綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法在水庫季節(jié)性污染時空分布評估中的應(yīng)用

張 潔

(遼寧省朝陽縣水務(wù)局，遼寧 朝陽 122000)

水庫水質(zhì)受水量季節(jié)性影響，呈現(xiàn)較為明顯的季節(jié)變化特征，豐水期來水量較大，水庫水質(zhì)整體良好，而在枯時期、平水期受水量減少影響，水庫污染度增加。這點在北方水庫體現(xiàn)更為明顯。而對于供水水庫而言，對水庫季節(jié)性污染特征進(jìn)行評估，有利于供水水庫的生態(tài)保護(hù)。當(dāng)前，對于供水水庫水體污染評估的研究較多，但大都只對水庫年變化特征進(jìn)行評估，而對水庫水質(zhì)季節(jié)變化特征研究還較少。其次在水質(zhì)評估方法上，水體水質(zhì)評估方法也逐步從單一指標(biāo)過渡到綜合指標(biāo)的識別，為此本文結(jié)合綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對遼寧西部某供水水庫水質(zhì)季節(jié)性時空變化進(jìn)行評估，并對其水質(zhì)變化特征進(jìn)行污染源的追蹤分析，探討其水質(zhì)變化成因。

1 區(qū)域概況與分析方法

1.1 區(qū)域概況

本文以遼寧西部某大型供水水庫為研究實例，該水庫主要功能為防汛和供水，年供水量約為5億m3，水庫水質(zhì)主要污染指標(biāo)為氨氮、總磷、BOD5、COD以及富營養(yǎng)化指數(shù)。污染主要來源為城市點源污染排放以及農(nóng)業(yè)面源污染。

1.2 水樣采集及測定方法

為對水庫水質(zhì)沿程季節(jié)性時空變化特征進(jìn)行評估，沿水庫縱向每隔10km設(shè)置一個水質(zhì)監(jiān)測斷面，在水庫上游共設(shè)置10個監(jiān)測斷面，此外為對其上游水功能區(qū)水質(zhì)進(jìn)行分析，在其水功能區(qū)內(nèi)設(shè)置2個排污口監(jiān)測斷面。從2016年1月到2017年1月，每月中上旬進(jìn)行監(jiān)測斷面的水質(zhì)采樣，并結(jié)合四參數(shù)水質(zhì)傳感儀器對水體pH值以及渾濁度進(jìn)行測定。每個采樣樣本在進(jìn)行現(xiàn)場酸化處理后，進(jìn)行冷凍保存，進(jìn)行其他監(jiān)測指標(biāo)的測定。

1.3 綜合指數(shù)評價方法

目前，對于水質(zhì)綜合評價的方法較多，但這些水質(zhì)綜合評價方法共同的缺陷在于不能對水質(zhì)超標(biāo)個數(shù)及水質(zhì)達(dá)標(biāo)率進(jìn)行有效評價。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)方法的優(yōu)點在于可對水體進(jìn)行定性定量評價的同時，對水質(zhì)進(jìn)行合理的綜合評價。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)由整數(shù)位、小數(shù)點后三位或四位有效數(shù)字構(gòu)成，其表達(dá)式為：

IWQ=X1X2X3X4

(1)

式中，IWQ—綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；X1—水質(zhì)的綜合級別；X2—該級別水質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)變化區(qū)間所處的位置；X3—單向評價指標(biāo)中低于水功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)數(shù)目；X4—水質(zhì)評價類別與水功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間的比較結(jié)果。

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)方法主要計算X1、X2，這兩個參數(shù)的計算方程為：

(2)

式中，m—評價區(qū)域水質(zhì)不達(dá)標(biāo)數(shù)目；Pj′和Pk′—評價區(qū)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)和達(dá)標(biāo)的單因子指數(shù)；s—評價區(qū)域水質(zhì)達(dá)標(biāo)數(shù)目。

2 水庫pH值和渾濁度季節(jié)性變化特征

水庫水體pH值以及渾濁度是水庫水化學(xué)特征表征指標(biāo)，pH值可間接反映水庫富營養(yǎng)化的程度，而渾濁度則是直觀反映水庫水體狀態(tài)的特征指標(biāo)。結(jié)合各監(jiān)測斷面pH值和渾濁度現(xiàn)場測定結(jié)果，分析水庫豐水期、枯水期、平水期pH值以及渾濁度的季節(jié)變化特征，結(jié)果見表1和圖1。

表1 各監(jiān)測斷面pH值和渾濁度不同季節(jié)的監(jiān)測值

圖1 水庫pH值和渾濁度季節(jié)變化

水庫監(jiān)測斷面pH值影響水庫內(nèi)的藻類生長，而藻類生長則直接反映了水庫的富營養(yǎng)化程度，一般而言水體pH值越高，水體中的藻類數(shù)量越大，水庫富營養(yǎng)化程度增加。從表中可看出，在豐水期，各監(jiān)測斷面pH值總體高于枯水期和豐水期，更利于水庫藻類生長，使得豐水期水庫水體富營養(yǎng)化程度較高，而在平水期和枯水期，各監(jiān)測斷面pH值較豐水期都有所遞減，pH值的降低，也會使得庫區(qū)水體內(nèi)的藻類數(shù)目有所減少，降低水庫富營養(yǎng)化程度，因此在枯水期和平水期，水庫發(fā)生富營養(yǎng)化程度的幾率一般低于豐水期。水體渾濁度直觀反映水體水質(zhì)情況，從表中和圖中可以看出，在各時期，水庫水體渾濁度總體均小于3NTU，水庫水體渾濁度總體指標(biāo)降低，可滿足國家水質(zhì)關(guān)于渾濁度的標(biāo)準(zhǔn)，但也呈現(xiàn)較為明顯的季節(jié)性變化特征，豐水期由于水量較大，對水庫具有一定的沖刷作用，使得渾濁度較低，而在平水期和枯水期，由于水量較小，污染物沉積增多，水庫在平水期和枯水期的渾濁度較大。

3 水庫季節(jié)污染特征評估結(jié)果

3.1 監(jiān)測斷面不同季節(jié)水質(zhì)評估結(jié)果

結(jié)合GB 3838- 2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，采樣綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)方法對各斷面氨氮、BOD5、總磷的季節(jié)特征進(jìn)行評估，見表2。

表2 供水水庫季節(jié)污染特征評估結(jié)果

供水水庫在豐水期水質(zhì)總體可達(dá)到II類水標(biāo)準(zhǔn)，各斷面總體達(dá)標(biāo)率為80%以上，而在枯水期和平水期，各水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)總體可到III類水標(biāo)準(zhǔn)，總體達(dá)標(biāo)率低于70%，基本滿足城市供水要求。從各斷面水質(zhì)狀況可看出，靠近排污口的11#和12#斷面在各時期的水質(zhì)污染程度較高，基本達(dá)到中度和重度污染的情況。可見，在枯水期和平水期，應(yīng)較大水庫的生態(tài)調(diào)水，調(diào)整下游斷面的水質(zhì)狀況。從表中可看出，各斷面氨氮的變幅大于其他幾個指標(biāo)?？梢?，供水水庫氨氮是其主要的污染成分，而氨氮主要污染源來自于城市生活污水的排放，可見，當(dāng)區(qū)域農(nóng)業(yè)面源污染得到有效控制后，城市點源的生活污染排放成為供水水庫主要的污染排放源。

3.2 各監(jiān)測斷面綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(IWQ)空間變化度

為對供水水庫水體季節(jié)空間變化特征進(jìn)行評估，結(jié)合綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)空間變化度來分析區(qū)域水質(zhì)空間變化，見表3及圖2。

表3 各監(jiān)測斷面綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)沿程空間變化度

從斷面沿程水質(zhì)空間變化度可看出，豐水期，供水水庫沿程污染指數(shù)變幅在7.5%～8.3%之間，而枯水期和平水期其沿程污染指數(shù)變幅在9.6%～11.5%之間。從上游斷面到下游斷面，沿程的污染指數(shù)逐步增加，這主要是因為從上游到下游，污染源增多，進(jìn)入水體的污染物也有所增加，致使區(qū)域沿程的污染指數(shù)逐漸增加，這點從圖3中也可看出，區(qū)域不同季節(jié)污染指數(shù)空間變化較為明顯，從上到下逐步擴(kuò)散，污染指數(shù)呈現(xiàn)上到下逐步加劇的空間變化趨勢。

圖2 水庫各月污染指數(shù)空間分布結(jié)果

4 結(jié)論

(1)豐水期，供水水庫總體達(dá)標(biāo)率較高，但是富營養(yǎng)化程度要高于枯水期，應(yīng)重點關(guān)注豐水期水庫的藻類生長，降低發(fā)生富營養(yǎng)化的風(fēng)險幾率。

(2)在枯水期和豐水期，應(yīng)合理設(shè)置水庫的生態(tài)放水流量，提高供水水質(zhì)。

(3)加大對區(qū)域沿程城市生活污染排放的控制措施，降低水庫氨氮含量。

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