奎河楊莊斷面水污染特征及水質評價

張勇 郭文潔

摘 要：2017年對奎河楊莊斷面進行水樣采集，選取高錳酸鹽、氨氮和溶解氧指標進行特征分析，采用單因子指數法、綜合污染指數法和污染損害率法對水質進行綜合評價。結果表明：奎河楊莊斷面pH為7.14～7.59，水體整體呈現弱堿性;高錳酸鹽含量為3.04～5.23mg/L，氨氮含量為0.85～3.29mg/L，溶解氧含量為2.90～9.22mg/L。單因子評價結果表明奎河楊莊斷面高錳酸鹽污染指數為0.20～0.35，水質屬于較清潔的狀態;氨氮污染指數為0.42～1.64，水質屬于重污染的狀態;溶解氧污染指數為0.02～0.87，水質呈輕度污染狀態;氨氮是水質的主要限制因子。奎河楊莊斷面綜合污染指數為0.48～0.79，全年總的綜合污染指數為0.63，水質處于輕度污染的狀態。通過污染損害率計算，可知奎河楊莊斷面水體綜合污染損害率為0.990，水價值受損嚴重，氨氮為水價值受損的主要限制因子。

關鍵詞：奎河;單因子評價法;綜合污染指數法;污染損害率;宿州市

中圖分類號：X24? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2021）01-0048-05

21世紀以來，社會經濟和工農業迅速發展，導致對水資源的需求急劇增加，生產排放的廢水也隨之增加，廢水進入河流導致水體遭到污染，水質惡化，破壞水體生態環境，降低水體水價值，已引起社會的熱切關注。因此，選取合適的指標進行水質特征分析以及對水質的綜合評價具有重要的意義[1-3]。目前，常用的水質評價方法有單因子評價法[4，5]、綜合污染指數法[6-8]、污染損害率法[9]等，很多學者也做了大量的相關研究，如路豪杰等綜合評價了黑龍江干流水質[10]，劉葉葉等綜合考慮各項參數，采用污染損害率模型，分析湘江流域水質特征，并對流域水污染經濟損失進行了估算，為流域水環境保護和管理提供了幫助[11]。

本研究采用單因子評價法、綜合污染指數法及污染損害率法對奎河楊莊斷面2017年水體進行特征分析和水質評價，為水體污染防治和水資源利用提供相關幫助。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

宿州位于安徽省的北部，淮北平原的東北部，年平均降水量在774-896毫米之間，降水總量較充沛，但降水分布不均，東南多，西北少，春少夏多。全市主要河道有70多條，較大的河流有奎河、沱河、新汴河等，其中奎河屬于淮河水系，源于云龍湖最后注入濉河，河道全長76公里，流域面積1231平方公里。奎河流經宿州市楊莊鄉，全鄉總面積72萬平方公里，轄22個行政村，4萬多人口，耕地面積6.8萬畝，近年來，宿州楊莊工業興起，經濟發展迅速，截至2016年底，全鄉工農業生產總值達30.24億元。

1.2 樣品采集

依據奎河楊莊斷面周圍環境的具體情況，按照樣點設置原則和采樣頻率要求，采樣點具體位置布設在北緯34度03分43秒，東經117度13分12秒處，采樣時間為2017年全年，采樣頻率為每周一次，共采取52份水樣。

1.3 樣品檢測

采集回來的水樣當天在實驗室進行分析，如水樣渾濁、氣味大等需先對水樣進行過濾和稀釋處理后方可進行實驗分析。為保證實驗數據的準確可靠性，采集樣品時，采取平行雙樣;分析樣品時選取20%的平行水樣進行分析，同時進行加標回收和有證標準物質的測定。水樣的測定方法根據《水和廢水監測分析方法》（第四版），具體見表1。

1.4 評價模型

1.4.1 單因子評價法

單因子評價法即取某一評價因子的實際檢測所得值除以該因子的標準值，從而判斷水質級別。單因子評價法數據處理較為簡單，所得結果能夠直觀地了解水域水體水質情況是否滿足功能要求，但用單項指標判定水質過于單一，并不能保證其科學合理性[12]。單因子評價法計算公式為：

Pi=Ci/Ci0? ?（1）

式中：Ci—第i種水質指標的實測濃度;Ci0—為第i種水質指標的評價標準。

由于溶解氧性質較為特殊，表現為濃度越大，水質越好，因此單因子評價法為單獨的計算公式：

式中：SDO，j—溶解氧的標準指數;DOf=468/（31.6+T），mg/L，T為水溫（在標準狀態下，T通常選取為20℃）;DOS—溶解氧的評價標準，mg/L;DOj—j取樣點的溶解氧的檢測值，mg/L。

單因子評價法對應的水質分級見表2。

1.4.2 綜合污染指數法

綜合污染指數法是選取多項水質指標通過計算得出結果，從而判斷水體水質污染狀況，是水環境質量評價的一種重要方法。綜合污染指數法是對單因子評價的進一步處理，改善了水質單項指標表征水質污染狀況較為片面的欠缺[13]。綜合污染指數評價法計算公式為：

式中：Pj—j斷面的綜合指數;n—參加評價的污染物項數;Pi—為第i項污染物的污染分指數。綜合污染指數對應的水質分級見表2。

1.4.3 污染損害率法

污染損害率評價模型是根據水中污染物的濃度，通過計算得出污染物對水體所創造的價值的損害程度[11]。污染損害率計算公式為：

式中：Ri—第i種污染物的污染損害率;ai、bi—第i種污染物的損害參數;Ci—污染物i的實測濃度。

當水中污染物為一種以上時，其綜合污染損害率R可表示為：

2 結果與分析

2.1 單因子評價結果分析

采集奎河楊莊斷面的水樣共52份，每周采樣一次，對每月數據選取其平均值作為該月的數值，同時將pH與其他污染物指標作與同一圖進行對比，考察水體酸堿性對其他污染物的影響。奎河楊莊斷面高錳酸鹽、氨氮、溶解氧和pH含量見圖1。

由圖1可以看出奎河楊莊斷面高錳酸鹽、氨氮、溶解氧的波動比較大，pH波動相對較為平緩。奎河楊莊斷面高錳酸鹽含量為3.04～5.23mg/L，平均值為4.03mg/L，其中最大濃度值出現在5月，最小濃度值出現在4月，斷面中高錳酸鹽含量最高值已超過《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中III類水標準。高錳酸鹽指數是反映水體中可氧化物質污染的常用指標，由此可知奎河楊莊斷面水體中有機污染物含量一般，有機物分解，消耗水中氧含量，水中氧含量減少，導致水中需氧生物比如魚類的呼吸困難甚至造成其死亡，破壞水體生態系統，降低水體的資源價值;除此之外，有機污染物發酵，致使細菌滋生，有機物腐敗導致水體變黑、發臭。奎河楊莊斷面氨氮含量為0.85～3.29mg/L，平均值為1.99mg/L，最大濃度值出現在12月，最小濃度值出現在6月，斷面中氨氮含量最高值已超過《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中V類水標準。氨氮是水體中的營養元素，會導致水體富營養化現象產生，藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧含量下降，水質惡化，且氨氮對魚類及某些水生生物來說有毒，會造成其大量死亡的現象，形成奎河楊莊斷面水體生態系統失衡甚至崩潰的隱患。奎河楊莊斷面溶解氧含量為2.90～9.22mg/L，平均值為4.66mg/L，最大濃度值出現在1月，最小濃度值出現在10月，斷面中溶解氧含量最低值已超過《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中V類水標準。溶解氧是衡量水體自凈能力的指標，奎河楊莊斷面溶解氧含量較低，加上排入的污染物過多，造成奎河楊莊斷面水體自凈速度低，水質惡化;溶解氧低，魚類及某些水生生物呼吸困難，厭食，最終死亡，破壞奎河楊莊斷面水體生態系統。奎河楊莊斷面pH為7.14～7.59，整體呈現弱堿性。

依據奎河楊莊斷面的水體功能主要是農業用水，基于《安徽省水環境功能區劃》考慮，選用《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）中V類水標準，選取高錳酸鹽、氨氮、溶解氧三個水質指標，運用單因子評價法對奎河楊莊斷面水質進行評價，高錳酸鹽和氨氮使用公式（1）進行計算，由于溶解氧與其他指標性質不同，采用公式（2）進行計算，計算結果見表3。

從表3中，可知奎河楊莊斷面高錳酸鹽污染指數為0.20～0.35，年平均值為0.27，水體水質全年處于較清潔的狀態，其中4月更是達到了清潔的狀態;奎河楊莊斷面氨氮污染指數為0.42～1.64，年平均值為1.00，水體水質總體呈現重污染的狀態，其中5、6、8月屬于輕度污染狀態，占比25%;7、9月屬于中度污染狀態，占比16.7%;其余月份均屬于重污染狀態，占比58.3%;奎河楊莊斷面溶解氧污染指數為0.02～0.87，年平均值為0.62，水體水質總體呈現輕度污染的程度，其中1、2月屬于清潔的狀態，占比16.7%;5、11、12月屬于輕度污染的狀態，占比25%;其余月份均屬于中度污染的狀態，占比58.3%。通過單因子評價法結果可知，氨氮為奎河楊莊斷面水體水質的主要限制因子，溶解氧為次要限制因子，高錳酸鹽對水體水質的影響較為微弱。要想改善奎河楊莊斷面水體的水質情況，就要著重對水體中的氨氮進行治理，同時也要時刻關注水體中溶解氧的含量變化情況。

2.2 綜合污染指數評價結果分析

采用綜合污染指數法公式（3）對奎河宿州楊莊斷面高錳酸鹽、氨氮、溶解氧2017年12個月的綜合污染指數進行計算，結果見表4。

由表4可知，奎河楊莊斷面水體全年的綜合污染指數值0.63，水質屬于輕度污染級別。可能是由于宿州市楊莊近年來工業迅速發展，導致排入奎河的污染物過多，超過了水體的自凈能力，從而使水體受到了污染。奎河楊莊斷面2017年12個月的綜合污染指數在0.48～0.79之間，最大值是在12月份，屬于中度污染程度;最小值出現在5月份，屬于輕度污染的程度;在全年12個月中，屬于中度污染程度的有3個月，分別是3月、10月和12月，占比25%;其余月份均屬于輕度污染，占比75%。可能是因為宿州市楊莊3月份為春旱期，10月和12月為秋冬季，氣候干燥，降水少，以至于在此期間奎河楊莊斷面水體水量小，水體自凈能力弱，水體更替速度很慢，造成了匯入的污染物不能及時被稀釋，水體受污染程度呈現出中度污染程度，水質較差;其余月份盡管奎河楊莊斷面水量受降水限制較小，但在大量的排入的廢水的作用下，導致斷面水體水質依舊處于輕度污染的狀態。

2.3 污染損害率評價結果分析

基于奎河楊莊斷面水體中主要污染物是耗氧有機物考慮，選取水體中高錳酸鹽和氨氮進行污染損害率評價，按照《地表水環境質量標準》（GB3838 -2002），結合奎河楊莊斷面水體水環境功能區劃，將地表水II類作為背景濃度，污染物濃度在達到背景濃度時對水體水價值的損害率為0.01;將地表水V類作為嚴重污染臨界濃度，污染物濃度在達到臨界濃度時對水體水價值的損害率為0.99。將以上2個值代入公式（4）可得到不同污染物對應的ai和bi值，再分別采用公式（4）和公式（5）計算奎河楊莊斷面水體的單項污染物損害率和綜合污染損害率，計算結果見表5。

由表5可知，奎河楊莊斷面水體中高錳酸鹽污染損害率在0.004～0.027之間，除了1月、5月、7月損害率相對較大，其余月份損害率都較小，全年的損害率為0.010，可見高錳酸鹽對奎河楊莊斷面水體水價值的損害程度還是較低的。奎河楊莊斷面水體中氨氮的污染損害率在0.077～0.999之間，除了5月、6月、8月損害率較小外，其余月份損害率都挺高，全年損害率更是高達0.989，可見氨氮對奎河楊莊斷面水體水價值的損害程度相當之大。奎河楊莊斷面水體的綜合污染損害率在0.082～0.999之間，除了5月、6月、8月的綜合污染損害率較低外，其余月份的綜合污染損害率都很高，全年的綜合污染損害率高達0.990，可見奎河楊莊斷面的水體水價值遭到了嚴重的損害，應引起足夠的重視，要著重對氨氮進行治理，以減少奎河楊莊斷面水體的生態系統的受損程度，以保證其水體水價值利用的最大化，以保障水資源安全。

3 結論

（1）奎河宿州楊莊斷面pH為7.14～7.59，水體整體呈現弱堿性;高錳酸鹽含量為3.04～5.23mg/L，平均值為4.03mg/L，以最大值來判斷，奎河宿州楊莊斷面水體屬于III類水;氨氮含量為0.85～3.29mg/L，平均值為1.99mg/L，以最大值來判斷其水體則屬于V類水;溶解氧含量為2.90～9.22mg/L，平均值為4.66mg/L，以最低值來判斷，其水體則屬于V類水。

（2）單因子評價結果得出奎河宿州楊莊斷面高錳酸鹽污染指數為0.20～0.35，年平均污染指數值為0.27，水質屬于較清潔的狀態;氨氮污染指數為0.42～1.64，年平均污染指數值為1.00，水質屬于重污染的狀態;溶解氧污染指數為0.02～0.87，年平均污染指數值為0.62，水質總體呈現輕度污染的狀態;氨氮是宿州楊莊斷面水體水質的主要限制因子。

（3）通過綜合污染指數法進行評價，可知奎河楊莊斷面2017年12個月的綜合污染指數為0.48～0.79，全年總的綜合污染指數為0.63，可見水體水質總體處于輕度污染的狀態。

（4）通過污染損害率計算，可知奎河楊莊斷面水體綜合污染損害率為0.990，其中高錳酸鹽單項污染損害率為0.010，氨氮單項污染損害率為0.989，可知奎河楊莊斷面水體水價值受損嚴重，氨氮為其水價值受損的主要限制因子。

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