法

當(dāng)前,針對地表水水質(zhì)的評價方法有很多種,常見的有單因子評價法以及污染指數(shù)法等。單因子評價法又可分為標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法以及污染超標(biāo)倍數(shù)法;污染指數(shù)法又可以分為3種:有機(jī)污染綜合指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、均值污染綜合指數(shù)評價法。具體介紹如下。

3.3.1 單因子評價法[2]

為了了解廣通河水質(zhì)污染狀況,本文通過分析2012年-2021年廣通河三甲集監(jiān)測斷面大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的主要污染指標(biāo)氨氮、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷的年平均值繪制出各指標(biāo)隨年際的變化過程(圖1)。

圖1 廣通河三甲集斷面單一指標(biāo)年際變化

通過圖1得出:三甲集斷面氨氮濃度年平均值在0.559～0.900 mg/L之間,最大值出現(xiàn)在2012年,最小值出現(xiàn)在2017年,氨氮隨時間變化整體呈緩慢下降趨勢;溶解氧濃度年平均值在6.5～9.6 mg/L,最大值出現(xiàn)在2021年,最小值出現(xiàn)在2012年,溶解氧隨時間變化整體呈上升趨勢;高錳酸鹽指數(shù)濃度年平均值在1.88～2.71 mg/L之間,最大值出現(xiàn)在2012年,最小值出現(xiàn)在2021年,高錳酸鹽指數(shù)隨時間變化整體呈下降趨勢;總磷濃度年平均值在0.026～0.097 mg/L之間,最大值出現(xiàn)在2015年,最小值出現(xiàn)在2019年,總磷隨時間變化整體呈先下降后增加的趨勢。溶解氧濃度的最小值和氨氮、高錳酸鉀指數(shù)的最大值均出現(xiàn)在 2012年,溶解氧濃度的最大值和氨氮、高錳酸鉀指數(shù)的最小值均出現(xiàn)在2021年。結(jié)果表明:從檢測值的變化過程可以看出,隨著時間的推移溶解氧濃度增大的同時氨氮、高錳酸鉀指數(shù)以及總磷的濃度減小,廣通河水質(zhì)總體呈現(xiàn)越來越好的趨勢,主要原因是近年來,隨著生態(tài)文明建設(shè)的不斷加強(qiáng)和最嚴(yán)格水資源管理制度的落實(shí),黃河流域廣通河的水環(huán)境不斷得到改善。

為了研究流域水質(zhì)指標(biāo)變化特征,利用單因子評價法對2012-2021年汛期、非汛期及全年的水質(zhì)進(jìn)行評價(見表3)。

表3 三甲集斷面水質(zhì)評價結(jié)果表(單因子評價法)

通過對廣通河三甲集斷面2012-2021年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的單因子評價分析,可以看出非汛期>汛期,主要影響因素是氨氮,氨氮非汛期均值大于汛期均值,而高錳酸鹽指數(shù)、總磷等則是汛期>非汛期,這是因?yàn)榉茄雌诮邓繙p小,水位下降,對河道中污染物的稀釋能力降低、動物糞便排放等因素所致;而汛期降水較多,雨水匯流將大量污染物攜帶至河道,河水流動帶走部分污染物,河底浮游生物、魚類等增加耗氧量。

單因子評價方法是通過將水質(zhì)監(jiān)測各指標(biāo)的實(shí)測值與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)的標(biāo)準(zhǔn)限值相比較來判斷水質(zhì)類別;通過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中眾多的評價指標(biāo)的依次對比,選擇其中水質(zhì)評價等級最低的指標(biāo)類別作為該處斷面或水體的最終評價水質(zhì)等級。單因子評價指數(shù)越大,就表示該水質(zhì)指標(biāo)對水環(huán)境的污染程度越重,反之越輕。

(1)

式中:Pi表示第i個評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù);Bi表示第i個評價指標(biāo)的實(shí)測濃度值;Si表示第i個評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值

(2)

式中:Qi表示第i個評價指標(biāo)的倍數(shù);Bi表示第i個評價指標(biāo)的實(shí)測濃度值;Soi表示第i個評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。

3.3.2 污染指數(shù)法

(1)有機(jī)污染綜合指數(shù)法[3]:其主要是對水體中有機(jī)污染物的評價,例如五日生化需氧量、化學(xué)需氧量、氨氮以及溶解氧等,計算工作見式(3):

(3)

式中:A表示有機(jī)污染綜合指數(shù),BODi表示五日生化需氧量實(shí)測濃度,BODo為標(biāo)準(zhǔn)值,CDOi表示化學(xué)需氧量實(shí)測濃度,CDOo為標(biāo)準(zhǔn)值,NH3-Ni表示氨氮實(shí)測濃度,NH3-No為標(biāo)準(zhǔn)值,DOi表示溶解氧實(shí)測濃度,DOo為標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng) BOD5、COD、NH3-N 的實(shí)測值均超過各自的允許標(biāo)準(zhǔn),而 DO的實(shí)測值又低于其衛(wèi)生要求時,則A值必大于2,因此將A≥2定位為受到有機(jī)污染的標(biāo)志。具體分級標(biāo)準(zhǔn)(見表4)

表4 有機(jī)污染綜合評價水質(zhì)分級評判標(biāo)準(zhǔn)

按照有機(jī)污染綜合評價法的需求,三甲集監(jiān)測斷面選擇四個指標(biāo)作為水質(zhì)分析參數(shù),包括氨氮 (NH3-N) 、溶解氧(DO) 、五日生化需氧量( BOD5) 、化學(xué)需氧量(COD),為了便于分析,取廣通河三甲集監(jiān)測斷面2012年-2021年水質(zhì)濃度的年平均值作為分析數(shù)據(jù)(見表1)。本文采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中規(guī)定的Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作為污染指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值(表5)。

表5 三甲集監(jiān)測斷面水質(zhì)評價結(jié)果表(有機(jī)污染綜合指數(shù)法)

由表5可以看出有機(jī)污染綜合指數(shù)評價法中2012-2015年水質(zhì)狀況為較好,2016-2021年水質(zhì)狀況為良好,隨著時間變化整體呈逐漸減少的趨勢,水質(zhì)越來越好。

(2)內(nèi)梅羅指數(shù)法[4],其在國內(nèi)外水質(zhì)綜合評價中廣泛應(yīng)用,可應(yīng)用于綜合污染的評估(見表6)。

表6 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)大小與水質(zhì)關(guān)系

(4)

根據(jù)單因子指數(shù)評價法評價結(jié)果,選擇氨氮、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、總磷共4個監(jiān)測項(xiàng)目作為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)參評指數(shù),廣通河三甲集監(jiān)測斷面水質(zhì)評價結(jié)果(見表7)。

表7 三甲集監(jiān)測斷面水質(zhì)評價結(jié)果表(內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù))

由表7可以看出內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價法中2012-2021年整體水質(zhì)狀況為清潔,Fn值隨著年份增加整體逐漸減小,水質(zhì)也逐漸變好。

(3)均值綜合指數(shù)評價法[5]: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),是對水質(zhì)的多指標(biāo)綜合評價,盡量規(guī)避了單一數(shù)據(jù)指標(biāo)水質(zhì)綜合評價的影響,同時降低了水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常造成的整體評價誤差(見表8)。

表8 均值綜合污染物指數(shù)與水質(zhì)關(guān)系

(5)

式中:P為均值綜合污染物指數(shù);Pi為單因子污染指數(shù);n為參與評價的監(jiān)測項(xiàng)目個數(shù)。

根據(jù)廣通河三甲集斷面水質(zhì)特點(diǎn),選取主要污染指標(biāo)氨氮(NH3-N)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總磷(TP)3個監(jiān)測項(xiàng)目的單因子指數(shù)作為均值綜合污染指數(shù),三甲集斷面的水質(zhì)評價結(jié)果(見表9)。

表9 三甲集斷面水質(zhì)均值綜合污染指數(shù)法評價結(jié)果

根據(jù)均值綜合污染指數(shù)法評價結(jié)果,廣通河三甲集斷面2012-2016年的水質(zhì)狀況為重污染,2017

-2021年的水質(zhì)狀況為中度污染,明顯從2017年起,水質(zhì)狀況越來越好,這跟這幾年的水環(huán)境治理工作脫不了關(guān)系,由此證明水環(huán)境的治理也取得了很大的成績。

4 評價方法及結(jié)果分析

根據(jù)以上4種評價方法的評價結(jié)果及分析, 可以看出: 單因子指數(shù)評價法對于水質(zhì)是否達(dá)到目標(biāo)水質(zhì)比較直觀,計算簡單,可以直觀反映超標(biāo)污染物和超標(biāo)倍數(shù), 能夠快速地獲取污染信息, 但是它也存在著一些不可忽略的弊端,比如:它只關(guān)注最差因子而忽略了其他指標(biāo)對水質(zhì)的影響,造成水資源浪費(fèi),這種“一票否決制”的評價結(jié)果較為片面、悲觀,不能對水質(zhì)進(jìn)行綜合評價;均值綜合污染指數(shù)法是根據(jù)污染物和重點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目進(jìn)行綜合評價水質(zhì)污染程度的監(jiān)測方法,能夠反映各參評項(xiàng)目的變化趨勢,具有評價均衡、重點(diǎn)突出的優(yōu)點(diǎn), 但由于各參評指數(shù)的權(quán)重一致, 所以經(jīng)常會出現(xiàn)水質(zhì)評價的污染程度較高的情形;內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法不僅可以通過計算, 突出每個時期最大污染物對水質(zhì)的影響, 同時還能夠?qū)⑵骄悼紤]在內(nèi)、確定最大污染項(xiàng)目,兼顧其他參評指標(biāo),其評價結(jié)果相對單因子指數(shù)評價法和均值綜合污染指數(shù)法更加綜合、具體。

5 結(jié)語

(1)通過對廣通河范圍內(nèi)的三甲集監(jiān)測斷面近幾年來的地表水用不同評價方法研究發(fā)現(xiàn),單因子指數(shù)評價法得出近十年廣通河水質(zhì)狀況屬于Ⅲ類水質(zhì),主要污染因子是氨氮,而氨氮的值整體逐年減小;有機(jī)污染綜合指數(shù)評價法中2012-2015年水質(zhì)狀況為較好,2016-2021年水質(zhì)狀況為良好;內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價法中2012-2021年整體水質(zhì)狀況為清潔,Fn值隨著年份增加整體逐漸減小;均值綜合污染指數(shù)評價法中,2012-2016年的水質(zhì)狀況為重污染,2017 -2021年的水質(zhì)狀況為中度污染,由此可見廣通河的水質(zhì)在逐年好轉(zhuǎn),這些變化與近年來當(dāng)?shù)卣畬ε盼劭谖鬯募芯C合治理以及人們對環(huán)境的保護(hù)治理息息相關(guān)。

(2)廣通河三甲集監(jiān)測斷面的主要污染因子是氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)、化學(xué)需氧量(COD)。由2012-2021年的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的評價結(jié)果得出,氨氮對水質(zhì)的影響最大,最大值出現(xiàn)在2012年,最小值出現(xiàn)在2021年,最大值是最小值的1.6倍。

(3)雖然廣通河水質(zhì)越來越好,但是對于水污染的防治還是不可松懈,一方面,我們要加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測:首先,要加強(qiáng)對采樣工作人員的技術(shù)培訓(xùn),保證工作人員在各個采樣環(huán)節(jié)嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行采樣,確保采樣數(shù)據(jù)的可靠性;其次,保證實(shí)驗(yàn)室檢測工作規(guī)范,適當(dāng)增加加標(biāo)回收、標(biāo)準(zhǔn)控制樣等質(zhì)控措施,以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確,為廣通河流域水污染治理工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐;最后,對于發(fā)生污染事件的斷面,要增加水質(zhì)監(jiān)測頻次,避免因污染面的擴(kuò)大造成污染治理的復(fù)雜性、困難性。另一方面,加強(qiáng)人們的環(huán)保意識,通過向人民群眾宣傳“科學(xué)用水”方法,使其樹立“綠色”用水理念,減少因人類生產(chǎn)生活對水環(huán)境造成的不良影響,從根源上保護(hù)水環(huán)境資源。