貴州省赤水河支流DF水庫水質調查及保護措施

鄒 林，向 彪，王慶鶴，何 莉

(遵義師范學院，貴州 遵義 563006)

1 引言

水庫是貯存水資源特有的方式，具有工業用水、發電、防洪、養魚等多種效益。在水庫運行過程中往往伴隨著污染物的積累，導致水庫的生態環境逐漸發生改變。以前的水庫水質監測大多集中在表層，缺乏對深層水質和底質的監測，難以具體掌握水庫水質污染分布。而水質評價對水庫的管理具有很大的意義，客觀的水質評價方法能真實地反映水質監測數據的含義，能夠為水庫管理提供科學、有效的依據。本文通過對水庫表層水體和深層水體的監測數據，運用變異系數的計算和單因子指數評價法分析該水庫水質現狀。得到影響水庫水質的主要因子是DO、BOD5和有機物，并分析了其變化趨勢，為有關管理部門提出相關建議。

2 水質概況

貴州省赤水河支流DF水庫距離縣城5 km，壩址位于長江流域赤水河支流下漓河進口，壩址以上流域面積48.4 km2，總庫容1225萬m3，是一座主要養殖魚類的中型水庫。該水庫隨著養殖規模及強度的擴大，有一些漁民片面追求水庫漁業的產量，追求經濟效益，忽略了生態環境，在水庫中投放大量飼料，導致該水庫水質下降。且DF水庫周圍有工廠和居民居住，沒有污水處理站或污水處理廠，可能存在工業廢水和生活廢水直排或不達標排放，對水質造成一定的污染。

3 監測與評價方法

3.1 樣點布設

在進出DF水庫河流處分別設置監測斷面，該水庫有兩個進庫口處B7、B9，水深10 m，采樣點設在水面下0.5 m處；其余6個監測斷面水深大于或等于10 m，所以在水面下0.5 m，距水庫底0.5 m以上處各取一個水樣。共計15個采樣點。表層水質在每個采樣點水下0.5 m處用采樣器采集，深層水質在每個采樣點庫底以上0.5 m用采樣器采集。采樣點的位置見圖1。

圖1 DF水庫采樣點分布

3.2 監測指標

樣品監測指標為pH值、電導率、DO、ORP、氨氮、TP、BOD5、COD。其中pH值、電導率、DO、ORP進行現場測定。

3.3 數據處理

該水庫水面面積較大，采樣點距離相對較遠，所以進行水質空間分布規律分析，故將水庫監測的15個采樣點指標取其平均值、計算變異系數和單因子污染指數，分析其變化規律。

3.4 評價方法

取pH值、電導率、DO、ORP、氨氮、TP、BOD5、COD 8個污染指標作為評價因子，采用單因子評價法進行評價法進行水質評價。該水庫主要功能是養殖魚類，按照《地表水質量標準》(GB3838-2002)[1]功能區劃為Ⅲ類，故評價的標準為相應的Ⅲ類標準限值。單因子評價法也是當前我國水質評價的主要方法，是將水體標準與各參數濃度的比值是否大于1來評價水質是否達到水質標準，然后判斷指標的水質情況(表1)。

單因子污染指數法公式：

(1)

式(1)中Li為水庫的污染指數，指標見表1；Ci為水庫水質i的實測含量；Si為水庫水質i的評價標準。

表1 水質參數標準指數

由于DO和pH值與其他水質參數的性質不同，需要采用不同的指數單元形式。

DO在第j采樣點的標準指數(SDO,j)計算公式為[2]：

(2)

(3)

式(2)、(3)中：SDO，j為溶解氧的標準指標，大于1表明該水質因子超標；DOs為DO的評價標準，mg/L；DOj為j采樣點的DO監測值mg/L；DOf為飽和溶解氧濃度，mg/L，對于河流DOf=468/(31.6+T),對于鹽度較高的湖泊、水庫、及入海河口、近岸海域，DOf=(491-2.65S)/(33.5+T);S為實用鹽度符號，量綱一；T為水溫，℃。

pH值在第j采樣點的標準指數(SpH,j)計算公式為：

(4)

(5)

式(4)、(5)中SpH，j為pH值的指數，大于1表明該水質超標；pHsd為水質標準中規定的pH下限；pHsu為水質標準中規定的pH上限；pHj為j采樣點的pH監測值。

變異系數(Coefficient of Variation，CV):當兩組數據離散程度大小需要比較的時候，如果兩組數據的測量尺度相差太大，或者數據量綱的不同，直接使用標準差來進行比較不合適，就應當消除測量尺度和量綱的影響，而變異系數是無量綱，可以做到這一點，它是原始數據的標準差與原始數據的平均數之間的比值。CV沒有量綱，這樣就可以進行客觀比較了[3]。事實上，變異系數和極差、標準差和方差一樣，都是反映數據離散程度的絕對值。其數據大小不僅受變量值離散程度的影響，而且還受變量值平均水平大小的影響[4]。一般來說，變量值平均水平高，其離散程度的測度值越大，反之越小。

標準差與平均數的比值稱為變異系數，記為C·V。變異系數可以消除單位和(或)平均數不同對兩個或兩個以上指標變異程度比較的影響。

變異系數的計算公式為:

變異系數C·V=(標準偏差SD/平均值Mean)× 100%

(6)

在進行數據統計分析時，如果變異系數大于15%，則要考慮該數據可能不正常，是否受到其他的因素影響導致與正常值不同。本文大于15%表示受到人為干擾的程度。

4 結果與分析

4.1 水體污染物水平分布特征

如表1所示，該水庫中pH值、電導率、ORP和DO、氨氮、TP、BOD5、COD含量平均值分別為8.04、361、49.3和1.71、2.05、0.19、8.65、33.76 mg/L。通過與《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)對比可知TP、BOD5、COD均不能達到IV類水體限值，DO、氨氮不能達到V類水體限值，從整個水質現狀來看，水庫屬于劣五類水體。

通過對個點位表層水質的分析發現，B8、B9兩個點位各污染指標濃度均最小，這可能是由于這兩個點位位于水庫進口處，且周圍居民較少，B8點位雖有個洗煤廠，但洗煤廠產生廢水通過有效治理不外排，對水庫水質影響較小；各污染物濃度在水庫中出現最大值基本均在B7點位，這可能是由于縣城內沒有被污水處理廠收納的污水均從這里進入水庫，給水庫帶來了極大的污染負荷。

某種元素的變異系數越高，表明其受人為干擾程度越強[5]。根據Wilding[6]的分類準則，變異系數水平可分為低度變異(CV≤15%)、中等變異(15%

4.2 不同層次水體水質狀況分析

溶解氧對水體自凈能力和水生生物的生長發育有較大影響，在水體的物理化學循環和生物演變中起著重要作用[7]。研究水庫不同層次溶解氧監測結果如圖2所示，該水庫水體中溶解氧存在明顯分層現象，且有嚴重缺氧區域存在。表層水體溶解氧濃度平均值為1.92 mg/L，深層水體溶解氧濃度平均值為1.45 mg/L。該水庫為中大型水庫，采樣點平均水深約為25 m，深層水體幾乎不存在植物光合作用對水體溶解氧的補充，深層水體中獲取溶解氧主要過程為水體上下的對流擴散。但較深的水體使深層水體很難獲得上層水體中溶解氧的補充，且深層微生物不斷消耗溶解氧導致深層溶解氧濃度不斷下降。

底質是水庫中氮、磷等營養鹽的天然儲藏庫，在一定條件下，底泥沉積物中氮、磷等營養鹽會通過一定的化學反應向上覆水體擴散[8]，使水體不同層次的氮、磷營養鹽出現濃度上的差異。由圖2可知，表層水體氨氮濃度平均值為2.02 mg/L、TP濃度平均值為0.18 mg/L；深層水體氨氮濃度平均值為2.39 mg/L、TP濃度平均值0.24 mg/L。出現這種情況的原因可能是深層水體溶解值較低，底質中釋放大量的氮、磷等營養鹽使水體受到污染，這與盧金鎖等[9]的研究結果相符合。

COD作為水體中有機質的代表性指標，其值的高低表示水體受有機質的污染程度。由圖2可知，表層水體中COD濃度平均值為37.8 mg/L，深層水體中COD濃度平均值為32.1 mg/L。在湖庫中，由于水體中的植物、魚類、微生物的死亡，這部分有機物就沉入水體，相對不容易從底泥中釋放出來，而進入到水體的有機質基本都是從表層進入，因此出現了表層水體中COD濃度大于深層水體中COD濃度的現象。

表2 研究區域水體水質污染指標描述性統計結果

圖2 不同層次水體有機質和營養物質濃度分析

4.3 水體污染評價

采用GB 3838-2002《水環境質量標準》Ⅲ類標準風險篩選值對研究水庫水體各污染指標進行了分析評價，其評價結果見表3。結果表明：相對于GB3838-2002《水環境質量標準》Ⅲ類標準風險篩選值，在研究水庫的水質指標中，除pH值為無污染外，別的指標均受到不同程度上的污染，其中DO、BOD5屬于重度污染狀態。這與前文研究結果相符，說明該水庫的有機質污染對水環境影響較大，在水庫的管理中需要引起重視。

表3 單因子污染指數法評價結果

4.4 建議

通過對研究水庫水質相關指標檢測結果進行分析，結果表明：目前該水庫處于較為嚴重的污染狀態[10]，因此在水庫未來的安全管理工作中需要引起人們的重視，針對此，特提出以下建議。

(1)向上級部門反映當前水庫的污染現狀，請上級部門展開對于整個縣城尚未收集的污水進行調查，通過建設污水管網、污水處理站等工程對城鎮污水進行有效控制。

(2)對于水庫的漁業養殖數量進行有效控制，減少漁業養殖向水體釋放的污染物質。

(3)對整個水庫周圍的工廠、企業展開調查，查看這部分企業是否有向水庫中偷排、滲、傾、倒污水的現象，從源頭上控制污水的來源，減少外源污染物質進入水庫的可能。

(4)定期開閘放水，對底部淤泥進行清掏，減少底質中的污染物質向上覆水體的釋放，從源頭上控制內源污染物質的形成。

(5)加大對水庫保護的宣傳，提高當地居民環保意識，讓全體居民自覺行動起來保護水庫。

5 結論

(1)整個水庫水質現狀較差，通過與GB3838-2002《地表水環境質量標準》進行比較，整個水庫目前處于劣五類水體。通過變異系數的計算，除pH值、電導率外，其余指標均受到不同程度上的人為干擾。

(2)在對水庫不同層次水體的研究中可知，表層水體與深層水體水質差異較大，主要表現為DO、氨氮、TP3個指標均表現為表層水體濃度小于深層水體濃度。

(3)利用單因子污染指數評價法對所有檢測指標進行評價發現，除pH值外，其余指標均表現不同程度的污染，其中DO和BOD5表現為重度污染，說明水庫的有機質污染需要引起重視。