嘉陵江白廟子段地表水質(zhì)季節(jié)變化特征及評(píng)價(jià)*

方 珂，林敏敏，鄧 飛，湯 民

(1 湖北科技學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 咸寧 437100；2 重慶市萬(wàn)盛經(jīng)開區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 400800)

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，生產(chǎn)廢水和生活污水排放量不斷增加，導(dǎo)致水環(huán)境污染問(wèn)題日益突出。在我國(guó)七大水系的398個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面中，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面占15.3%；七大流域都受到POPs污染，其中以長(zhǎng)江流域和珠江流域最為嚴(yán)重[1-3]。三峽水庫(kù)自2003年實(shí)施135 m蓄水后，香溪河、澎溪河、大寧河、小江等庫(kù)區(qū)支流的局部水域多次發(fā)生水華；僅2008年庫(kù)區(qū)一級(jí)支流就發(fā)生水華事件13起，涉及河流11條，由此可見(jiàn)三峽庫(kù)區(qū)支流的水污染問(wèn)題不容忽視[4-5]。

嘉陵江位于長(zhǎng)江上游，從合川區(qū)鼓樓鎮(zhèn)進(jìn)入重慶境內(nèi)，流經(jīng)北碚區(qū)、渝北區(qū)和江北區(qū)，在渝中區(qū)朝天門匯入長(zhǎng)江。嘉陵江白廟子江段生態(tài)環(huán)境優(yōu)美、空氣清新、交通便利，是開展生態(tài)旅游的極佳場(chǎng)所。近年來(lái)，由于該段小城鎮(zhèn)不斷擴(kuò)張，觀光旅游活動(dòng)日益旺盛，加之農(nóng)業(yè)面源污染物的匯入，導(dǎo)致該段水流變緩，水體自凈能力減弱，部分水域受到污染[6]。本研究分析嘉陵江白廟子段地表水質(zhì)季節(jié)變化特征，采用綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為保護(hù)嘉陵江流域的水環(huán)境質(zhì)量、當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)旅游環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

嘉陵江白廟子河段地處北碚，該區(qū)域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)氣候，雨量充沛，有春早、夏熱、秋短、冬遲特征。最高氣溫44.3 ℃，最低氣溫-3.1 ℃，年平均氣溫18.2 ℃。流域內(nèi)年降雨量分布比較集中：5～9月降雨量占全年總降雨量的77%；當(dāng)年12月～次年2月為全年降水量最少的季節(jié)，僅占全年降水總量的3.2%[7-8]。

1.2 水樣采集與水質(zhì)監(jiān)測(cè)

結(jié)合北碚區(qū)的氣候特征，將5～9月劃為豐水期，10、11月以及3、4月劃為平水期，當(dāng)年12月-次年2月劃為枯水期。2016年9月-2017年9月在嘉陵江白廟子段每月采集水樣1次，各斷面分別設(shè)置1～3個(gè)采樣點(diǎn)，采集0.5 m以上表層水。采樣用的所有器皿都按嚴(yán)格的清洗程序處理。所有水樣帶回實(shí)驗(yàn)室放入冰箱，在4 ℃下低溫保存。

監(jiān)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)包括高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、五日生化需氧量(BOD5)、揮發(fā)酚，測(cè)定方法分別為：CODMn，酸性高錳酸鉀法；NH3-N，納氏試劑分光光度法；DO，碘量法；BOD5，稀釋與接種法；揮發(fā)酚，4-氨基安替比林分光光度法。

1.3 評(píng)價(jià)方法

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法是一種水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)結(jié)果既能反應(yīng)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況，同時(shí)也能反應(yīng)流域水環(huán)境整治取得的成效[9]。

(1)單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)

單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)Pi由1位整數(shù)和2～3位有效小數(shù)組成，其表達(dá)式為：

Pi=X1.X2X3

(1)

式中X1為第i項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別；X2為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置，按四舍五入的原則計(jì)算確定；X3為水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果，為一位或兩位有效數(shù)字。

(2)綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)

綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)是在單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)基礎(chǔ)上計(jì)算得出，其表達(dá)式為：

Iwq=X1.X2X3X4

(2)

式中，X1.X2為各單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)的平均值；X3為參與綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)中，不能達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的指標(biāo)個(gè)數(shù)；X4為綜合水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果，為一位或兩位有效數(shù)字。

(3)水質(zhì)級(jí)別判定

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[10], 水質(zhì)級(jí)別被規(guī)定為I～V類。通過(guò)綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)的X1.X2可以判定綜合水質(zhì)級(jí)別，并進(jìn)行黑臭判斷，判斷標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 綜合水質(zhì)級(jí)別判定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Comprehensive water quality assessment standards for water level

2 結(jié)果與討論

2.1 地表水質(zhì)的季節(jié)變化特征

結(jié)合國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅲ類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CODMn≤6 mg/L、NH3-N≤1.0 mg/L、DO≥5 mg/L、BOD5≤4 mg/L、揮發(fā)酚≤0.005 mg/L)，從圖1可知，5項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的含量均低于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。

圖1 嘉陵江白廟子段水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Fig.1 Water quality parameters in Baimiaozi Section, Jialing River

嘉陵江白廟子段水中CODMn、BOD5的含量范圍分別為3.0～5.8 mg/L、1.3～3.4 mg/L，其變化規(guī)律均為豐水期>平水期>枯水期。這種季節(jié)變化規(guī)律可能與地表徑流有關(guān)，豐水期受暴雨影響使得許多有機(jī)污染物隨地表徑流進(jìn)入水體[11]。DO的含量范圍在5.2～8.4 mg/L，總體表現(xiàn)為枯水期>平水期>豐水期。從1月到5月，由于溫度回升幅度較大，溶解氧從8.4 mg/L降至6.6 mg/L，下降趨勢(shì)很明顯，直至夏季開始穩(wěn)定，5～8月保持在較低的水平，在6.2～6.8 mg/L之間變化，變化幅度較小，在9月份達(dá)到了谷值，從9月開始溶解氧濃度則逐步上升。夏季水溫升高后浮游植物迅速增加，消耗了水體中的溶氧，導(dǎo)致該季節(jié)DO濃度下降[14]。溶解氧濃度年內(nèi)表現(xiàn)出夏季低，冬季高的特點(diǎn)，可能受到溫度的影響，夏季河流的富氧能力弱于冬季，三峽庫(kù)區(qū)巫山段和鄱陽(yáng)湖水體的研究也得出相似的結(jié)論[12-13]。NH3-N平均值為0.32 mg/L，已達(dá)到地表水II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(≤0.5 mg/L)，豐水期濃度最低，為0.21 mg/L。可能是因?yàn)榭菟诤推剿谥饕性谇锒瑑杉荆疁剌^低時(shí)，氨氮轉(zhuǎn)化速率較慢，隨著水溫的升高，豐水期水中活躍的微生物促進(jìn)氨氮向硝氮轉(zhuǎn)化，使水中氨氮含量逐漸降低[15]。揮發(fā)酚的含量范圍在0.0007～0.0047 mg/L，豐水期平均濃度最低，為0.00096 mg/L，可能是由于豐水期河流水體流動(dòng)性大，有利于污染物的擴(kuò)散及水體的自凈[16]。

2.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并依據(jù)公式(1)、(2)和表1，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖2。

通過(guò)計(jì)算，Iwq分別為2.700、2.600、2.800、3.200、3.100、3.300、2.800、2.500、2.000、2.300、2.200、2.400、2.300，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)均小于4，滿足III類水質(zhì)要求。其中僅有枯水期(12月～次年2月)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)大于3，為III類水質(zhì)，豐水期和平水期水質(zhì)均為II類。因此，不同水期嘉陵江白廟子段表水的水質(zhì)情況為：豐水期水質(zhì)好于平水期，平水期水質(zhì)好于枯水期。綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法從整體上揭示了嘉陵江白廟子段的水環(huán)境質(zhì)量。北碚降雨量豐富，但年度分配不均，5～9月為豐水期，降雨量大，嘉陵江流域徑流量增多，水量增加，污染物濃度隨水量的增加逐漸降低，水質(zhì)表現(xiàn)為較好；進(jìn)入平水期后，隨著降雨量的逐減，水量減少，污染物沒(méi)有足夠的水量稀釋，其濃度增大，水質(zhì)受到影響；枯水期降雨量繼續(xù)減少，流域內(nèi)的污染物得不到有效稀釋，造成水質(zhì)下降。

圖2 嘉陵江白廟子段表水綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)(A)； 嘉陵江白廟子段不同水期表水綜合水質(zhì)級(jí)別(B)Fig.2 Comprehensive water quality identification index of surface water in Baimiaozi Section, Jialing River (A); Comprehensive water quality grade of surface water in Baimiaozi Section, Jialing River during different water periods (B)

3 結(jié) 論

(1)嘉陵江白廟子段表層水體中CODMn、NH3-N、DO、BOD5和揮發(fā)酚的含量均低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。各指標(biāo)含量呈明顯季節(jié)變化：CODMn、BOD5變化規(guī)律為豐水期>平水期>枯水期；DO、NH3-N表現(xiàn)為枯水期>平水期>豐水期；豐水期水中揮發(fā)酚低于枯水期與平水期。

(2)綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，嘉陵江白廟子段地表水質(zhì)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，豐水期和平水期能滿足II類水質(zhì)要求。不同水期的水質(zhì)情況為：豐水期水質(zhì)好于平水期，平水期水質(zhì)好于枯水期。