貴州百花湖流域主要地表河流水質評價分析

張潔 焦樹林 趙夢 趙宗權 莫躍爽

摘要：觀山湖是貴州生態文明示范區，百花湖是區內最大的引用水源，也是長江上游地區的重要生態屏障。選取觀山湖區百花湖流域地表河流貓跳河、麥架河、麥城河、宋家沖河和李家沖河為研究對象，采用水質污染指數法和綜合水質標識指數法對2016年～2017年1月的8個水質指標進行了評價分析。結果表明：① 5條地表河流全年表層年均溫度為16 ℃，水體pH值總體呈弱堿性，范圍為7.52～8.19。② CODCr、BOD5、NH3-N、TP為主要污染源，綜合污染指數范圍為0.31～1.19，綜合水質標識指數范圍為2.200～5.220，污染最嚴重的河流是麥架河。③ 由綜合污染指數法得出5條河流在3個時期中有7%的結論為重度污染，與綜合水質標識指數法得出的Ⅴ類水質占7%的結論相一致。④ 水質狀態由好到差為貓跳河>麥城河>李家沖河>宋家沖河>麥架河，水質最差的麥架河和宋家沖河都屬外源河。

關 鍵 詞：

水質評價; 污染指數法; 綜合水質標識指數法; 地表河流; 喀斯特地貌地區

中圖法分類號： X824

文獻標志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.06.003

0 引 言

“十一五”規劃提出將觀山湖作為貴州省生態文明示范區，觀山湖再次被確定為重點開發的主體功能區示范點。百花湖是區內最大的飲用水源，也是長江上游地區的重要生態屏障，因此，強化各種水源補給安全是保障百花湖水源水質處于良好狀態的關鍵。隨著農村城鎮化建設步伐的加快，農村生活污水、生活垃圾以及畜禽養殖污染對飲用水源、地表水及生態環境都造成了一定的威脅[1-2]。

觀山湖具有典型的喀斯特地貌特征，地表巖石主要以碳酸鹽巖為主，相較于非喀斯特區，在水對可溶性巖（碳酸鹽巖）的化學溶蝕以及物理侵蝕、沉積等作用下易形成洼地、洞穴、裂縫等地貌類型。地表水下滲嚴重，下滲后容易泄漏進入地下河，加上特殊的“二元”水環境系統，使得地表水與地下水連通性強，一旦水庫、地表河流受到污染就很難治理。

李家沖河（麥西河）、宋家沖河（南門河）、麥架河、麥城河和貓跳河都屬百花湖流域的主要地表河流。由于獨特的喀斯特地貌類型，地表水可通過入滲、泄漏等方式進入地下水層。地表水受到污染不僅會對區內最大人工水庫百花湖的飲水安全造成威脅，同時還影響著地下水的水質安全[3]。由于地下水污染后治理困難，因此對地表水的水質狀況進行合理評價并制定科學有效的治理措施對百花湖水庫和地下水的水質安全都有重要意義。

水質評價的方法有單因子指數法、綜合污染指數法、內梅羅指數法，模糊綜合分析法、主成分分析法、綜合水質標識指數評價法等[4-8]。

孫濤利用綜合污染指數法對錦溪上游水質進行的評價分析發現，單因子指數法的評價結果過于保守，而將其與綜合污染指數相結合的評價結果更能讓人接受[9]。郭晶等[10]研究發現，每種評價方法在評價水質時的側重點不同，評價方法各有優缺點。只通過單一的水質評價方法不能準確地評價研究區的污染狀況，因此不同水質評價方法的有效結合能使評價結果更客觀、更加接近事實。單因子指數法雖然所得結果過于保守，但單因子指數法能得出研究區的主要污染因子和水質類別。綜合污染指數法能統計出各污染指標的相對污染指數，得到具有代表性的污染數值，從而確定研究區的污染程度[9-11]。綜合水質標識指數法主要是對河流水質中的各種污染因子進行定量的評價，該方法操作簡單，將定性和定量相結合，可以在同一類別中比較水質的優劣，也可以對劣Ⅴ類水質做更細的劃分，得出水質是否出現惡臭現象[12-13]。

本文將用單因子指數評價法、綜合污染指數法和綜合水質標識指數法對匯入百花湖的李家沖河、麥城河、宋家沖河、麥架河和貓跳河5處地表河進行水質評價，分析其水質污染原因、主要污染因子及污染程度，從源頭上解決水質污染問題，降低匯入百花湖和地下水的水質污染程度，從源頭上保護水源。研究結果可為地表水水質向良好狀態發展給出有益的參考，為相關的水資源管理部門提供科學依據。

1 研究區概況

李家沖河、麥城河、宋家沖河、麥架河和貓跳河位于觀山湖境內（東經106°27′49″～106°34′23″，北緯26°35′48″～26°42′20″），是百花湖流域內主要的地表河流。百花湖是觀山湖區內的最大人工水庫，地處烏江水系的南明河水系和貓跳河水系的分水嶺地帶，以西為貓跳河水系，以東為南明河水系。水庫周圍連接諸多河流。麥架河和麥城河匯入貓跳河，與宋家沖河和李家沖河一起匯入百花湖。貓跳河的監測斷面李官電站位于百花湖下游的北部，麥城河的監測斷面下麥村位于百花湖西部，麥架河的監測斷面郝官橋、宋家沖河的監測斷面板坡場和李家沖河的監測斷面李家沖位于百花湖流域東部。這5條河流中，麥架河和宋家沖河屬于外源河，由白云區流向觀山湖區匯入百花湖水庫（見圖1）。區內屬中亞熱帶高原季風濕潤性氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑，全年氣候溫暖濕潤適中，素有“第二春城”的美稱[14]。其最冷月為1月，平均溫度為5.1 ℃，最熱月在7月，平均溫度為24 ℃，多年平均降水量為1 095.6 mm[15-17]。

2 材料與方法

2.1 采樣點設置

以貓跳河、麥架河、麥城河、宋家沖河、李家沖河5條地表河流為研究對象，監測點分別為李官電站（S1）、郝官橋（S2）、下麥村（S3）、板坡場（S4）和李家沖（S5）。在5個監測斷面表層0.5 m處進行采樣。通過實地自設斷面對每個監測點每月上旬或中旬的河流進行每月一次的監測，監測期間天氣晴朗。

統計得到2016年4，6，8，10、12月和2017年1月的貓跳河、麥架河、麥城河、宋家沖河和李家沖河5條河流的水質監測數據。為了更好地對5條河流各時期的水質進行評價，根據貴州降雨量的特征并結合采樣時間，將采樣數據劃為3個水期，即豐水期（6月、8月）、平水期（4月、10月）、枯水期（2016年12月，2017年1月）[18]。

2.2 水質指標及測定方法

根據GB3838—2002《地表水環境質量標準》的水質指標要求并結合研究區的水環境特點，選取溫度與pH、DO、CODMN、CODCr、BOD5、NH3-N、TP、石油類8種水質指標進行水質分析[19-21]。選用GB3838—2002《地表水環境質量標準》的Ⅲ類標準作為監測斷面的水質評價標準限值[22]?，F場通過水質儀測得T、pH、DO，通過稀釋方法測出BOD5，用酚酞滴定測出CODMn，其余指標是在實驗室通過相應儀器測得。

2.3 評價方法

2.3.1 單因子指數評價法

單因子指數評價法是用研究區所選的水質指標中水質最差的指標因子來表示整個斷面的水質污染類別，單因子指數法對非溶解氧指標、溶解氧指標、pH的表達式不同[14]。單因子指數用Pij表示。

非溶解氧污染指標的表達式為

Pdij=Cij/Sij（1）

式中：Pdij表示第i斷面第j項指標因子的污染指數;Cij為第i斷面的第j項指標的實測濃度;Sij為第i斷面的第j項指標的標準濃度。

溶解氧的單項污染指數表達式為

Pij（DO）=CfDO-CDO/CfDO-SODO，CDO≥SODO（2）

Pij（DO）=10-9CDO/SODO，CDO

式中：Pij（DO）為溶解氧的單因子污染指數;CDO為溶解氧的實測濃度;CfDO為飽和溶解氧的濃度;SODO為與水質污染指標對應的溶解氧濃度標準值。

pH的單因子指數評價法的表達式為

Pij（pH）=7.0-pHij7.0-pHsd，pH≤7.0，pHsd=6（4）

Pij（pH）=pHij-7.0pHsu-7.0，pH>7.0，pHsu=9（5）

式中：Pij（pH）表示pH的污染指數;pHij 表示pH的實測值;pHsd表示評價標準中pH的下限值;pHsu表示評價標準中pH的上限值。

當Pij>1時，該項指標超標，水體污染;當Pij≤1時，該項指標未超標，水體未污染[23]。

2.3.2 綜合污染指數法

綜合污染指數法是在單因子指數法的基礎上，通過每個斷面等權重求取平均值的一種方法。其表達式為

PT=1/nn1Pij（6）

式中：PT表示綜合污染指數，Pij在表達式（1）中已表示。PT≤0.25，清潔;0.25

2.3.3 綜合水質標識指數法

綜合水質標識指數法是在單因子水質標識指數法的基礎上，用整個研究區的一組水質污染指標作為研究對象。綜合水質標識指數由一位整數加上3位小數點主成[24-25]。其表達式為

Iwq=X1.X2X3X4（7）

式中：X1為水體的綜合水質類別，X2表示綜合水質在X1類水質區間內所處的位置;X3為參與水質評價的指標中劣于水體水質指標的個數，X4為綜合水質標識與功能區水質類別的比較結果[5，26]。通過水質標識指數法，可以判斷水質的污染類別，判斷類別見表1。

3 結果與分析

3.1 水質指標特征分析

從平水期、豐水期、枯水期及全年的水質指標來看（見圖2），pH在平水期、豐水期、枯水期都呈弱堿性，取值范圍為7.52～8.19，平均值為7.74，最大值在宋家沖河，為8.19，最小值在李家沖河，為7.41。全年平均溫度都在16 ℃左右。以Ⅲ類水質標準為參照值，8個水質指標在5個監測斷面都有超標現象，DO在S1、S4、S5監測斷面上達到水質標準，而在S2的豐水期和枯水期、S3的豐水期都處于Ⅳ類水質。

其中CODMn只在麥架河的枯水期出現超標現象，其值為6.2 mg/L，達到Ⅳ類水質標準。NH3-N在S2處出現峰值，明顯高于其他4個斷面的水質監測值，在整個時期水質都出現超標現象，其中平水期NH3-N值達到5.81 mg/L。TP在S1處含量最低，達到水質指標范圍。石油類指標出現高峰值是在S3的平水期，其值為0.15 mg/L，達到Ⅳ類水質標準，水質主要受到石油類的污染。

從全年的水質指標值看，在S2水質指標出現的高峰值最多，水質污染最嚴重，其中DO、CODMn、CODCr、BOD5、NH3-N、TP都超標。而在S1、S3監測斷面，8個水質指標出現的超標現象較少，其中S1在8個水質指標中均未超過Ⅲ類水質標注，水質最好。S3除了DO、石油類出現超標外，其余水質指標都達Ⅲ類水質標準，水質較好。S4監測斷面主要是CODCr、NH3-N、TP出現超標現象，水質達到Ⅳ類標準?？偟膩碚f，整個研究區水質污染的主要原因是CODCr、BOD5、NH3-N、TP超標[27]，其次是CODMn、DO、石油類。

3.2 水質污染指數評價

由圖3～4可以看出，研究的5條河流的3個時期中，40%為較清潔，13%為輕度污染，40%為中度污染，7%的為重度污染[28]。貓跳河和麥城河的水質都處于較清潔狀態。且由水質綜合污染指數看出，貓跳河水質最好，水質由好到差為平水期>豐水期=枯水期，水質的綜合污染指數分別為0.31，0.34，0.34，全年的污染指數為0.36，水質較清潔。其次是麥城河，麥城河水質狀況為豐水期>枯水期>平水期，綜合污染指數為0.35，0.36，0.40。水質僅次于貓跳河，水質較好。

麥架河在5條河流中水質最差，麥架河3個時期的水質狀況為豐水期>枯水期>平水期，主要污染指標為NH3-N，水質的綜合污染指數分別為0.86，0.87，1.19。水質最差的為麥架河的平水期，水質達到重度污染，綜合污染指數達到1.19。

宋家沖河水質在平水期、豐水期、枯水期及全年都處于中污染狀態，水質狀況為豐水期>平水期>枯水期，水質污染最差的為枯水期，最好的為豐水期;水質污染指數分別為0.52，0.60，0.61。李家沖河水質低于貓跳河和麥城河，高于麥架河和宋家沖河，主要的超標指標為DO、BOD5。

李家沖河的水質狀況為平水期>豐水期>枯水期，水質污染指數分別為0.47，0.49和0.53，枯水期水質表現為中度污染，其余時期都為輕度污染，全年水質呈現中度污染，污染綜合指數為0.53。

通過單因子指數法和綜合污染指數法看出，全年水質最差的是麥架河，最好的為貓跳河。水質由好到差為貓跳河>麥城河>李家沖河>宋家沖河>麥架河，主要的污染指標為NH3-N、CODCr、TP、BOD5。麥城河、麥架河匯入貓跳河，雖然貓跳河的水質目前處于較清潔狀態，但是其支流中有水質較差的河流，如果支流的水質不能得到較好的監督和防控，將會影響貓跳河的水質狀況，最終將對百花湖水質產生負面影響，造成水質富營養化狀態加重。

3.3 綜合水質標識指數法評價

就綜合標識指數來看（見表2和圖5），麥架河和宋家沖河的綜合標識指數最大，麥架河在平水期、豐水期和枯水期的綜合標識指數分別為5.220，4.820，4.630，宋家沖河在枯水期、豐水期、平水期的綜合水質標識指數分別為3.540，3.430，3.320。判定類別為Ⅴ類的是麥架河的平水期，麥架河的枯水期、豐水期水質在Ⅳ類水質范圍內。麥架河全年的水質標準為Ⅳ類，其水質標識指數為4.890，接近Ⅴ類水質，水質較差。

水質標識指數在3.0

總的來說，水質由好到差為貓跳河>麥城河>李家沖河>宋家沖河>麥架河，這與用綜合污染指數法所得結果一樣。除了麥架河，其余河流水質都在GB3838—2002《地表水環境質量標準》的水質指標Ⅲ類范圍內，因此后期應加強監控和管理，避免水質出現惡化現象。

4 討 論

至2012年12月建立以來，觀山湖就擁有集農業、旅游、現代服務業、會展金融和商貿物流為一體的生態型、數字化、園林式的現代化新城。但由于發展的不協調，在發展過程中存在產業空間結構不明晰、生態環境和水環境保護壓力大等問題。使得農村城鎮化建設加快、百花湖取水量加大，生活污水、垃圾及禽畜養殖對飲用水源、地表河流及生態環境都造成了一定的威脅。

針對生活污水、垃圾及禽畜養殖對飲用水源、地表河流造成的威脅，從2016年初，政府就環百花湖村寨共設23個污水處理站，其中百花湖鄉16個。采用地埋式智能微動力一體化設備+潛流人工濕地的處理工藝對鄉村點源污水進行處理。對城市的面源污染物如：汽油、機油、重金屬、生活垃圾及其他污染物，除對其固體污染物進行收集分類集中處理外，未來可采取海綿城市策略，種植生態草溝建立雨水花園來處理城市的不透水層帶來的面源污染。

地表水水質的優劣關系到政府實施的有關污水治理的成效。由上述3種水質評價共同得出：5條地表河流在匯入百花湖前，水質由好到差為貓跳河>麥城河>李家沖河>宋家沖河>麥架河，其中貓跳河水質最好，水質最差的是麥架河，其次是宋家沖河。宋家沖河、麥架河都屬外源河，在進入觀山湖區前就污染嚴重，水質受到生活生產活動的影響，產生了含NH3-N，TP較多的生產生活污水。其中污染最嚴重的麥架河上游沿河有許多村寨，生活生產污水排放量大，使得上游有一處未按照相關標準進行有效處理的垃圾填埋場，再加上麥架河沿岸受保護的基本農田多，耕地面積大，使得農藥化肥使用量大，嚴重污染當地水質。要想控制麥架河上游的污染狀況，除了垃圾填埋場要嚴格按照國家標準處理生產生活垃圾及減少使用農藥化肥外，最重要的是從源頭出發，宣傳保護生態環境的重要性，規定居民在固、液、氣的污染物上的排放量，提高居民保護水環境的意識。

麥架河和麥城河的水先匯入貓跳河，再經貓跳河流入百花湖，麥架河水質最差，全年水質判定類別為Ⅳ類，而貓跳河水質最好，全年水質類別為Ⅱ類。麥架河的水在流入貓跳河后對其沒有太大影響，原因是麥架河的水在流向觀山湖過程中其自凈能力發揮了作用以及在進入觀山湖區后，被金百污水處理廠進行污水處理，再加上監測點S1處在百花湖生態小城鎮發展范圍內，污水治理水平較高，這就使得麥架河匯入貓跳河后污染物含量減少，水質提高，從而對干流貓跳河水質沒有造成太大影響。

5條地表河流匯入百花湖，匯入點分別為百花湖水庫的大壩、貴鋁泵房和麥西河口，其水質類別在2016～2017年1月都為Ⅲ類。而在同一時期，整個百花湖的水質評價指標都為Ⅳ類，氨氮和總磷嚴重超標，富營養化嚴重，這說明百花湖水庫水質差的主要原因已不是地表河流匯入所致，這與2016年該區人民政府簽訂及實施的《貴陽市水污染防治目標責任書》有很大的關系。說明政府的強制管理有了顯著的效果，至少在地表水匯入水庫前水質得到了很好的治理。而影響百花湖水質差的原因可能與紅楓湖水庫中的水流入百花湖有關，因此加強百花湖上游的紅楓湖水庫的監測管理也是保障百花湖水庫水質安全的關鍵。

5 結 論

（1） 單因子指數得出CODCr、NH3-N、TP、BOD5為主要超標因子。綜合污染指數法得出的5條河流在3個時期中有13%為輕度污染、40%為中度污染，7%為重度污染;綜合水質標識指數法得出的3個時期中Ⅳ類水質占13%，Ⅴ類水質占7%。兩種方法得出的重度污染與Ⅴ類水質占比一致，說明兩水質評價法對于該研究區的實用性強，同時也說明本次研究所得結論具有一定的真實性。

（2） 5條地表河流全年年均溫度為16 ℃，水體總體呈弱堿性，取值范圍為7.52～8.19。研究區的綜合污染指數范圍為0.31～1.19，綜合水質標識指數范圍為2.200～5.220。污染指數最嚴重的河流都是麥架河，水質最好的河流為貓跳河。水質狀態由好到差為貓跳河>麥城河>李家沖河>宋家沖河>麥架河。其中水質最差的麥架河與宋家沖河都是外源河流。

（3） 針對麥架河、宋家沖河，可加大跨區的污水處理合作，從源頭上加強水源保護，實行截污減排政策，減少化肥農藥的使用量，鼓勵使用農家肥種植，發展有機農業。建議對百花湖采取低污染、低沖擊的發展模式。

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（編輯：劉 媛）

Water quality evaluation and analysis of main surface tributaries

of Baihua Lake in Guizhou Province

ZHANG Jie，JIAO Shulin，ZHAO Meng，ZHAO Zongquan，MO Yueshuang

（School of Geography and Environmental Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550025，China）

Abstract：

Guanshan Lake is an ecological civilization demonstration area in Guizhou Province.Baihua Lake is the largest drinking water source of Guanshan Lake and an important ecological barrier in the upper reaches of the Yangtze River.Taking the main surface tributaries of Baihua Lake basin as research objects，including the Maotiao River，Maijia River，Maicheng River，Songjiachong River and the Lijiachong River，the eight water quality indicators from 2016 to January 2017 were analyzed by water quality pollution index method and comprehensive water quality identification index.The results show that：① the surface temperature of the five surface rivers is about 16 ℃，the water is generally weakly alkaline and the pH value ranges from 7.52 to 8.19.②CODCr，BOD5，NH3-N and TP are the main pollution sources，the comprehensive pollution index ranges from 0.31 to 1.19，the comprehensive water quality identification index ranges from 2.200 to 5.220，and the most polluted river is the Maijia River.③For the five rivers，the comprehensive pollution index method shows that 7% water samples are severely polluted in three water periods，which is consistent with the 7% samples belonging to classⅤwater standard that is given by the comprehensive water quality index method.④The water quality status ranks as：Maotiao River>Maicheng River>Lijiachong River>Songjiachong River>Maijia River，the most polluted rivers，Maijia River and the Songjiachong river are alien rivers.

Key words：

water quality evaluation;pollution index method;comprehensive water quality identification index method;surface river;Karst geomorphic area