某市城區(qū)河段水體環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀與污染評價

龍巧玲,蔡深文,駱樂丹,楊 玲

(遵義師范學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，貴州 遵義 563006)

1 引言

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加快，水污染問題越來越突出，水污染降低了水體的使用功能[1]。水污染不僅影響生物的生存和繁衍，而且對人類的身體健康產(chǎn)生一定的危害。而水污染的典型之一就是水體富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化(eutrophication)是指當(dāng)水體中氮、磷營養(yǎng)元素含量過高時，原有水生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)與能量的動態(tài)平衡被破壞，水生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性喪失，引起藻類和水生植物等初級生產(chǎn)者大量生長的現(xiàn)象[2]。尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，工農(nóng)業(yè)的發(fā)展規(guī)模不斷擴大，工業(yè)化帶來了城市化現(xiàn)象，使得大量含有氮、磷等物質(zhì)的生活污水排入到周圍的河流、水庫和湖泊中，增加了水體中營養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)荷量。同時，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所施用的化肥以及畜牲糞便的量也在逐年增加[3]，其中的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)雨水沖刷和地表流失而進(jìn)入水體。由于這些人為活動的影響，直接縮短了水體由貧營養(yǎng)向富營養(yǎng)過渡的時間，最終導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該市城區(qū)河段河內(nèi)的污染物質(zhì)主要來源于生活污水，其次是工業(yè)廢水。研究該市城區(qū)河段的水質(zhì)狀況和水體富營養(yǎng)化程度可以促使該市城區(qū)河段流域的生態(tài)系統(tǒng)更穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，從而增加該地區(qū)的生物多樣性，為該地區(qū)的紅色文化錦上添花。前人對該市城區(qū)河段的研究多為水文水資源[4]、鄰苯二甲酯[5]、重金屬[6]等方面，而未對水體富營養(yǎng)化進(jìn)行調(diào)查評價。本文通過對該市城區(qū)河段水體氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、pH值、電導(dǎo)率(σ)、氧化還原電位(ORP)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)以及溶解氧(DO)等指標(biāo)的測定，采用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法[7]、綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法[8]、綜合水質(zhì)評價法[9]以及對數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)法[10]對該市城區(qū)河段水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評價，以期為該市城區(qū)河段的保護(hù)及水質(zhì)利用提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

2.1.1 采樣點布設(shè)

于2020年8月對該市城區(qū)河段進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查，根據(jù)當(dāng)前水體污染及利用情況，如圖1所示，共布設(shè)9個斷面。

2.1.2 試樣的采集

樣品采集主要參照《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ/91-2002)要求進(jìn)行。由于該市城區(qū)河段在該市城區(qū)內(nèi)的河寬基本不超過50 m，因此只需要設(shè)置一條中弘垂線。采樣前需對采水器進(jìn)行清洗，先進(jìn)行酸浸，再用自來水沖洗，最后用蒸餾水進(jìn)行潤洗；采樣時將采水器沉入水中，水樣采集時使用水樣采集器表面0.5 m處的表層水，每個采樣點采集3個水體試樣。采集的水樣分別裝入預(yù)先處理好的500 mL的聚乙烯瓶中，部分水樣加硫酸酸化保存，低溫保存水樣，且當(dāng)天帶回實驗室，放入冰箱中保存，在48 h內(nèi)進(jìn)行測定。

2.2 水體質(zhì)量指標(biāo)分析

各參數(shù)所用方法參照國家或者環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，pH值：采用玻璃電極法測定(GB6920-86)；電導(dǎo)率：采用電導(dǎo)率測定儀；氧化還原電位(ORP)：氧化還原電位計；氨氮：采用納氏試劑分光光度法(HJ535—2009)；溶解氧(DO)：采用便攜式溶解氧測定儀(HJ925—2017)；總磷(TP)：采用鉬酸銨分光光度法(GB∕11893-89)；高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)：采用酸性高錳酸鉀法(GB∕T11892-89)。

單個試樣須做平行測定。監(jiān)測過程中出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)，需進(jìn)行反復(fù)驗證，查找原因，以確保每個數(shù)據(jù)的真實性和有效性。對監(jiān)測的原始數(shù)據(jù)要嚴(yán)格記錄保存。

2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office Excel 2010對本文數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析。

2.4 評價方法

2.4.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法

單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)Pi，由一位整數(shù)，小數(shù)點后兩位或者三位小數(shù)組成，用于評價單個水質(zhì)指標(biāo)的水體質(zhì)量狀況，表示形式如下[11，12]：

Pi=X1.X2X3

(1)

式(1)中，X1為第i項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別，X2為測定數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間中所處的位置(按照四舍五入的原則取以為有效數(shù)字)，X3為水質(zhì)類別與水質(zhì)功能區(qū)劃類別比較的結(jié)果(結(jié)果為一位或者兩位有效數(shù)字)。

2.4.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法以單因子水質(zhì)指數(shù)標(biāo)識法為基礎(chǔ)，用于評價多個水質(zhì)指標(biāo)的水體質(zhì)量狀況，其表達(dá)式為[13，14]:

Iwq=X1.X2X3X4

(2)

2.4.3 綜合水質(zhì)級別評價

根據(jù)國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的分類,對水體質(zhì)量進(jìn)行級別界定稱為水質(zhì)級別評價[15]。單項水質(zhì)指標(biāo)類型及綜合水質(zhì)類型分為7類。

表1 綜合水質(zhì)評價級別標(biāo)準(zhǔn)

2.4.4 對數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)法

本研究采用對數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)法對該市城區(qū)河段水體富營養(yǎng)化程度進(jìn)行評價，方法如下[16]：

(3)

式(3)中，EI為富營養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)，Wi為指標(biāo)i的歸一化權(quán)重值，本研究中的指標(biāo)均視為等權(quán)重，xi為指標(biāo)i的“規(guī)范值”，xi的計算如下。

(4)

(5)

式(4)、(5)中，ci為各項水質(zhì)指標(biāo)的實際測定值，ci0為各項水質(zhì)指標(biāo)的“參照值”，如表2[17]。根據(jù)上述EI計算結(jié)果，河流水體富營養(yǎng)狀態(tài)可分為5個等級，如表3[17]。

表2 各項水質(zhì)指標(biāo)的參照值

表3 富營養(yǎng)狀態(tài)等級劃分

3 結(jié)果與討論

3.1 水體污染物的分布特征

采集的9個該市城區(qū)河段水樣中pH值、電導(dǎo)率、氧化還原電位、溶解氧、氨氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)測試濃度見表4。pH值變化范圍在7.78～8.16之間，均達(dá)到了6～9的范圍區(qū)間，表明該市城區(qū)河段水體 pH 值達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)整體呈弱堿性，不存在超標(biāo)現(xiàn)象，這與佟霽坤[18]對白洋淀水質(zhì)特征的研究結(jié)果一致。溶解氧的變化范圍在2.91～7.53 mg/L之間，其中達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的共有7個采樣點，兩處采樣點屬于Ⅳ類，含量最低的為B6采樣點，溶解氧含量僅為2.91 mg。氨氮的變化范圍在0.67～2.41 mg/L之間，其中達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的共有5個采樣點，處于Ⅴ類和劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)各1個采樣點，含量最高值出現(xiàn)在B6處，然而藻類生長從水體吸收大量的氨氮[19]，因此，說明此處生長的藻類較少；而B8采樣點的氨氮含量則低于最低標(biāo)準(zhǔn)限值，則說明此處藻類可能生長旺盛，對氨氮的消耗量大，導(dǎo)致含量無法檢測出來。總磷濃度變化范圍為0.05～0.29 mg/L，在9個采樣點中達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的有6個采樣點，其余3個采樣點均為Ⅳ類水，其中，最大值出現(xiàn)在B6處，最小值在B8處，且差異較大。高錳酸鹽指數(shù)濃度含量范圍為3.52～11.14 mg/L，其中達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的采樣點共有4處，Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)水樣3處，Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)水樣1處，最大值出現(xiàn)在B6處，最小值出現(xiàn)在B4處。綜合來看，B5和B6這兩個斷面相對來說受污染比較嚴(yán)重。

某種元素的變異系數(shù)越高，表明其受人為干擾程度越強[20]。根據(jù)Wilding[21]的分類準(zhǔn)則，變異系數(shù)水平可分為低度變異(CV<15%)、中度變異(15%36%)。由表4可知，氨氮的含量和總磷的含量屬于高度變異(變異系數(shù)均為0.54)，說明水體受人為干擾的程度強；溶解氧含量和高錳酸鹽指數(shù)屬于中度變異，說明水體受到一定程度的人為干擾；而pH值、電導(dǎo)率和氧化還原電位屬于低度變異，說明水體受人為干擾的程度弱。

表4 某市城區(qū)河段水體污染物分布

同時，將測試濃度與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[23]中的篩選值進(jìn)行對比。氨氮、總磷以及高錳酸鹽指數(shù)的含量多個采樣點處于超標(biāo)狀態(tài)，經(jīng)實地調(diào)查和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，B2(2號污水處理廠下游約500 m)B3(2號支流與1號支流交匯上游約500 m)、B5(商業(yè)街)、B6(3號支流與主流域交匯下游約500 m)、B7(4號污水處理廠下游約500 m)、B8(4號支流與主流域交匯處下游約500 m。尤其是B6處，超標(biāo)最為嚴(yán)重，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，此處地面未鋪設(shè)雨水管網(wǎng)，降水將地面上的污染物質(zhì)直接沖入河段內(nèi)，再加上河岸附近有垂柳，枯枝落葉較多，以及建筑工地施工等，因此，導(dǎo)致B6處的水質(zhì)污染嚴(yán)重；而B5處為商業(yè)街，人流量大，故對水質(zhì)影響較大。

3.2 某市城區(qū)河段綜合水質(zhì)評價

對該市城區(qū)河段水質(zhì)進(jìn)行評價，其單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)以及綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)見表5。其中，B8處氨氮含量低于最低檢測值的下限，未被檢測到，因此不參與評價。由表5可知，該市城區(qū)河段城區(qū)河段的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)為3.414。氨氮污染較為嚴(yán)重，其單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的平均值為3.87，其中B3和B6兩處的指數(shù)均大于5；其次是高錳酸鹽指數(shù)，其單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的均值為3.75，其中B6的指數(shù)大于5。溶解氧以及總磷的均值均小于3，表明水體溶解氧及總磷受污染較小。B6處的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)大于5，且氨氮和高錳酸鹽指數(shù)的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)均大于6，說明此處水質(zhì)污染較為嚴(yán)重，因為此處為3號支流與主流域匯合處，現(xiàn)場調(diào)查可知，3號支流水體受到一定污染，因而兩條河混合以后導(dǎo)致主流域的水質(zhì)受到一定的影響；其次，可能是由于人為活動的影響而導(dǎo)致水質(zhì)變差；再者也可能是由于水體中浮游生物的增多而導(dǎo)致水質(zhì)變差。

表5 某市城區(qū)河段綜合水質(zhì)評價結(jié)果

該市城區(qū)河段綜合水質(zhì)級別見表6。由表6可知，該市城區(qū)河段綜合水質(zhì)級別為Ⅳ類，總體水質(zhì)較差。氨氮水質(zhì)級別為Ⅳ類，其中由4個采樣點的水質(zhì)達(dá)到功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(Ⅲ)外，其余采樣點均未達(dá)到水質(zhì)功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，B6處水質(zhì)級別甚至為劣Ⅴ類，這與上述的監(jiān)測結(jié)果一致。其次，高錳酸鹽指數(shù)的水質(zhì)級別也為Ⅳ類，其中有5處水質(zhì)達(dá)到功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(Ⅲ)，B6處為劣Ⅴ類。河流水質(zhì)差別的空間分布往往與其不同區(qū)域形態(tài)特點以及周邊環(huán)境狀況密切相關(guān)。從溶解氧和總磷的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)從均值來看，兩者均達(dá)到水質(zhì)功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(Ⅲ)。從綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)來看，9個采樣點中有7處的水質(zhì)達(dá)到功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(Ⅲ)，說明城區(qū)河段整體水質(zhì)狀況良好，這與當(dāng)今的環(huán)保政策以及人們的素質(zhì)密不可分。

表6 某市城區(qū)河段綜合水質(zhì)級別

3.3 富營養(yǎng)化狀態(tài)評價

本研究選取與富營養(yǎng)化關(guān)系密切的DO、氨氮、TP以及CODMn等4項指標(biāo)進(jìn)行富營養(yǎng)化狀態(tài)評價。由表7可知，營養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)在該市城區(qū)河段城區(qū)河段的范圍是52.1～76.28，B5、B6和B7采樣點為重富營養(yǎng)化狀態(tài)，這三個點分別是商業(yè)街、3號支流與主流域交匯處和4號污水處理廠，重富營養(yǎng)化程度最高的是B6處，此處由于受自然以及人為干擾的程度強，導(dǎo)致河內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)超標(biāo);其次是B5處，此處是商業(yè)街，人員流動大，生活污水的排放量大，導(dǎo)致水體中的營養(yǎng)物質(zhì)超標(biāo)；其余6個采樣點均為不同程度的富營養(yǎng)化狀態(tài)，其中，富營養(yǎng)化程度最低的是B8(4號支流與主流域交匯下游約500 m)，4號支流沿岸人為干擾較小，因此，當(dāng)兩條河匯合后，富營養(yǎng)化程度有所降低。從整個城區(qū)河段來看，9個采樣點均受到不同程度的自然和人類活動的干擾，呈富營養(yǎng)化狀態(tài)。

表7 各采樣點富營養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)該市城區(qū)河段城區(qū)河段的水質(zhì)狀況在一定程度上受到污染，整個河段目前處于Ⅳ類水體。除pH值、電導(dǎo)率以及氧化還原電位以外，溶解氧、氨氮、總磷以及高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)均受到了不同程度人為活動的影響。綜合來說，商業(yè)街和3號支流與主流域交匯處下游約500 m處受污染相對嚴(yán)重。

(2)水質(zhì)綜合評價發(fā)現(xiàn)，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)為3.414，綜合水質(zhì)評價級別為Ⅳ級，總體水質(zhì)較差，特別是3號支流與主流域交匯處下游約500 m處為劣Ⅴ類水體。

(3)富營養(yǎng)化狀態(tài)評價得出結(jié)論，城區(qū)河段總體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，其中以3號支流與主流域交匯處下游約500 m處最為突出，為最高重富營養(yǎng)化狀態(tài)。

4.2 建議

該河城區(qū)河段的水體環(huán)境質(zhì)量未達(dá)到目標(biāo)功能區(qū)水質(zhì)類型，因此，提出以下幾點建議以改善和提高河流的水質(zhì)狀況。

(1)加強環(huán)境保護(hù)宣傳力度，監(jiān)督力度，提高人民群眾的環(huán)保意識。

(2)對污染嚴(yán)重，水草分布不足，水生生物多樣化不足的河段進(jìn)行清淤處理。

(3)科學(xué)合理施用化肥，鼓勵施用有機肥、生物肥以及緩效肥等；科學(xué)使用農(nóng)藥。

(4)重視畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，積極引導(dǎo)形成健康綠色的養(yǎng)殖模式。