泵站放江行為對城市中小河道水質(zhì)的影響

孫吉萌，許錫煒，金 星

(上海市楊浦區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，上海 200093)

1 研究背景

楊浦區(qū)污水管系統(tǒng)較為老舊，為雨污合流系統(tǒng)，因此在汛期時，沿河市政泵站在開啟泵站放江時會將大量的生活污水同時排入河道中[1-2]。

本研究在放江前后檢測水體理化性質(zhì)，闡明放江行為對水體環(huán)境的影響，可用于描述放江行為對河道水體環(huán)境的影響，有助于為其他相關(guān)研究和政府決策提供參考。

2 材料與方法

河道位于上海市區(qū)楊浦區(qū)北部。沿途有六個泵站，每處泵站都設(shè)有涵洞，在汛期時，向河道放江，用于排除道路積水。

2.1 采樣點(diǎn)位

采樣點(diǎn)位布設(shè)見圖1和表1所示，自上游至下游分別設(shè)四個采樣點(diǎn)。于2021年7月(汛期)和 2021年9月(臺風(fēng))采集地表水及沉積物樣品，地表水采樣根據(jù)《水質(zhì)采樣方案設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(HJ 495-2009)的規(guī)定。

圖1 采樣點(diǎn)位、泵站點(diǎn)位與地表水自動監(jiān)測站點(diǎn)示意圖

表1 采樣點(diǎn)位信息

2.2 監(jiān)測指標(biāo)

選取COD、氨氮作為主要水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)，其中，COD 采用哈希(HACH)法(DR6000，美國哈希公司)測定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測定。同時現(xiàn)場用多參數(shù)手持式水質(zhì)檢測儀(PRODSS,美國YSI公司)監(jiān)測pH、溫度、溶解氧(DO)、氧化還原電位(ORP)等。

2.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析及處理均通過Excel 2016、Origin 2021b及SPSS 26.0完成。地理信息通過ArcGIS 10.6完成。

3 水環(huán)境質(zhì)量狀況

3.1 2021年1-10月自動站水質(zhì)變化

pH值、濁度、溶解氧、總氮、氨氮、總磷、COD在觀測周期內(nèi)的值分別為3.94～9.19 NTU、0.6～99.9 NTU、0.00～9.93 mg/L、0.00～9.97 mg/L、0.00～9.61 mg/L、0.00～1.77 mg/L、1.99～99.7 mg/L，在304天的觀測日均值數(shù)據(jù)中，pH值超標(biāo)1天，溶解氧超標(biāo)215天，氨氮超標(biāo)103天，總磷超標(biāo)82天。

圖2 2021年1～10月楊浦區(qū)降水量及自動站水質(zhì)變化

由圖2可以看出，降水事件后，往往伴隨著溶解氧、pH的降低和氨氮、總磷、總氮等指標(biāo)的升高，這可能是由于降水引發(fā)的地表徑流和汛期放江共同作用引起的，這一點(diǎn)也在諸多文獻(xiàn)研究中得到證實[3-6]。

為了更好地研究降水事件(放江事件)對受納水體水質(zhì)的影響，我們自創(chuàng)了事件累積污染指數(shù)來進(jìn)行說明：

(1)根據(jù)我們定義的事件，選取出一定日期內(nèi)足夠數(shù)量的樣本，用于獲取數(shù)據(jù)及后續(xù)的統(tǒng)計分析；

(2)定義事件的窗口期，通常為事件日(t0)的前后數(shù)天[tn,tk]；

(3)計算事件窗口期中每日的水質(zhì)參數(shù)測量值與標(biāo)準(zhǔn)限值之間的差值(Cti=Ci-Bi)；

(4)在此基礎(chǔ)上計算每日的累積污染指數(shù):

以幾場降水(2月11日、2月26日、3月16日、5月4日、7月3日、7月24日、9月12日、9月29日)進(jìn)行說明，結(jié)果見表2和圖3所示，圖3中大部分曲線顯示出三個有明顯區(qū)分的部分：(1)在事件發(fā)生前的上升(溶解氧)或者下降(氨氮)部分，這表明事件發(fā)生前，水體環(huán)境處于良好的狀態(tài)；(2)在事件當(dāng)天(t0)或者事件前一天(t-1)(這可能取決于是當(dāng)日放江還是提前放江)水質(zhì)會明顯地惡化，具體表現(xiàn)在，溶解氧的事件累積污染指數(shù)曲線出現(xiàn)向下的拐點(diǎn)，氨氮的事件累積污染指數(shù)曲線出現(xiàn)向上的拐點(diǎn)，而這種惡化往往會持續(xù)大約一周甚至數(shù)周時間；(3)當(dāng)再次出現(xiàn)拐點(diǎn)時，則意味著污染事件對環(huán)境影響的結(jié)束。

在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，事件累積污染指數(shù)可以用來衡量某一事件對環(huán)境質(zhì)量的影響。

圖3 幾次典型降水的事件累積污染指數(shù)曲線

表2 事件累積污染指數(shù)

3.2 研究期間兩次放江后河道水質(zhì)變化

本研究于2021年7月(汛期)和 2021年9月(臺風(fēng))采集了兩輪河道地表水樣品，其中7月2日，9月7日，9月8日，9月9日為放江事件，結(jié)果見圖4所示。

圖4 兩次放江后水質(zhì)變化

由圖4可以看出，放江后，泵站釋放大量的污染物到受納水體中，河道整體ORP急劇下降，由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化成厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致水體中溶解氧驟降且數(shù)值相近，同時各采樣斷面pH下降，氨氮、COD上升。7月在放江3天至1周后，河道水質(zhì)各指標(biāo)總體趨于平緩且恢復(fù)至V類水標(biāo)準(zhǔn)，9月在放江1～2周后，河道水質(zhì)各指標(biāo)方趨于平緩且恢復(fù)至V類水標(biāo)準(zhǔn)，這可能是由于9月放江持續(xù)時間長且放江量大導(dǎo)致的。

4 結(jié) 論

降水事件后，往往伴隨著溶解氧、pH的降低和氨氮、總磷、總氮等指標(biāo)的升高，這可能是由于降水引發(fā)的地表徑流和汛期放江共同作用引起的。

為了更好地研究降水事件(放江事件)對受納水體水質(zhì)的影響，我們自創(chuàng)了事件累積污染指數(shù)來進(jìn)行說明，在事件當(dāng)天(t0)或者事件前一天(t-1)(這可能取決于是當(dāng)日放江還是提前放江)水質(zhì)會明顯地惡化，具體表現(xiàn)在，溶解氧的事件累積污染指數(shù)曲線出現(xiàn)向下的拐點(diǎn)，氨氮的事件累積污染指數(shù)曲線出現(xiàn)向上的拐點(diǎn)，而這種惡化往往會持續(xù)大約一周甚至數(shù)周時間。在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，事件累積污染指數(shù)可以用來衡量某一事件對環(huán)境質(zhì)量的影響。

放江后，泵站釋放大量的污染物到受納水體中，河道整體ORP急劇下降，由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)化成厭氧狀態(tài)，導(dǎo)致水體中溶解氧驟降且相近，同時各采樣斷面pH下降，氨氮、COD上升。