陜西澽水河水質(zhì)現(xiàn)狀評價與分析

方玉升 王曉艷,2* 崔國屹 郜毓 秦自程

（1 渭南師范學院化學與材料學院，陜西 渭南 714000；2 陜西省河流濕地生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，陜西 渭南 714000）

近年來，我國對水環(huán)境的保護與治理工作越來越重視，自上世紀80年代以來，全國范圍內(nèi)的水質(zhì)評價工作已經(jīng)開展（尹海龍等, 2008; 李文攀等,2015; 梁德華等, 2002）。熵值法是水質(zhì)評價較為常用的一種方法（姜北等, 2018）。鄭志宏等（2013）通過對熵值法進行改進，應(yīng)用于水質(zhì)評價，取得了較好的評價結(jié)果。王晴晴等（2015）將主成分分析法與熵值法結(jié)合應(yīng)用于水質(zhì)評價中，簡化了指標體系，減少了主觀影響，評價結(jié)果更為完善科學。單因子指數(shù)評價法、綜合污染指數(shù)法、模糊綜合評判法和灰色關(guān)聯(lián)分析法4種水質(zhì)評價方法是目前的主要方法，單因子指數(shù)評價法將實測值與水質(zhì)類別目標值進行對比取得結(jié)果，方法簡單易行（鄭琨等,2018）。為彌補單因子指數(shù)評價法的局限性，提出了一種改進的水污染指標，便于給出綜合等級，又能定量描述水質(zhì)狀況（Ranran et al, 2016）。

陜西澽水河水質(zhì)尚未開展系統(tǒng)的評價工作，澽水河是黃河在晉陜峽谷下游的支流，貫穿韓城市境內(nèi)，是韓城市重要的工農(nóng)業(yè)生活水源，澽水河水質(zhì)評價為韓城人民的飲水安全和流域規(guī)劃發(fā)展提供了保障。

1 研究區(qū)概況

陜西澽水河流域位于 35°28′～ 35°65′N、110°02′～ 110°40′E，屬于典型的暖溫帶大陸性季風氣候，全年降水量的80%集中在6、7、8月，多有暴雨出現(xiàn)，容易產(chǎn)生洪澇災(zāi)害。澽水河全長86 km，發(fā)源于陜西省黃龍縣大嶺南麓，發(fā)源地河床海拔1 360 m，與黃河交匯處海拔363 m，流速較為平緩，多年平均流量為2.29 m3/s，年均徑流總量7 219萬m3。趙廉墳以上河段為澽水河上游河段，該河段大體位于黃龍山區(qū)，河道窄，水流小，坡度較大，流速快，植被覆蓋率較高，泥沙含量低；趙廉墳至土門口段為澽水河中游，該段內(nèi)以丘陵溝壑為主，流速放緩，由于柏峪川支流的匯入，河水流量大幅度提升，河道變寬且多有亂石散布；土門口至澽水河與黃河交匯處，該段為河流下游，河段主體為黃土臺原前的河流堆積平原，河流流速緩慢，泥沙堆積嚴重，植被稀疏且地表破碎，河水泥沙含量較大，河道較寬。

圖1 采樣點分布圖Fig. 1 Distribution map of sampling points

2 材料與方法

2.1 樣品采集

采樣點主要布設(shè)于陜西渭南韓城市薛峰水庫至澽水與黃河交匯處河段，共設(shè)5個采樣點。依據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/T91-2002)采集地表水樣品（齊文啟, 2006）。采樣時間為2018年7月，采樣位置均處于澽水河中下游，采樣點①位于薛峰水庫，為澽水河最大的集水區(qū)域，是韓城市工農(nóng)業(yè)及生活用水的儲備地；采樣點②位于板橋鎮(zhèn)，是澽水河匯流后流經(jīng)的第一個城鎮(zhèn)；采樣點③位于土門口，是澽水河流入韓城市區(qū)前最后一個區(qū)域；采樣點④位于澽水國家濕地公園，處于韓城市區(qū)中部，且正在建設(shè)施工；采樣點⑤位于澽水與黃河交匯處，所有采樣點的選取均具有代表性（圖1）。

2.2 樣品測試及分析方法

現(xiàn)場采集水樣，在實驗室測定COD、總氮、總磷。pH值使用便攜式pH測試筆（pH—280）測定；濁度使用便攜式濁度儀（悅豐 SGZ-200IT）測定；電導(dǎo)率使用便攜式電導(dǎo)率儀（DDB-303A型）測定；總硬度使用水質(zhì)硬度試劑盒LR測定；COD采用快速消解分光光度法測定，總氮（TN）采用氣相分子吸收光譜法測定，總磷（TP）在實驗室內(nèi)采用鉬酸銨分光光度法，將水樣置于100 ml玻璃瓶中，滴入硫酸，使水樣酸化至pH值＜2，放于4℃的密封不透明環(huán)境中，24 h內(nèi)進行檢測。

2.3 熵值法確定權(quán)重

熵值法是客觀賦權(quán)法的方法之一，是判斷某一指標離散程度的數(shù)學方法，通過對指標離散變異程度的分析，確定各指標權(quán)重。

計算步驟如下（邱宛華,2002）：

（1）計算第j項指標下第i個地區(qū)占該指標的比重：

式中：Xij為各指標異質(zhì)同質(zhì)化處理結(jié)果，對于指標數(shù)值高的正向指標和指標數(shù)值低的負向指標分別采取正向、負向標準化處理。

（2）計算各項指標熵值，第j項指標熵值為：

（3）計算指標權(quán)重：

式中：Wj為第j項指標的權(quán)重。

2.4 單因子指數(shù)評價法

單因子指數(shù)評價法是最為便捷、常用的水質(zhì)評價方法之一。其實行“一票否決”的評價原則，即對單個水質(zhì)指標進行分析，以最差項水質(zhì)指標作為水質(zhì)類別的評價依據(jù)（毛文劍等, 2014）。由于單因子指數(shù)評價法過于強調(diào)單個水質(zhì)指標，評價結(jié)果存在一定的局限性，難以客觀公正地反映水環(huán)境質(zhì)量。參考美國功能可達性評價方法，對我國單因子指數(shù)評價法提出改進意見，加入了評價因子影響程度的分析，將評價因子分為關(guān)鍵影響指標、中度影響指標、輕度影響指標。關(guān)鍵影響指標是導(dǎo)致水體使用功能完全受損的主要影響指標，或?qū)λw完全受損的影響遠高于其他指標；中度影響指標是導(dǎo)致水體使用功能部分受損的主要影響指標，或者對水體使用功能部分受損的影響遠高于其它指標，再或者是水體使用功能完全受損的多個水質(zhì)指標之一；輕度影響指標是對水體使用功能完全受損或部分受損有較小影響的指標（尹海龍等,2008）。

水質(zhì)單因子指數(shù)評價法計算公式：

式中：Pi為第i評價指標污染指數(shù)；Ci為第i評價指標實測濃度值，單位：mg/L；Si為第i評價指標最高評價標準值，單位：mg/L。

3 結(jié)果與分析

3.1 污染指數(shù)分析

根據(jù)熵值法可計算出采樣點各指標的權(quán)重(表1)。

表1 各指標權(quán)重值Table 1 Weight of indexs

從表1可知，總磷、濁度、總氮的權(quán)重分別為0.53、0.18、0.17，占整個評價體系的比重為53%、18%、17%，可視為關(guān)鍵影響指標，是造成水質(zhì)評價結(jié)果的主要因素，也決定了水體的使用功能。電導(dǎo)率、COD的權(quán)重分別為0.075、0.037，占整個評價體系的比重為7.5%、3.7%，視為中度影響指標，是影響水質(zhì)評價結(jié)果的次要因子。pH值、總硬度權(quán)重分別為0.000 2、0.003 4，占整個評價體系的比重為0.02%、0.34%，視為輕度影響指標，對水質(zhì)評價結(jié)果產(chǎn)生微弱的影響。

通過權(quán)重計算將本次項目所測指標劃分為3類：關(guān)鍵影響指標、中度影響指標、輕度影響指標，使用單因子指數(shù)評價法對關(guān)鍵影響指標和中度影響指標進行評價，依據(jù)GB 3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中III類水質(zhì)標準分析其水質(zhì)狀況。單因子評價結(jié)果如表2，因濁度、電導(dǎo)率沒有明確的水質(zhì)標準劃分，故無法通過單因子指數(shù)法進行計算。

表2 各采樣點指標單因子指數(shù)Table 2 Single factor index for sampling points

根據(jù)表2結(jié)果，使用算數(shù)評價法對采樣區(qū)域進行評價，計算公式如下：

表3 各采樣點平均污染指數(shù)表Table 3 Average pollution index tables for sampling points

通過平均污染指數(shù)分析可得出以下結(jié)果：

（1）薛峰水庫受污染較輕，屬于輕度污染。總磷（TP）、總氮（TN）沒有達到Ⅰ類水質(zhì)標準，屬于Ⅱ類水，COD滿足Ⅰ類水質(zhì)標準，水體輕微富營養(yǎng)化，總磷（TP）、總氮（TN）為主要污染物，這與左云霞等（2012）對四川升鐘水庫的研究結(jié)果相一致，水庫主要污染物為氮和磷。

（2）澽水河板橋鎮(zhèn)段水質(zhì)尚屬清潔，污染程度極小。總氮（TN）、COD均符合Ⅰ類水質(zhì)標準，總磷指標數(shù)值符合Ⅱ類水質(zhì)標準，略高于Ⅰ類水質(zhì)標準。

（3）澽水河土門口段處于中度污染。COD滿足Ⅰ類水質(zhì)標準，總磷（TP）、總氮（TN）分別符合Ⅱ類水質(zhì)標準、Ⅳ類水質(zhì)標準。

圖2 總磷、總氮空間變化趨勢Fig. 2 Spatial variation trend of total phosphorus and total nitrogen

（4）澽水國家濕地公園水質(zhì)嚴重污染。總磷（TP）超出V類水質(zhì)標準，總氮（TN）符合Ⅳ類水質(zhì)標準，水體富營養(yǎng)化嚴重，COD滿足水質(zhì)Ⅱ類標準。

（5）澽水與黃河交匯處水質(zhì)重度污染。總磷（TP）滿足III類水質(zhì)標準，總氮（TN）超出V類水質(zhì)標準，COD符合水質(zhì)Ⅳ類標準。

3.2 水質(zhì)區(qū)域性變化特征

由圖2可知，總磷（TP）含量為0.02～1.21 mg/L，從土門口至澽水國家濕地公園段顯著增高，主要為周邊生活污水、化肥、有機磷農(nóng)藥、施工所造成的污染。總氮（TN）含量為0.15～2.87 mg/L，總體上呈波動上升趨勢，在板橋鎮(zhèn)至土門口段和澽水國家濕地公園至澽水與黃河交匯處階段性上升。

從圖3可知，COD含量為7.769～22.564 mg/L，COD含量最低值在土門口處，最高值在澽水與黃河交匯處，可能為河流流速平緩，各類污水的堆積所致。

圖3 COD空間變化趨勢Fig. 3 COD spatial change trend

濁度、電導(dǎo)率分別為關(guān)鍵影響指標、中度影響指標。由圖4可以看出，濁度與電導(dǎo)率總體上呈波動起伏變化，薛峰水庫至澽水國家濕地公園段濁度持續(xù)上升，澽水濕地公園濁度達到最大值，澽水河與黃河交匯處濁度有所下降，其中土門口至澽水濕地公園上升幅度最大，上升25.5 NTU，水體極為渾濁，可能為公園附近工地施工，導(dǎo)致大量泥土、碎屑、廢渣等懸浮物和膠體進入水體。薛峰水庫水濁度滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006），其余各采樣點水濁度均不符合標準，需經(jīng)處理后方可利用。電導(dǎo)率在薛峰水庫至板橋鎮(zhèn)段大幅上升，水中鈣鎂離子、雜質(zhì)的增多，是造成電導(dǎo)率急劇上升的主要原因，水的純凈度在該處明顯下降。

pH值、總硬度均為輕度影響指標。由圖5可以看出，澽水河pH值、總硬度在空間上總體呈上升趨勢。pH值7.64～8.29，呈弱堿性，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838-2002）Ⅰ類水質(zhì)標準，澽水與黃河交匯處pH值明顯上升，可能為韓城市大量的污水匯入，以及附近農(nóng)田施肥大量的硝酸銨所致。澽水河總硬度207.6～286.5 mg/L，為中硬水，符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006），總硬度總體變化幅度不大，在薛峰水庫至板橋鎮(zhèn)段大幅上升，可能由鈣、鎂離子增多造成。

圖4 濁度、電導(dǎo)率空間變化趨勢Fig.4 Spatial trend of turbidity and conductivity

圖5 pH值、總硬度空間變化趨勢Fig.5 Spatial trend of pH and total hardness

4 討論

河流水質(zhì)的變化是由多種因素共同作用的結(jié)果，區(qū)域自然環(huán)境、社會環(huán)境的改變都會影響河流水質(zhì)狀況（張歡等, 2012; 黎育紅等, 2014）。通過對澽水河主要河段的分段采樣分析，運用單因子指數(shù)評價法對關(guān)鍵影響指標、中度影響指標進行了評價，澽水河水質(zhì)呈區(qū)域性波動變化，且澽水河總氮、總磷超標，河流富營養(yǎng)化嚴重。

（1）造成河流水質(zhì)空間變化的原因可能與河流受人類影響的程度有關(guān)，韓城市政府將薛峰水庫劃分為水源地保護區(qū)，建立了長效機制保護水庫水環(huán)境，采取一系列措施恢復(fù)地區(qū)生態(tài)（梁元,2010），薛峰水庫極少受到人為因素的干擾。從濁度、電導(dǎo)率指標數(shù)值可以看出，薛峰水庫水體極為潔凈，含雜質(zhì)較少，水體輕微富營養(yǎng)化，隨著生態(tài)的恢復(fù)，水體輕微富營養(yǎng)化也將改善。總的來說，薛峰水庫水質(zhì)較好。

（2）薛峰水庫至板橋鎮(zhèn)段處于黃龍山區(qū)，地形崎嶇，人跡罕至，人類對河流的影響極小，水體幾乎保持原始狀態(tài)，采樣過程中可以觀察到水體中有河蝦、魚苗、菹草等動植物。

（3）板橋鎮(zhèn)至土門口段，人類活動逐漸增多，河流附近出現(xiàn)了大面積的農(nóng)田，鄉(xiāng)間公路、高速公路線路與河流的密切交織，當?shù)鼐用駥恿饕盟脑黾樱斐闪撕恿鲝搅髁康臏p少（李艷等,2006）。該處河段河道變窄，河底沉積大量煤灰，河流受到了一定程度的污染。

（4）土門口至澽水濕地公園段，河水濁度、COD、總氮（TN）、總磷（TP）均明顯上升，可能為河流沿岸大量生活污水的匯入，以及建筑施工造成的灰塵、廢油、廢渣等物質(zhì)進入水體（劉海猛等,2013），該處河段污染嚴重。

（5）澽水國家濕地公園至澽水匯入黃河口段，總磷顯著下降，可能為該河段河流流速緩慢，泥沙沉降對有機磷、無機磷吸附（瞿紅等, 2013）。pH值、濁度、電導(dǎo)率、COD、總氮的升高是由于上游生活污水、工業(yè)污水的堆積，以及附近農(nóng)田化肥的流入，水體中雜質(zhì)增多，硝酸鉀、硝酸銨等濃度增高，導(dǎo)致水體重度污染。

針對澽水河污染狀況，可采取建立隔離帶，將農(nóng)田與河流隔離，避免污水、化肥流入，或廢水經(jīng)處理達標后再排放，對已污染區(qū)域可采取工程措施、化學方法、生物措施相結(jié)合的方法改善污染狀況。