水質分析及改善措施
——以中國白水縣林皋湖為例

宋佳 郭蕾 馮姍姍 王歡 王曉艷

渭南師范學院環境與生命科學學院，中國·陜西 渭南 714099

1 引言

近些年來，伴隨著社會經濟的快速發展和人口數量增長，對水資源的需求也迅速增加。大量沒有經過處理的工業污水、生產廢水直排放到湖泊或海中，水環境遭到破壞，水質也越來越差。中國水污染的問題限制了經濟的發展，威脅到生態系統，損害了人們的生活和健康。

自20世紀70年代以來，世界上所有國家都已開始發展其經濟，注重技術發展。但是隨著經濟效益的提高和科技的不斷發展，自然資源的污染問題也跟著到來[1]。目前，水污染已成為全球性問題。在中國七大水系的近400個監測斷面，劣于Ⅴ類水質的近27%，基本上沒有了其利用功能。2006年，七個不合標準的第五節水系統的比例略低，僅為26%，而中國地表水中的地下水比例仍為28%。在水資源相對匱乏的中國北方，污染狀況更加嚴峻。

中國水環境的保護與管理受到越來越多的關注。自1980年以來，已經在全國范圍內進行了水質評估。環境質量評估是根據水評估的目標，選擇相關的水質量標準，環境質量標準和評估方法，以評估水體的使用。通常使用國家或地方當局宣傳的水質標準作為評估標準[2]。目前，研究水質的方法有模糊綜合分析法、內梅羅指數法、灰色關聯分析法及單因子污染指數法等。內梅羅指數法是當前國際上進行綜合污染指數計算最常運用的方法之一，該方法是一種兼顧極值或突出最大值的計權型多因子環境質量指數[3]，能夠較全面地反映各種污染物的協同作用，從而較準確地評價各類環境要素的污染程度[4]。單因子污染指數法被廣泛使用，尤其是在環境影響評估方面。

中國白水縣林皋湖水質評價尚未開展系統工作，林皋水庫位于白水河中段，可以供水、灌溉、防洪，負責1.1萬人、1.3萬頭牲畜的飲水，在本地區農業生產和經濟發展擔任了重要角色。因此，對林皋湖水質評價工作顯得尤為重要。本研究以林皋湖為研究對象，采集12個地段水樣，進行8項指標分析，旨在發現林皋水庫水質分布特征，開展水環境質量綜合分析。

2 研究區概況

林皋湖位于中國陜西渭南白水林皋鎮內，又叫做林皋水庫，它的名字來自主要支流林皋河。林皋湖地處109°16′～109°45′E，35°4′～35°27′N之間，融合了云臺山、方山，形成山水聯動的“兩山一湖”綠色自然生態格局。它屬于溫帶大陸性季風氣候，年均降水量622mm，全年降水量的80%集中在6、7、8月，常常會有暴雨出現。林皋水庫建于1966年2月，1971年12月竣工，在20世紀70年代開始運營。湖區常年氣溫平均11.4℃，最高25℃，持續時間很短，年日照2200～2600h以上，大壩長460m，高33.3m，控制流域面積330km2，總面積2200～2700畝，總庫容3300萬m3，流域年平均徑流量1680萬m3。林皋湖主要水源為北溝河、林皋河及白石河，匯入白水河，其灌溉面積為12萬畝，水量較為充沛[5]。

3 材料與方法

3.1 布點采樣

2019年11月，根據林皋湖流經路線，采樣點北至林皋河村南至圣頡源家，西起段家河東達林皋慢城旅游景區，如圖1所示，共布置12個采樣點，采集湖水水樣12個。

圖1 研究區及采樣點分布

3.2 樣本測試及分析方法

本次測試實驗，測定了水的濁度、TDS、EC、pH值、溫度、COD、總硬度、DO這8個指標。濁度使用便攜式濁度儀（GDYS——101SZ2）檢測；使用筆式pH檢測計（AS——PH5）測定樣品pH值；TDS和EC由TDS、EC二合一測量計（ec——01）檢測；總硬度采用EDTA滴定法測定；采集COD水樣時，現場加1ML硫酸錳及2ML堿性碘化鉀固定劑，需要蓋好瓶蓋搖勻，使其充分反應，使用碘量法測定，DO采用重鉻酸鉀法測。

4 評價方法

4.1 內梅羅指數法

內梅羅指數法是當前國際上進行綜合污染指數計算最常用的方法之一。該方法先求出各因子的分指數，再求出各分指數的平均值，取最大分指數和平均值計算。在計算污染分指數時，往往某種污染物超標倍數很高，而其他若干污染物都不超標，平均狀況也不超標，實際上某種污染因子超標就會造成對水環境的危害。該指數法考慮到了各污染物的平均污染水平、個別污染物的最大污染狀況、水的用途，設計是比較合理的。

內梅羅水質指標計算公式：

其中，PIj代表的是第j類標準的內梅羅綜合污染指數；Ci代表的是i污染因子的實測濃度；Sij為i污染因子在j種標準下的標準值。

4.2 單因子污染指數法

單因子污染指數法是一種通過比較污染水平和污染評估標準來確定水質等級的方法。采用單因子污染指數法確定主要污染因子，這種方法被廣泛應用，尤其是環境影響評估中。單因子污染指數法僅考慮最嚴重污染評價因素對整個評價結果的影響，強調最嚴重的評估因子在總體評估中的關鍵作用，削弱其他因素的作用[6]。

①單因子污染指數的計算通式為：

其中，Pi為第i項污染物的污染指數；Ci為第i項污染物的實測值，單位mg/L；C0表示i污染物的評價標準，單位為mg/L。

②pH的計算方法：

如果pH≤7時，計算公式為：

如果pH＞7時，計算公式為：

其中，PpH,j為j采樣點的pH的污染指數；pHj為j采樣點的pH值；pHsd為評價標準中的下限值6；pHsu為評價標準中的上限值9。

③DO的計算方法：

當DOj≥DOs時，計算公式為：

當DOj＜DOs時，計算公式為：

其中，DOf代表是某水溫、氣壓條件下的飽和溶解氧濃度；DOf=468/(31.6+T),T為水溫，單位是℃；DOs為溶解氧評價標準限值，單位是mg/L；DOj為DO在j采樣點實測統計值。

污染指數得出后，其污染的程度能分成5個等級；1.5以上為極重污染；1.0～1.5為嚴重污染；0.6～1.0為較重污染；0.2～0.6為中污染；污染指數0～0.2為輕污染。

4.3 評價標準依據

選取pH值、溶解氧、化學需氧量水質指標，依照國家GB3838——2002《地表水環境質量標準》等級劃分標準，運用單因子污染指數法的水質分析方法，對林皋湖監控斷面的水環境質量進行分析評價。表1為本項目檢測指標的地表水環境質量標準。

表1 地表水環境質量標準

5 結果與分析

5.1 各指標綜合分析

根據采樣分析結果所得，pH變化幅度較大，從1～9點處逐漸下降，在采樣點9處得到最小值，9～12點處逐步增加；水質濁度基本都在維持在10～30之間，在采樣點10處達到最大值60.1NTU，在采樣點8處達到最小值3.73NTU；TDS和EC整體變化幅度不大，在采樣點8處達到最大值；DO和總硬度在各河段整體變化不大，DO在1、3、8處達到最大值，總硬度在10處取到最大值；COD在整個河段中都處于6～14之間，在7處達到最大值14，在4處取得最小值6。

5.2 內梅羅指數法

根據美國學者內梅羅《河流污染科學分析》一書中所提到的該污染指數的14個水質指標參數[7]，選取本次實驗所測定的溫度、pH值、總硬度及溶解氧4個指標，采用內梅羅指數法進行分析評價。

對比表2的內梅羅水質指數污染等級劃分標準，結合表3內梅羅污染數，可以看出林皋湖12個采樣點的內梅羅污染指數均位于0.8～0.96之間，均大于0.6小于1，水質較為清潔，符合Ⅱ類水質標準。內梅羅指數法突出污染指數最大的指標對評價結果的的影響，其中采樣點1和12，pH達到最大值8.7，通過計算，得出1，12采樣點內梅羅指數均為0.957，是12個點中內梅羅污染指數最大值，也都符合Ⅱ類標準。

表2 內梅羅水質指數污染等級劃分標準

表3 各采樣點內梅羅污染指數

5.3 單因子污染指數法

為了盡量與現行的國家水環境質量評價方法結合，與環辦[2011]22號《地表水環境質量評價辦法(試行)》一致，采用GB3838——2002《地表水環境質量標準》表1中除水溫、總氮和糞大腸菌群以外的21項指標[8]，包括本次實驗所測定的pH值、DO、COD。

由表4可以看出，各采樣點的PpH、PDO、PCOD均小于1，能夠滿足GB3838——2002《地表水環境質量標準》中的Ⅲ類標準。其中pH的污染指數在0.2～1.0，在9點處取最小值0.45，屬于中污染，在1和12點處取最大值0.85，屬于較重污染；DO污染指數在0～1.0之間，1點處取到最小值0.151，屬于輕污染，7點處取到最大值0.62，屬于較重污染；COD污染指數在0.2～1.0之間，在4點處取到最小值0.2，屬于輕污染，在7處取得最大值0.7，為較重污染。

表4 各采樣點單因子污染指數

其中，7點處COD和DO污染指數均大于0.6，屬于較重污染。COD是估算總水污染物排放量的關鍵指標，并且是水污染的主要因素。它可以反映出水體的污染程度。其含量越高，水中使用的溶解氧就越多，從而減少了水的氧氣，并加速了水質的惡化。1和12點的pH污染指數為0.85，也屬于較重污染，其原因應該是周圍居民生活污水排放，同時農作物化肥污染，使pH污染指數偏高。

6 討論

河流水質的變化是多種因素綜合作用的結果。區域自然環境和社會環境的變化會對河流水質產生影響。

林皋水庫水質指標呈現出水質濁度空間差異大的特點，主要原因有以下幾個方面。

6.1 垃圾焚燒

采樣點10濁度高的原因是附近餐館較多，人為傾倒的廢水，沿岸焚燒的垃圾、人們燒烤留下的垃圾進入河流，造成水中膠體顆粒和懸浮物增多，水體濁度增大。

6.2 施工影響

林皋慢城景區正在建設中。灰塵和污水流入河中。建筑污水的影響給水帶來了非常奇特的氣味，濁度高，透明度差。

6.3 水生生物對水質的影響

采樣點8和9的水附近種植有蘆葦和香蒲等，并且栽培植物的根和身體具有吸附和捕獲水中懸浮物的作用，因此其水濁度低得多。原理是蘆葦的根部分泌有機物并吸收水中的懸浮液，植物有機體阻止水的流動并減慢水流，從而降低水的濁度，使懸浮液沉淀出來以提高透明度的[9,10]。林皋湖水具有大量溶解氧的原因是水中有許多藻類，并且氧氣是通過光合作用產生的。水溫、氣壓、pH值、水生植物水量及光合作用都會使溶解氧受影響。

7 結論

①通過各指標綜合分析可以得出，林皋湖pH值在7.9～9之間，屬于弱堿水；TDS濃度范圍在212～258 mg/L；EC在424～526 us/cm之間，適于發展魚類養殖業；總硬度197～296 mg/L之間，屬于微硬水；COD在6～14 mg/L之間，屬于Ⅰ類水；DO均位于8～11mg/L之間，屬于Ⅰ類水。

②使用內梅羅指數法探究表明，林皋湖溫度、pH值、總硬度及溶解氧4個指標內梅羅指數，均大于0.6小于1，符合Ⅱ類水質標準。

③使用單因子污染指數法分析表明，林皋湖pH值、DO、COD的污染指數均符合Ⅲ類水質標準。

8 改善措施

考慮到林皋湖在水庫調度過程中的多樣性，我們將積極研究生態可持續發展，對可能出現的情況進行規劃，并及時處理新問題。

8.1 完善水質監測制度

要加強林皋湖水質檢測。認真執行水庫管理及水源保護條例，完善林皋水庫出水口水質自動監測站；規范水質監測斷面布局，使監測斷面、監測時間、頻率和監測因子等統一；建立完善的林皋湖上游水質動態監測網絡和數據庫；加強管理人員，增加水質檢測儀器設備，定期檢測林皋湖水質。

8.2 對林皋水庫及輸水干渠進行隔離防護

根據水源安全標準化建設和標準化建設的要求，考慮水源保護的需要，對林皋水庫水源地輸水干渠實行物理隔，組織圍網工程，清理圍網內的違章建筑和問題，實行封閉管理。此外，要完善庫區視頻監控系統，配備庫區漂浮物清除器，完善庫區管理區巡查設備，加強執法監督力量[11]。

8.3 推進林皋湖保護“三個建設”

加強周邊地區組織建設，扎實推進林皋水庫水源保護區農村基層組織建設，深入開展“奮發圖強”活動；加強周邊地區基礎設施建設，依托林皋水庫現有的農業工程基礎，努力搞好農業生產、農民生活、農村生態等基礎設施建設；加強社會事業建設，加強水源保護區文化教育設施、醫療衛生體系和社會保障體系建設，改善人民的基本生活條件，提高人民的生活水平[12]。

9 結語

目前，林皋水庫已采取多種保護措施。但由于種種原因，仍有許多問題需要政府和有關部門高度重視。提高周邊村莊居民對林皋湖的保護意識，并加強對水源保護的宣傳，普及居民水源保護知識，使林皋湖的水資源得到保護。