沙河水質環境因子時空分布及污染評價

李瑤　閆麗　楊超臣　侯曉龍　張碧函　劉盼　姚新悅　肖國華

摘要：于2018—2020年春、夏、秋三季對沙河河水進行水質調查檢測，并對其作出污染綜合評價。采用單因子評價法，并結合相關污染指數分析了污染情況，包括均值和內梅羅綜合污染指數，選擇總磷、總氮、高錳酸鹽指數、BOD54個監測指標作為評估依據，對沙河河水進行水質評價。結果顯示，均值綜合指數平均值為0．68，內梅羅綜合指數平均值為1.3。綜合這兩種評價方法，沙河水質環境整體表現為輕度污染狀態。

關鍵詞：沙河；水質；環境因子；污染綜合評價

河流環境污染是全球范圍內普遍存在的環保問題［1—2］，由于中國的高速發展，不少河流在國民經濟發展影響下遭受了各種程度的環境污染，不僅降低了水質，而且污染了底泥，河流環境在水體環境中占據著重要地位，作為廢水的最后收集地，會直接影響到水體環境的恢復［3—4］。因此，為了對阜平沙河地區水體情況綜合調查，以對沙河河水調查與監測為數據，對沙河水質作出了相應的評估，這不僅對了解該水域的生態環境的變化狀況有重要意義，并且可為沙河水域生態環境的保護與修復提供依據。

1 材料和方法 1.1 研究區域概況

沙河發源于山西省繁峙縣東白坡頭，流經多個區域，包括吳王口和五丈灣等，最終到達王快水庫，沙河主要處于曲陽交界位置。根據相關資料，分析了相應的形態特征，結合交通情況和人類干擾等，以這些作為主要影響因素合理設置了站點，將一些具有代表性的河段斷面選取出來，評估空間距離是否合適，采取了野外取樣調查方式，之后合理設置了站位，共6個，見表1。

1.2 調查取樣時間

2018—2020年春、夏、秋三季進行現場調查取樣，總計8次。

1.3 樣品采集與檢測

從沙河干流區域采集了水樣，采集范圍包括上游（冀晉交界）以及下游（王快水庫人口），設置了6個采樣點獲取樣品，同時采集區域集中在河道中心。采集完成后依據相應的測試指標，并依據《漁業生態環境監測規范》第三部分［6］相關要求，選擇合適的保護劑并將其添加到樣品中，在實驗室完成樣品測試工作，水質檢測方法見表2。

2 水質評價方法

鑒于目前沙河流域是王快水庫的主要補水河流，中上游水量相對充沛，但仍有部分流域穿越村莊，造成污染。因此，按照《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002），應用綜合指數作為評價依據，包括單因子、均值和內梅羅綜合指數［8］。將單因子評價法與綜合指數法相結合，較為客觀地評價了農村小型集中式供水水質狀況，避免采用單一評價因子反映整體水質，使得評價結果準確度大大提升。

2.1 單因子指數法

單因子指數評價法采用單監測項目污染指數表示，其值為某一水質監測指標的測定值與執行標準的相應水質類別的該項目的限定值之間的比值，其中pH值和溶解氧除外。計算表達式：

式中：P，為單因子污染指數；a；為某一水質監測指標的測定值；a為該標準的限定值。

2.2 均值綜合指數法

本文研究的均值綜合污染指數法是指算術平均值的綜合污染指數，是對水質的多指標綜合評價，盡量規避了單一監測項目數據對水質綜合評價的影響（見表3），同時降低了水質監測數據異常造成的整體評價誤差［10］。計算表達式：

式中：P為均值綜合污染物指數；P，為單因子污染指數；n為參與評價的監測項目個數。

2.3 內梅羅綜合指數法

在國內外，廣泛采用了這種指數法，可應用于綜合污染的評估（見表4）。該方法根據各監測項目的污染指數，并計算出相關參數。這種方法的應用特征在于確定環境質量指數，并突出顯示出其中的最大值，同時能夠將平均值考慮在內，主要集中于監測項目，并確定最大污染項目，在此基礎上評估該項目對水質的影響。計算表達式：

式中：Pn、P1和P。為內梅羅、均值以及單因子綜合污染指數，最后一項為最大值。

3 結果與討論

3.1 水質環境調查檢測結果

2018—2020年水環境監測要素評價：沙河流域水質pH值平均值為8.53，變化范圍為7.79～8.96，符合地表水環境質量II類水質標準；溶解氧平均值為8.52mg／L，變化范圍為5.75～13.65mg／L，符合地表水環境質量III類水質標準；BOD5平均值為1.56mg／L，變化范圍為0.36～4.08mg／L，符合地表水環境質量II類水質標準；總氮平均值為3.71mg／L，變化范圍為1.244～5.569mg／L，各監測站位均超出地表水環境質量II類水質標準；總磷平均值為0.04mg／L，變化范圍為0.026～0.088mg／L，各監測站位均超出地表水環境質量III類水質標準；硫化物平均值為0.02 mg／L，變化范圍為0.007～0.074mg／L，各監測站位均超出地表水環境質量II類水質標準。3.1.1 單因子指數評價法根據單因子評價法評價，pH值、DO均符合地表水環境質量II類水質標準，其余項目結果見表5。

3.1.2 均值綜合指數評價法

根據單因子指數評價法評價結果，結合沙河的水質特點，選取總磷、總氮、高錳酸鹽指數、BOD5共4個監測項目的單因子指數作為均值綜合污染指數，沙河水質評價結果見表6、圖1。

根據上述圖表所示，沙河2018年全年水質狀況為中度污染—重污染，春、夏兩季為中污染，秋季處于重污染。2019年水質春季處于輕度污染，2020年整體處于輕度污染。根據上表數據發現，主要污染物質為總氮，僅在2019年夏季監測P值小于1，其余時間均高于限定值。并且從中可以發現每年秋季的水質環境劣于春、夏兩季，這一結果與李志林等［6］的調查原因基本一致，由于汛期的到來，導致秋季水質劣于春、夏兩季。

3.1.3 內梅羅綜合指數評價法根據單因子指數評價法和均值綜合污染指數法評價結果，以總磷、總氮、高錳酸鹽指數、BOD，共4個監測項目作為內梅羅綜合污染指數參評指數，沙河水質評價結果見表7、圖2。

根據內梅羅綜合污染指數評價結果，無論是通過各個季度，還是各個站點來看，沙河2018年度水質劣于2019—2020年，甚至于從6個站點的調查結果來看2019—2020年度沙河水質達到100％的清潔程度。

3.2 討論

從三年的連續監測，發現沙河水質有向好的方向發展趨勢，通過采取綜合評分法來對沙河水質進行評價分析，水質評價在近幾年當中從中度污染逐漸轉向輕度污染，但是還是達到了輕度富營養水平，劉捷等［9］對九洲江水質進行綜合水質標識指數法研究，以9個采樣點作為監測斷面，得出九洲江支流的主要污染來源在于畜禽養殖廢水。ZHONG等［0通過采取多元化統計方法分析八里湖水質情況，認為水質逐漸優化的主要原因是周圍綠化環境的改變，植被的增多及良好培養也促進了八里湖水質的污染治理。從中可以發現沙河水質沒有重大污染因子，但在檢測過程當中發現夏季總氮、總磷含量較高，這兩種元素有利于沙河浮游植物的生長，加強了植物的光合作用，同時也增加了水體當中的溶氧含量變化，在一定程度上促進了浮游生物的生長代謝，破壞了水體環境的微生態平衡，也加大了水體氨氮的含量，多方面因素導致沙河透明度降低。

4 結論

本研究對沙河水質的16項生化因子進行調查、檢測與分析，其中單因子評價中總氮超標，超標率達到100％，可能會導致水體富營養化，對水體造成威脅，其余指標全部在地表水環境質量II類水質標準以上。均值綜合指數平均值為0.68，其中2018年秋季最高，為1.12，2019年夏季最低，為0.34，總體表現為輕度污染。內梅羅綜合指數平均值為1.3，其中2018年秋季最高，為2.15，2020年夏季最低，為0.90，總體表現為輕度污染。2018年秋季水質較差主要是汛期的到來，泥土的沖擊致使水質劣于其他時期。通過比較國內外應用綜合污染指數評價方法和實地調查發現，沙河水質的污染大部分原因來自于人為的干擾導致水體富營養化，氮、磷指數個別區域超標［12］，對沙河水域環境造成一定的危害。

參考文獻：

［1］趙政陽．東北某地區村鎮水源水質調查與健康風險評價［D］．哈爾濱：哈爾濱工業大學，2021．

［2］謝寶俊，何婷．武夷山市地表水重金屬含量及水質評價［J］．現代礦業，2016，32（8）：242—244．

［3］王衛星，曹淑萍，李攻科，等．天津市州河水質及其底泥重金屬污染評價［J］．物探與化探，2017.41（2）：322—327．

[4]ZHANG M K，KE Z X.Heavymetals，phosphorus and some other elements in urban soils of Hangzhou City，China[J]. Pedosphere，2004（2）：177-185.

［5］李俊龍．阜平縣河流污染現狀及對策［J］．河北水利，2014（11）：41.

［6］中華人民共和國農業部．漁業生態環境監測規范第3部分：淡水：SC／T 9102.3［S］．北京：中國農業出版社．2007：2—9．

［7］中華人民共和國生態環境部．地表水環境質量標準：GB 3838—2022［S］．北京：中國環境科學出版社．2002：2—5．

［8］李志林，任重琳．基于均值和內梅羅綜合污染指數法的岳城水庫水質評價及分析研究［C］／／中國水利學會2021學術年會論文集：第一分冊．2021：340—344．

［9］劉捷，鄧超冰，黃祖強，等．基于綜合水質標識指數法的九洲江水質評價［1］．廣西科學，2018.25（4）：400—408．

[10]ZHONG M F.ZHONG H Y.SUN X W，etal.Analyzing the significant environmental factors on the spatial and temporal distribution of water quality utilizing multivariate statistical techniques：a case study in the BaliheLake，China[J]，Envi- ronmental Science &. Pollution Research，2018，25：29418 -29432.

［11］申銳莉，鮑征宇，周旻，等．洞庭湖湖區水質時空演化（1983—2004）［J］．湖泊科學，2007，19（6）：677—682．

［12］唐哲，王琪，申亞蘭，等．湖庫型鐵山水庫飲用水水源地水資源評價［J］．人民長江，2017，48（S2）：104—107，192．

Spatiotemporal distribution and pollution evaluationof Shahe River water quality and environmental factors

LI Yao1·2，Yan Li3，YANG Chaochen，HOU Xiaolong2，ZHANG Bihan，LIUPan，YAO Xinyue2，XIAO Guohua2·3

（1.College of Ocean science，Agricultural University of Hebei，Qinhuangdao 066000，China;

2.Hebei Ocean and Fishery Sciences Research Institute，Qinhuangdao 066200，China;

3.Key Laboratory of Marine Fishery Resources and Environment of Hebei Province，Qinhuangdao 066000，China）

Abstract：In this study，the water quality of Shahe River was investigated and tested in the spring，sum- mer and autumn between 2018 and 2020，and a comprehensive pollution evaluation was made. The rele- vant evaluation method was adopted，namely the single factor evaluation method，and analyzed the pol- lutionsituation，including the mean and nemeo comprehensive pollution index，and the total phosphor- us， total nitrogen， permanganate index and BOD monitoring index were selected as the evaluation basis to evaluate the water quality of Shahe River water. The mean composite index was 0. 68 and the Memero composite index was 1.3. CombinedI on these two evaluation methods，the overall water quali- ty environment of Shahe River is slightly polluted.

Key words：ShaheRiver;water quality; environmental factors; comprehensive pollution evaluation

（收稿日期：2022—08—23；修回日期：2023—05—25）