水環境現狀調查及評估方法分析

葉兆木，彭瑤，趙芳，顧葦葦

(重慶市生態環境科學研究院，重慶 401147)

我國很多城市貫穿河流、湖泊、大江大河等，水環境質量的好壞是反映城市發展質量和市民生活質量的“晴雨表”。目前水環境污染現象越來越被政府和社會公眾關注，尤其是城市內部的水環境污染，嚴重影響居民的生活安全，也影響市容市貌。有些水環境污染因歷史原因長期得不到根本解決，破壞了城市生態環境，也帶來了一些負面影響。現代社會倡導“以人為本”的城市居住理念，需要科學開展水環境現狀調查及評估，及時掌握水環境污染狀況，發現污染的水域及時進行水體修復，提升城市治理水平，改善城市人居環境。

1 水環境現狀調查的重要性

改革開放以來，全國工業化和城鎮化發展突飛猛進，新城開發與舊城改造步伐加快，但由于城市環保基礎設施建設相對滯后等原因，導致大量的污染排放與吃緊的治污能力之間的矛盾日漸突出，城市湖庫水環境質量急劇惡化，部分湖庫甚至成為城市納污溝，“城市之肺”逐步演化成了“城市之淚”。統計顯示，近3年全國有360個城市遭發生了不同程度的內澇，發生范圍廣、積水深度大、積水時間長、損失嚴重。全國有360個遭遇內澇的同時，有1 100座城市缺水。城市的缺水量每年大于70億m3，河道自凈功能減弱甚至喪失，城市水體污染嚴重，甚至威脅飲水安全。環境事件往往起源于安全生產疏漏和安全意識淡薄，加強企業安全管理是預防和降低環境事件的關鍵[1]。

黨的十八大以來，以習近平總書記為核心的黨中央高度重視環境保護和生態建設，提出了“綠水青山就是金山銀山”的綠色發展理念，在推進工業化和城鎮化的同時也要加強生態環境保護。2013年12月，習近平總書記提出建設自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。2014年11月，住建部出臺《海綿城市建設技術指南——低影響開發雨水系統構建》 。2016年3月10日，習近平總書記在參加青海代表團審議時強調“堅持節約資源和保護環境的基本國策，像保護眼睛一樣保護生態環境，像對待生命一樣對待生態環境，推動形成綠色發展方式和生活方式”。積極推行低影響開發建設模式，各地區舊城改造與新區建設要按照對城市生態環境影響最低的開發建設理念，控制開發強度，合理安排布局，有效控制地表徑流，最大限度地減少對城市原有水生態環境的破壞，同時根據需求適當開挖河湖溝渠、增加水域面積，促進雨水的積存、滲透和凈化，打造和諧生態環境。“源頭治理”是實現水體水環境質量大幅提高的根本途徑[2]。

因此，加強水環境現狀調查顯得非常重要。只有開展充分的水環境現狀調查，才能準確了解水環境污染狀況，有針對性進行水體修復和環境綜合整治，更好地進行低影響開發和海綿城市建設。水文調查和歷史數據分析只能發現可能存在的污染原因，但通過現狀水質加密監測，可以證實污染原因，再現污染發生的過程[3]。當前，要深入貫徹黨的十九大精神，統籌山水林田湖草系統治理，實行最嚴格的生態環境保護制度，形成綠色發展方式和生活方式，堅持走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路，建設美麗中國，為人們創造良好生產生活環境，為全球生態安全作出貢獻。推進生態文明建設，以改善城市湖庫水體水質、恢復湖庫良好生態功能、保障庫區水環境安全為目標，以切實解決人民群眾關注的環境問題為重點，以實施工程項目為依托，以建立長效管理機制為保障，綜合運用工程措施和經濟、法律、行政綜合管理手段，大力推進水體修復、流域水環境綜合整治，實現湖庫水環境質量和周邊景觀同步提升，形成和諧共生的生態體系。

2 水環境現狀問題及原因分析

近年來，隨著房地產開發的興起以及工業園區的發展，人口和工業規模迅速增長，污染急劇增多，但由于市政環保基礎設施建設嚴重缺失，加之管理機制不順，造成大量生活污水和工業廢水直排入湖、湖面、江面漂浮物腐爛發臭、底泥淤積嚴重等一系列問題，導致湖體、江體水質超標嚴重，水體呈現富營養化。水庫主要污染源是入河生活污水和生活廢棄物及畜禽養殖所產生的部分入河污染物[4]。很多大城市將迎來新一輪的開發建設潮，如不及時對流域內的各類環境問題開展專項整頓和治理，不僅流域自身的水環境質量將面臨進一步惡化的風險，而且還可能直接影響水環境質量和水體生態安全。水環境污染一般包括外源污染和內源污染。而在具體原因方面，除了外源污染原因、內源污染原因，還有管理機制原因。

2.1 外源污染現狀問題及原因分析

1)市政基礎設施建設滯后，污水直排現象嚴重。近年來，隨著社會經濟發展提速和城市化建設進程加快，人口和產業大量聚集，但與之對應的市政基礎設施建設步伐卻嚴重滯后，污水截污干管缺失，導致水體流域內生活污水和工業廢水直排現象較為普遍。部分生活污水未得到有效地處理，部分工業企業因沒有截污干管而將廢水就近排入附近水體。

2)水體周邊人口密度大，緩沖距離不足。城市建成區大型生活住宅小區眾多，人口密度特別大。由于前期規劃建設不合理等歷史遺留問題，水體周邊建筑距離水面幾乎無緩沖距離，部分建筑緊貼水面而建，小區住戶的裸露地面、菜地種植和零星畜禽養殖等產生的污染直接入水，高密度的人口聚集，導致水體水質受到了較大的人為影響。

3)面源污染日益加重，防控手段相對不足。根據對水體流域污染現狀調查，大部分水體受流域內面源污染影響較重。面源污染中，城市地表徑流污染貢獻又較為突出，一般由城市地表徑流所帶來的污染物占流域城市面源的90%，其中COD占面源污染總量的98%。但目前，水體流域內對于面源污染的有效防控手段明顯不足，流域面源污染有進一步加重的趨勢。

2.2 內源污染現狀問題及原因分析

1)污泥淤積量大，水體自凈能力較差。有些水體流經地帶水流較緩、水體交換能力差，加之支流污染較重，水底泥淤積量較大，同時由于多年未開展清淤，淤積的底泥持續釋放污染物，對自凈能力本就不高的水體造成了進一步的影響。

2)污染治理不及時，水環境進一步惡化。由于水體流域范圍內現有環境污染的累加效應和滯后效應，若不及早治理，水環境將存在惡化的趨勢，對整體水環境質量的達標將帶來更大的壓力，同時也對水體流域沿線生態環境保護造成巨大的威脅。在傳統粗放式城市建設模式下，已受到破壞的水體和其他自然環境，進一步擴大污染的可能性更大。

2.3 管理機制現狀問題及原因分析

1)責任主體不明確，湖庫缺乏有效管理。目前，很多水體并未設置統一的監管責任部門，主體管理部門由其周邊圍建的小區物管進行分段負責，且只負責岸邊管理，不負責水體管理，同時缺乏相應的監督部門。個別物管更是放棄了岸邊管理，造成了岸邊周邊存在較為嚴重的污水直排、水面植物腐爛丟棄、生活垃圾隨意丟棄等問題和現象。更有甚者，部分建筑土石方直接推入水體內，不僅擠占了水體容量，也嚴重污染了水體水質。建立智能化的環境執法監督管理平臺，充分鍛煉現場勘查、移動執法、應急處置等能力[5]。

2)環保宣傳教育力度不足，管理手段單一。水體周邊相關小區物業公司對社區內公眾環保宣教力度不足，對影響和危害湖庫水質的行為大都以口頭教育等方式進行管理。有些物業公司也曾對社區內的畜禽養殖情況進行整頓，但由于缺少相關依據及行政力量支持，整頓成果收效甚微。水體周邊居民環保認識差異較大，部分不自覺的居民可能會為了圖方便而不愛護水源。政府加強環境法制建設力度，大力宣傳環保知識，形成環保意識，共筑美好生活家園[6]。

3 水環境現狀調查及評估方法

根據水環境現狀問題及原因分析，總體思路為水體外截斷污染源、水體內恢復水生態、水體管理長效化。水體外截斷污染源以大力開展水體流域工業污染和生活污染整治為主，并加強水面漂浮垃圾清理；水體內恢復水生態以因地制宜實施水體生態功能修復措施為主；水體管理長效化以明確水體管理主體，落實管理機構、人員、制度、經費為重，建立水體管理長效機制。為準確摸清水環境現狀及健康狀況，對水質以及水生和底棲生物進行了調查和監測，并對其監測結果進行評價。

3.1 水質現狀調查及評估

3.1.1水質監測斷面設置及水質監測指標確定

對水質指標進行監測，合理確定水體監測點，合理進行分布。水質監測指標包括pH、DO、高錳酸鹽指數、COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、硫化物、葉綠素a及透明度11項。

3.1.2采樣及分析方法

調查采樣與分析方法見表1。

表1 采樣與分析方法

3.1.3水質現狀評價

地表水現狀評價采用標準指數法進行評價，評價模式如下：

(1)

pH評價模式：

(2)

(3)

式中：Pi,j為i污染物在j監測點處的單項污染指數；Ci,j為i污染物在j監測點處的實測濃度，mg/L；Csi為i污染物的評價標準，mg/L；PpH為 pH的單項污染指數；pHsd為地表水水質標準中規定的pH值下限；pHsu為地表水水質標準中規定的pH值上限；pHj為j監測點處實測pH值。DO評價模式為：

(4)

(5)

(6)

式中：PDO為DO的單項污染指數；DOf為某水溫、氣壓條件下的飽和溶解氧質量濃度，mg/L；DOj為溶解氧實測值，mg/L；DOs為溶解氧的水質評價標準限值，mg/L；T為水溫，℃。按上述評價模式和評價標準，測算水環境水質指標。

3.1.4水體富營養化評價

1)湖泊(水庫)富營養化狀況評價方法

綜合營養狀態指數法。

2)綜合營養狀態指數計算公式

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

(7)

式中：TLI(∑)為綜合營養狀態指數；Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI(j)為代表第j種參數的營養狀態指數。

以chla作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重計算公式為：

(8)

式中：rij為第j種參數與基準參數chla的相關系數；m為評價參數的個數。

中國湖泊(水庫)的chla與其他參數之間的相關關系rij及rij2見表2。

表2 中國湖泊(水庫)部分參數與chla的相關關系rij及值

營養狀態指數計算公式為：

①TLI(chl)=10(2.5+1.086lnchl)

(9)

②TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

(10)

③TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

(11)

④TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

(12)

⑤TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCOD)

(13)

式中：葉綠素a chl單位為mg/m3；透明度SD單位為m；其他指標單位均為mg/L。

3)湖泊(水庫)富營養化狀況評價指標

葉綠素a(chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(CODMn)。

4)湖泊(水庫)營養狀態分級

采用0～100的一系列連續數字對湖泊(水庫)營養狀態進行分級，TLI(∑)與營養類別的對應關系見表3。

表3 TLI(∑)與營養類別的對應關系

根據上述公式對水體水質進行富營養化評價，由各采樣點的綜合營養狀態指數及對應的營養類別得出水體富營養化狀況。

3.2 水生生態環境現狀調查及評估

為系統了解水體水環境健康狀態，綜合反映湖體健康，開展浮游植物、浮游動物、底棲動物等水生生物調查監測。通過浮游植物指示水體富營養化程度，利用浮游動物中特征物種評價水體富營養化程度，原生動物的出現及數量構成評價水質清潔和污染狀態，底棲生物反映水生生態系統中水質污染狀態和沉積物健康程度。

3.3 換水周期評估

水體換水周期(也稱作水體交換周期)是自然界水文循環的效應反映，由于地球上水體的循環作用，導致地球上各種形式水體不斷地進行交換及更新，從時間角度上來分析，不同形式的水體存在不同的更新交替期，可用水體交換周期來表征各種水體交替時間的長短。

因此，水體交換周期的計算公式通常為：

d=s/Δs

(14)

式中：d為水體交換時間，天；s為水體的容量(河湖多年平均蓄水量)，m3或萬m3；Δs為該項水資源參與水平衡的活動量，(河湖生態需水量)，m3/s。

若水體的常年蓄水位基本不變，水體的入庫水量與出庫水量基本一致，上式可變化為：

T=V/Q

(15)

式中：T為水體換水周期，a；V為水體的常年庫容，m3；Q為水體年入庫水量，m3/a。

通常情況下，補給水主要來自于地表徑流、湖面降水和支流污水等，因此，水體入庫水量按照下式計算：

d=s/Δs

(16)

式中：Q為入庫水量，m3；S地為地表徑流，m3；H湖面為水面凈入水量，m3；Q支流為支流來水量，m3；Q污水為水體外源污水量，m3。

隨著城市市政基礎設施將進一步完善，水體流域內大量的生活污水和工業廢水將被市政管網截走，未來的水體外源污水量將會大幅下降，支流流量亦將大幅下降。

4 結語

我國是一個嚴重缺水的國家，而且南北、東西分布極其不均勻，水資源對國家的長久治安非常重要。改革開放以來，隨著工業化和城鎮化的快速發展，水環境污染的情況越來越多。黨的十八大以來，習近平總書記高度重視環境保護，提出“綠水青山就是金山銀山”，為水環境治理指明了方向。加強水環境現狀調查及評估，對開展水體修復和環境綜合整治具體非常重要的作用，也是打造優良生態環境和促進經濟社會協同發展的助推器。對此，本文提出了水環境現狀調查及評估的有關方法。隨著我國經濟實力的不斷提升和對環境保護的更加重視，相信會有更加完善的水環境現狀調查及評估方法，相信會有更加美好的和諧生活家園。