基于內梅羅污染指數的灞河流域水質變化分析

劉 歡，蒲 喆

（陜西省水文水資源勘測中心,陜西 西安 710068）

1 概述

灞河,屬渭河右岸重要支流,古名滋水,全長109 km,流域面積為2581 km2,平均比降為6%[1]。圖1 為浐灞河流域圖,其發源地位于秦嶺北坡藍田縣灞源鎮麻家坡以北,中途流經灞橋區和未央區,于高陵區南部匯入渭河。主要支流有浐河、輞峪河和清峪河等。灞河流域屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候,四季干濕分明。流域由東南向西北地區海拔存在較大差異,降雨分布不均勻,總降雨量介于550 mm~900 mm之間,年均降水量為830 mm以上；徑流年際間變化大,年內分配不均勻,年徑流量主要集中在每年的7 月~10 月,全年徑流量占比70%以上。流域多年平均氣溫為13.3 ℃[2]。灞河是西安市的主要城市河道,對秦嶺和渭河的連接起著舉足輕重的作用,同時作為西安市的人文景觀水體,有著重要的娛樂和經濟價值。目前關于灞河流域的報道,主要集中在水文、水沙特性研究[3],或是生態景觀變化特征研究[4],而對于灞河流域的水質現狀或趨勢的研究較少,尤其是近幾年的水質污染特征及環境影響的報道屈指可數。因此本文依據2017 年~2020 年地表水監測資料,對灞河流域水質現狀特征和變化趨勢做出分析。

圖1 灞河流域示意圖

2 資料與方法

2.1 斷面與指標選取

依據陜西省水功能區劃要求[5],運用科學的手段和方法選取具有代表性監測斷面6 個（圖1、表1）。選定監測時間為2017.7 ~2020.7,依據《水環境監測規范》（SL 219 -2013） 進行采樣。選取的監測指標為BOD5、化學需氧量、高錳酸鹽指數、氟化物、氨氮、總磷、銅、鋅、鉛等14 項,嚴格依照《水和廢水監測分析方法》對水樣進行監測（表2）,參考地表水環境質量標準（GB 3838-2002）進行水質評價。

表1 灞河流域水質監測點

表2 監測分析方法

2.2 評價方法

目前研究者們關于水質評價的方法有單因子評價法、BP網絡模型法、內梅羅指數法、模糊綜合指數評價等。其中,單因子評價法簡單易懂,然而卻只考慮污染最嚴重的評價因子,忽視其他因子測值對評價結果的影響,而內梅羅指數作為兼顧極值的權重型多因子環境質量指數,避免主觀因素影響。所以本文選取內梅羅污染指數法對灞河6 個不同斷面的水質狀況況進行評價,客觀反映浐灞河水質現狀及近幾年來的水質變化趨勢。

2.2.1 內梅羅污染指數法的基本公式

式中：P表示內梅羅污染指數,Am為第m項評價因子的實測值；Aom為第m項評價因子的標準值（這里采用《地表水環境質量標準》（GB3838 -2002）中的Ⅲ類標準值）；Fm為第m項評價因子的污染指數；Fmave和Fmmax為Fm的平均值和最大值。

2.2.2 水質污染等級的劃分

以《地表水環境質量標準》的Ⅲ類標準為基礎劃分污染等級,從而得出不同類別下內梅羅綜合污染指數P標準（表3）,當P標準＜0.78 時,水質未受到污染；當0.78 ≤P標準<0.91 時,水質受到輕度污染；當0.91 ≤P標準<1 時,水質受到中度污染；當1 ≤P標準<7.21 時,水質為重污染；當P標準≥7.21 時,表明水質已嚴重污染。

表3 流域內地表水環境質量分級

3 結果與分析

3.1 九間房斷面水質變化

由圖2 可知, 2017 年~2020 年九間房斷面全年內梅羅污染指數分別為0.42、0.44、0.40、0.39,年平均值為0.41,呈先增后減的趨勢。依據地表水環境質量分級,水質狀況列為Ⅰ類未污染。另外,九間房斷面2018 年內梅羅污染指數達到最高,為0.44,相比較2017 年指數值增長了4.8%,可能的原因,一是河道沿岸人為活動較為頻繁,生活垃圾污水直接入河道；二是原有的河灘形態因為受開采和建筑施工發生改變,進而對水體產生影響。2020 年內梅羅污染指數達到最低,為0.39。

圖2 2017年~2020年九間房內梅羅污染指數變化

3.2 馬渡王斷面水質變化

2017 年~2020 年馬渡王斷面全年內梅羅污染指數分別為0.45、0.49、0.43、0.39,年平均污染指數值為0.44 （圖3）。依據地表水環境質量分級,水質為Ⅰ類未污染。馬渡王斷面2018 年內梅羅污染指數最高,為0.49 ,2020 年達到最低,為0.39。

圖3 2017年~2020年馬渡王內梅羅污染指數變化

3.3 洪慶斷面水質變化

由圖4可知,2017 年~2020 年洪慶斷面全年內梅羅污染指數分別為0.47、0.56、1.20、0.41,年平均值為0.66,依據地表水環境質量分級,水質狀況列為Ⅰ類未污染。洪慶斷面2019 年的內梅羅污染指數最高,為1.20,水質狀況為Ⅳ類,中度污染,相比2018 年上漲了114%,其中污染物貢獻最大的為氨氮。其可能的原因為上、中游農業灌溉和生活污水等非點源污染的排泄等。2020 年其內梅羅污染指數達到最低,為0.41,比2019 年高峰值降低了66%。

圖4 2017年~2020年洪慶內梅羅污染指數變化

3.4 常家灣斷面水質變化

常家灣斷面2017 年~2020 年全年內梅羅污染指數分別為0.48、0.40、0.41、0.44,年平均指數值為0.43（圖5）,依據地表水環境質量分級,為Ⅰ類未污染。由于常家灣屬于浐河上的一個水文站,且上游為庫峪河、東湯峪河及岱峪河匯入,所以全年來看,水質狀況較好。常家灣斷面2017 年內梅羅污染指數最高,為0.48。2018 年指數最低,為0.40。

圖5 2017年~2020年常家灣內梅羅污染指數變化

3.5 浐河入灞口斷面水質變化

由圖6 可知,2017 年~2020 年浐河入灞口全年內梅羅污染指數分別為1.08、1.34、0.89、0.68,其年均污染指數為1.0,依據地表水環境質量分級,為Ⅳ類重污染狀況。2018 年浐河入灞口內梅羅污染指數最高,達到1.34,貢獻最大的污染物為氨氮,其次為總磷、化學需氧量。2020 年達到最低,為0.68,屬Ⅰ類未污染。浐河入灞口斷面水質整體狀況向好發展。

圖6 2017年~2020年浐河入灞口內梅羅污染指數變化

3.6 灞河入渭口（灞河）斷面水質變化

2017 年~2020 年灞河入渭口（灞河）斷面全年內梅羅污染指數分別為0.94、0.75、1.31、0.54,年平均值為0.89（圖7）,依據地表水環境質量分級,水質為Ⅱ類,輕度污染。該斷面2019 年內梅羅污染指數最高,為1.31,2020 年內梅羅污染指數最低,為0.54。

圖7 2017年~2020年灞河入渭口內梅羅污染指數變化

3.7 灞河流域上、中下游代表斷面水質狀況

圖8 為2017 年~2020 年灞河流域不同代表斷面的水質監測狀況,由圖可8 知,灞河流域的內梅羅污染指數變化趨勢是從河流的上游斷面向下游斷面逐漸增高,浐河入灞口斷面達到高峰值,灞河到入渭口斷面的指數值稍微回落,但水質狀況仍屬于Ⅱ類,輕度污染,這與下游地表水水質受到污染的現象基本吻合。

圖8 灞河流域上、中下游代表斷面

4 結語

（1）從監測分析結果不難看出,2017 年~2020 年灞河上、中游水質全年較好,下游水質介于輕度和中度污染。尤其是浐河進入灞河之前受到污染物影響,污染物類型呈有機型污染,水體主要污染物是氨氮、總磷、化學需氧量等。這表明含有工業廢水、農業養殖及農村城鎮生活污水等非點源污染對水質有著明顯的負效應。

（2）采用內梅羅污染指數法對灞河流域6 處斷面水質作出評價,具有超出傳統單因子評價方法對水質的評價結論悲觀化的優點,同時能夠更好地反應多項污染物對水質的影響程度,亦能客觀呈現水體在時間、空間上的基本污染狀況和變化趨勢。

（3）灞河流域近幾年水質狀況向好發展,從2017 年~2020年污染指數基本呈現降低的趨勢,這與浐灞河生態區被列為國家級水生態系統保護、修復試點示范區的政策分不開的。浐灞河流域水環境得到了有效的治理,與歷史同期狀況相比,水土流失得到控制,綠化面積得到增加,市容市貌得到徹底美化；從前河兩岸臟亂差,現在成了具有特色的人文景觀,人們休閑娛樂的好場所,我們應該繼續保護好這河水清澈、河岸優美的水環境,實現生態環境和水資源利用的良性循環,為西安市的健康發展和國民經濟、社會可持續發展提供生態保障。