西安市護城河水質調查及富營養化評價

龐澤宇，王 婷

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

西安市是“一帶一路”的重要城市和國家重點中心城市之一，也是聞名世界的旅游城市。西安護城河則位于西安市的重要核心地段，但是由于護城河擔任著城市暴雨排泄和雨水調蓄的任務，加之河道淤積以及護城河特殊的河道地形，導致污染物大量富集，水藻頻發，沿河兩岸生態環境惡化，對西安市城市形象造成了不利的負面影響。自從護城河綜合提升改造工程啟動后，護城河的整體面貌發生了很大的改觀。此次對護城河建成段和未改造段進行水質評價和富營養化評價，對比建成段與未改造段水質評價結果，以期為后續護城河綜合提升改造工程提供指導。

1 護城河治理現狀

西安護城河綜合治理提升改造工程以東南城角為分水嶺分為南西線和東北線，南西線由東門出發先向南到東南城角，然后向西轉向西南城角，最后北上到達西北城角。分別經過東門、建國門、朱雀門、西門、玉祥門；東北線則自東門出發先向北到東北城角再轉向東一直到西北城角，分別經過朝陽門、尚德門、北門、小北門，兩線最終交匯于西北城角后排入退水管。目前南西線已基本建成并正常使用，包括東門~建國門試驗段、建國門~朱雀門提升改造段、朱雀門~西門提升改造段。其中東門~建國門試驗段對原有雨污管道進行了改線截流，將匯流雨污與景觀水體進行了隔絕；建國門~朱雀門段新引入了北石橋污水處理廠再生水作為護城河補充水源，并修建了截污箱涵對匯流雨污進行截流；朱雀門~西門提升改造段則新增了逐級循環系統；而東北線水質提升改造工程也搬上日程，即將開工建設。

2 評價方法與結果

2.1 水質評價標準與方法

根據《西安市城墻保護規劃》中對護城河的現狀水環境質量的目標要求，確定護城河改造水質執行《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅳ類標準。此次將采用單因子標準指數法、綜合加權評價法對護城河進行水質評價，并采用綜合營養狀態指數法進行富營養化評價。因本次監測時間跨度大，監測數量點多，且最終分析結果中建成段之間和未改造段之間分別表現出了高度的相似性，逐一列表展示意義不大，也不便閱讀與理解，在全部監測結果已整理分析完畢的基礎上，選取了2個具有代表性的特征庫區進行展示并作評價。

2.1.1 單因子標準指數法

護城河補水水源一共有2處，一處采用大峪水庫的地表水通過暗管接入到護城河東南角入水口，一處采用北石橋污水處理廠的再生水匯入到文昌門入水口，兩處現狀水質監測結果見表1。

表1 補水水源水質一覽表

由上表可知，大峪水庫來水除總氮未達到Ⅳ類水質標準外，其他水質指標均能滿足《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中的Ⅲ類標準。

北石橋再生水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 3838-2002）一級A標準與《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB 3838-2002）中景觀性娛樂環境用水湖泊類標準的相關要求，但是總氮、總磷指標未達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）的Ⅳ類標準。

兩處水源地的總氮含量均未達到《西安市城墻保護規劃》中對護城河水質質量的目標要求，且對護城河的總氮指標造成了一定程度的影響。后根據《西安剿劣水三年行動方案暨2018年工作方案》中“到2020年，全市所有污水處理廠出水水質除總氮指標外，基本控制指標達到地表水Ⅳ類水質”的具體要求，以及專家論證后，最后確定截止2020年前，不對護城河水質的總氮含量做具體要求，因此暫不對總氮進行單因子評價。

單項水質因子i在第j點的標準指數：

式中：Si,j是標準指數；Ci,j是評價因子i在j點的實測濃度值，mg/L；Cs,j是評價因子i的評價標準限值，mg/L。當水質參數的標準指數大于1時，表明該水質參數超過了規定的水質標準，已經不能滿足使用要求。

2.1.2 綜合加權評價法

式中：P是綜合評價水質指數；Pi是第i項水質指標的標準指數；n是水質指標個數；Wi是第i項水質指標的權重值；Ci是第i項水質指標的實測濃度，mg/L；Si是第i項水質指標的評價標準值，mg/L。綜合評價水質分級標準見表2。

表2 綜合評價水質指數分級標準

2.1.3 綜合營養狀態指數法

式中：TLI(∑)是綜合營養狀態指數；TLI(j)是第j個參數的營養狀態指數；Wj是第j個參數的營養狀態指數的相關權重；rij2為第j個參數與基準參數chla的相關參數；m是評價參數的個數。對于水體富營養化分級標準見表3。

表3 富營養化評價分級標準

2.2 評價結果

2.2.1 單因子評價結果

2017年的護城河特征庫區現狀水質單因子評價結果見表4，由表可知：建成段單因子評價結果主要為Ⅴ類和劣Ⅴ類，定級指標即超過限定標準倍數最大的指標為化學需氧量（COD），主要污染指標為化學需氧量；而在未改造段單因子評價結果全部為劣Ⅴ類，定級指標主要為氨氮，主要污染指標為氨氮、總磷和化學需氧量。

表4 2017年護城河特征庫區現狀水質單因子評價結果表

2.2.2 綜合加權評價結果

2017年護城河特征庫區現狀水質綜合加權評價結果見表5，結果發現建成段主要評價結果為中污染，水質狀況最好時達到尚清潔級別，個別月份達到重污染或嚴重污染級別，但是綜合評價水質指數P值偏低；未改造段主要為嚴重污染級別，且綜合評價水質指數P值偏高，遠遠超過嚴重污染的分級標準指數3.0，只有個別月份為中污染和重污染。

表5 2017年護城河特征庫區現狀水質綜合加權評價結果表

2.2.3 富營養化評價結果

2017年護城河特征庫區富營養化評價結果見表6，由表可知2017年建成段表現為輕度富營養化狀態；未改造段表現為重度富營養化狀態。

表6 2017年護城河特征庫區富營養化評價結果表

3 結論與建議

3.1 結論

通過對護城河進行水質評價和富營養化評價可知，建成段與未改造段水體均受污染嚴重，且都存在不同程度的富營養化現象。通過提升改造工程后，已改造建成段的水質評價結果及富營養化評價結果均優于未改造段，尤其總磷、氨氮和溶解氧有較為明顯的變化，水質提升效果顯著，展示出了明顯的差異性。說明建成段的提升改造工程確實起到了提升水質的作用，且成效顯著。然而西安護城河水質還未達到《地表水環境質量標準》的Ⅳ類水體的要求，即使在建成段化學需氧量也嚴重超標，在個別月份還存在氨氮超標的情況。

3.2 建議

（1）由于在建成段引入了氮磷超標的補水水源，導致藻類大量繁殖，溶解氧含量急劇下降，造成了庫區的富營養化現象。對此應當盡快出臺相關方案或規定以提高補水水源的入河標準；

（2）受護城河的建筑構造及地形影響，加之供水量的缺乏，導致護城河水動力條件差，部分水體幾乎處于靜止的狀態，這使得底泥大量富集，同時也影響水中的溶解氧含量，對此應當繼續從其他渠道引入補水，同時加入其他工程措施增加水體流速。

（3）完善水生態系統，增設曝氣設備，強化水體微生物的生物量和活性，引入水生植物，投放濾食性水生動物，從而構建完整的食物鏈，強化生物修復的作用。