基于水污染指數(shù)法的鶴地水庫水質(zhì)評價研究

奎淑霞

(廣東省水文局湛江水文分局，廣東 湛江 524000)

1 研究方法

1.1 水污染指數(shù)法的簡介

水污染指數(shù)法是我國近年來水質(zhì)評價工作中較為常用的一種方法，也稱為Water Pollution Index(簡稱為WPI水質(zhì)評價法)[1-2]。該水質(zhì)評價方法延續(xù)了單因子指數(shù)法的主要評價做法，即把污染最嚴(yán)重的水質(zhì)指標(biāo)作為水質(zhì)類別鑒定的主要依據(jù)[3]。采用該方法評價水質(zhì)的主要優(yōu)點就是可以對水質(zhì)污染的情況進行量化分析，根據(jù)具體的數(shù)據(jù)分析結(jié)果就可以很直觀地看出某湖泊的水質(zhì)變化情況，同時也能準(zhǔn)確地反映出水資源的時空變化特征。

1.2 水污染指數(shù)法的應(yīng)用原理

此方法就是以單因子指數(shù)評價法的基本原則為基礎(chǔ)，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的水質(zhì)類別和WPI值(Ⅰ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質(zhì)對應(yīng)的WPI值依次為20、20～40、40～60、60～80、80～100、>100)，在具體計算過程中采用線性內(nèi)插法計算出具體參加水質(zhì)評價各項目對應(yīng)的WPI值，最終該斷面或監(jiān)測點的WPI值選取最高值。此次共選擇了17項水質(zhì)指標(biāo)，分別是溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)、COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、F、Cu、Zn、Xi、Cr、As 、Cd、Pb 、Hg和氰化物。

1.3 污染指標(biāo)WPI值的計算

(1)Ⅰ～Ⅴ類水質(zhì)所對應(yīng)WPI值的計算。采用水污染指數(shù)法對鶴地水庫水質(zhì)的污染情況進行評價和分析時，Ⅰ～Ⅴ類水質(zhì)所對應(yīng)的WPI值計算如式(1)：

(C(i)-Cl(i))

Cl(i)

(1)

式中：WPI(i)為該湖泊水質(zhì)評價的項目中對應(yīng)的第i個水質(zhì)評價項目的最終指數(shù)值；WPIh(i)、WPIl(i)分別為該湖泊水質(zhì)評價的項目中第i個水質(zhì)評價項目在水質(zhì)類別標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)的上限、下限濃度值的指數(shù)值；Ch(i)、Cl(i)為該湖泊水質(zhì)評價的項目中第i個水質(zhì)的評價項目在水質(zhì)類別標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)的上限、下限濃度值；C(i)為該湖泊水質(zhì)評價的項目中對應(yīng)的第i個水質(zhì)評價項目的實際監(jiān)測濃度值。

溶解氧(DO)比較特殊，其值越大則水質(zhì)就越好，所以要區(qū)別于(1)式，應(yīng)選擇適合的方法來計算。當(dāng)DO濃度≥7.5 mg/L時則水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)為20分，當(dāng)2.0 mg/L≤DO濃度<7.5 mg/L時，如式(2)：

(C(i)-Cl(i))

(2)

(2)劣Ⅴ類水質(zhì)對應(yīng)WPI值的計算。采用該方法對鶴地水庫水質(zhì)污染的情況進行水質(zhì)評價分析時，劣Ⅴ類水質(zhì)對應(yīng)的WPI值計算如式(3)：

(3)

式中：C5(i)是該湖泊水質(zhì)評價項目中第i個水質(zhì)評價項目及相應(yīng)監(jiān)測項目Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的濃度限值。

此外，如果該湖泊中水的pH<6時，劣Ⅴ類水質(zhì)對應(yīng)WPI值則按照式(4)來進行計算：

WPI(pH)=100+6.67×(6-pH)

(4)

當(dāng)該湖泊中水的pH>9時，劣Ⅴ類水質(zhì)對應(yīng)WPI值則按照式(5)來進行具體計算：

WPI(pH)=100+8×(pH-9)

(5)

當(dāng)該湖泊中的DO濃度<2 mg/L時，按照式(6)計算WPI值：

(6)

(3)水質(zhì)監(jiān)測站點或者斷面WPI的計算如式(7)：

WPI=MAX(WPI(i))

(7)

2 結(jié)果與討論

2.1 近10年來鶴地水庫水質(zhì)變化趨勢

按照水污染指數(shù)法的評價思想及理論，對鶴地水庫2012—2021年的水質(zhì)進行整體的評價，其水質(zhì)變化趨勢見圖1。

圖1 近10年來鶴地水庫水質(zhì)變化趨勢

圖1可見，2012—2021年鶴地水庫的水質(zhì)都是Ⅳ類，水質(zhì)最好的時候能達到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，鶴地水庫的水質(zhì)比較穩(wěn)定，變化比較小，總體上呈現(xiàn)慢慢變好的趨勢，其中2021年的水質(zhì)最好，2014年的水質(zhì)最差。

2.2 各水質(zhì)站點的水質(zhì)變化趨勢

對各水質(zhì)監(jiān)測斷面的水質(zhì)變化趨勢進行分析，壩前、庫尾、庫心的水質(zhì)變化趨勢見圖2。

圖2 鶴地水庫壩前、庫尾、庫心2012—2021年的水質(zhì)變化趨勢

圖2可知，鶴地水庫壩前2012—2021年的水質(zhì)均為Ⅳ類，水質(zhì)比較穩(wěn)定，變化比較小，總體上呈現(xiàn)慢慢變好的趨勢，其中2020年的水質(zhì)最好，2014年的水質(zhì)最差。鶴地水庫庫尾2012年、2014年的水質(zhì)為Ⅴ類，2019年的水質(zhì)為Ⅲ類，其余年份的水質(zhì)都為Ⅳ類，鶴地水庫庫尾的水質(zhì)變化較大，但整體上在向好的方向發(fā)展。其中2019年的水質(zhì)最好，2014年的水質(zhì)最差。鶴地水庫庫心2012—2021年水質(zhì)均為Ⅳ類，但整體上呈現(xiàn)出慢慢變好的趨勢。其中2020年的水質(zhì)最好，2012年的水質(zhì)最差。

總結(jié)鶴地水庫三個水質(zhì)監(jiān)測站點的水質(zhì)變化趨勢，發(fā)現(xiàn)近10年來整體上水質(zhì)在往好的方向變化，鶴地水庫壩前和庫心的水質(zhì)比較穩(wěn)定，但鶴地水庫庫尾的水質(zhì)變化有點大，主要原因在于庫尾采樣點位于河道斷面，水流情況變化較大，且周圍居民聚集，導(dǎo)致水質(zhì)較差，變化較大。

2.3 鶴地水庫水質(zhì)的主要污染物及其變化趨勢

采用水污染指數(shù)法還可以識別各水質(zhì)監(jiān)測斷面的主要污染指標(biāo)，主要污染指標(biāo)的篩選原則主要有以下兩點：(1)水質(zhì)為Ⅲ類或者優(yōu)于Ⅲ類的斷面則可不做主要的污染指標(biāo)篩選。(2)而對于水質(zhì)差于Ⅲ類的斷面，從超過Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)中選取WPI值最大的前2個指標(biāo)作為該水質(zhì)斷面的主要污染指標(biāo)。根據(jù)上面的篩選原則，鶴地水庫的五個水質(zhì)監(jiān)測站點的篩選結(jié)果詳見表1。

表1 2009—2017年鶴地水庫五個水質(zhì)監(jiān)測站點的主要污染物情況

表1可知，鶴地水庫各監(jiān)測站點的主要污染物為TP、TN、BOD5。在2012—2021年中，影響鶴地水庫壩前水質(zhì)的主要污染指標(biāo)為TP、TN；影響鶴地水庫庫尾水質(zhì)的主要污染指標(biāo)為TP、TN、BOD5；影響鶴地水庫庫心水質(zhì)的主要污染指標(biāo)為TP、TN。

2.4 鶴地水庫主要污染物分析

圖3可知，鶴地水庫TP的濃度整體上變化較小，但是2014年卻比較高，從2014年開始，TP的濃度整體上是持續(xù)下降的。其中2014年TP濃度最高，年內(nèi)變化也最大，2013年TP濃度最低，2021年TP濃度年內(nèi)變化最小。

圖3 鶴地水庫2012—2021年TP濃度的變化趨勢

圖4可知，鶴地水庫TN的濃度整體上變化較小，但是2014年卻比較高，從2014年開始，TN的濃度整體上是持續(xù)下降的。其中2014年TN的濃度最高，年內(nèi)變化也最大，2020年TN的濃度最低，年內(nèi)變化也最小。

圖4 鶴地水庫2012—2021年TN濃度的變化趨勢

總結(jié)鶴地水庫近10年TP、TN濃度的變化，整體上在向好的方向發(fā)展，但是中間個別年份變化較大，由此看來，對鶴地水庫的保護作用還是比較大的，繼續(xù)加強保護，水質(zhì)會越來越好。

3 結(jié) 論

鶴地水庫2012—2021年的水質(zhì)均為Ⅳ類，水質(zhì)較穩(wěn)定，變化較小，總體上呈現(xiàn)慢慢變好的趨勢，其中2021年的水質(zhì)最好，2012年的水質(zhì)最差；鶴地水庫庫心的水質(zhì)最好，其次是壩前，庫尾的水質(zhì)最差；鶴地水庫的主要污染物是TP和TN，近10年來從總體上看，鶴地水庫的TP和TN濃度整體上呈現(xiàn)下降的趨勢。