合肥市柏堰湖水質(zhì)污染時空分布特征研究

徐雅琦 羅月穎 戴 偉

(1.安徽新華學院土木與環(huán)境工程學院，合肥 230088；2.安徽國晟檢測技術(shù)有限公司，合肥 230088)

柏堰湖位于合肥市高新區(qū)大蜀山西南角，東起柏堰東路，南至長安路，西接永和路，北臨習友路，是合肥西部組團“一山兩湖”的組成部分，即：以大蜀山風景區(qū)為中心，以王咀湖公園、柏堰湖為重點景區(qū)共同組成西部組團的生態(tài)根本。因其在巢湖的上游，承擔著巢湖流域上游來水調(diào)蓄和水質(zhì)凈化的任務。柏堰湖原為周邊片區(qū)水庫，兼具城市防洪功能，地勢北高南低，水面開闊，為原生態(tài)湖區(qū)。但由于早年城市污水系統(tǒng)不完善，附近工廠的工業(yè)廢水和居民的生活廢水排入湖內(nèi)，導致湖水水質(zhì)惡化，達到劣Ⅴ類水質(zhì)，屬于中度污染。近年來國家和地方高度重視巢湖水體污染治理工作。柏堰湖的生態(tài)保護項目是環(huán)巢湖地區(qū)生態(tài)保護與修復二期工程的子項目，經(jīng)過近幾年的治理，成效顯著，水污染惡化趨勢得到有效遏制。為了有效掌握柏堰湖水質(zhì)現(xiàn)狀，對柏堰湖進行了水質(zhì)監(jiān)測，運用單因子指數(shù)法與內(nèi)梅羅指數(shù)法，分析其水質(zhì)變化特征，找出主要污染因子，為柏堰湖的水資源利用和水環(huán)境管理提供科學依據(jù)。

1 水質(zhì)監(jiān)測

1.1 監(jiān)測斷面布設

在柏堰湖上按水流方向設計5個監(jiān)測斷面，依次為1#上游浮山路水渠燕子河路口、2#湖區(qū)北側(cè)習友路進水口、3#湖區(qū)中心、4#湖區(qū)東側(cè)進水口、5#湖區(qū)西側(cè)進水口，詳見圖1。

1.2 水樣采集與監(jiān)測

在2016年9月—2017年8月，共12個月，按每月1次的頻次采集水樣，且水樣采集工作安排在每月同一天內(nèi)進行。采集的水樣立即送往實驗室進行分析或低溫保存。參照GB 3838—2002，選取的監(jiān)測項目有：CODcr(化學需氧量)、CODMn(高錳酸鹽指數(shù))、BOD5(5日生化需氧量)、NH3-N(氨氮)的質(zhì)量濃度、TN(總氮)的質(zhì)量濃度、TP(總磷)的質(zhì)量濃度，各項目分析方法及依據(jù)見表1。

1.3 評價方法及標準

采用單因子指數(shù)[1-3]、內(nèi)梅羅指數(shù)[3]對柏堰湖水質(zhì)變化特征進行評價。

1.3.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法是指將某一監(jiān)測指標與該檢測指標的標準值進行比較，從而對水質(zhì)進行評價。計算公式如下：

Ii=Ci/Si

(1)

式中：Ii——污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，Ii≤1，表示未污染，Ii>1，表示已污染，Ii越大表示受污染的程度越嚴重；

Ci——污染物i的檢測值；

Si——污染物i的評價標準值。

表1 監(jiān)測項目、分析方法及依據(jù)一覽表

1.3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)Pi判斷污染程度，其計算公式如下：

(2)

式中：Pi——水質(zhì)中污染物i的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；

(Ci/Si)max——單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)中最大者；

(Ci/Si)ave——單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的平均值。

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法綜合評價指數(shù)的分級標準見表2。

鑒于柏堰湖水體功能主要為人體非直接接觸的娛樂用水，其評價參照GB 3838—2002中規(guī)定的IV類水標準進行。各監(jiān)測項目標準限值見表3。

表2 水體質(zhì)量等級表

表3 監(jiān)測項目標準限值 mg/L

2 水質(zhì)變化特征分析

2.1 水質(zhì)月變化規(guī)律

根據(jù)單因子指數(shù)法評價結(jié)果，1#監(jiān)測點各污染物均未達標，其中，2月和6月的水質(zhì)最差，經(jīng)計算得出，其內(nèi)梅羅指數(shù)與CTN及CTP的線性相關系數(shù)分別為0.64和0.75，故1#監(jiān)測點的主要污染物為TP，其次為TN。1#監(jiān)測點為柏堰湖進水口，水質(zhì)均處于中度污染水平，這與周邊生活污水排入有關。2#監(jiān)測點位僅CTN單因子指數(shù)在2月出現(xiàn)超標，其余各污染物均未超標，其內(nèi)梅羅指數(shù)與CTN的線性相關系數(shù)為0.78，故2#監(jiān)測點的主要污染物為TN。該監(jiān)測點水質(zhì)除2月為中度污染外，其余時間段處于尚清潔水平。3#、4#、5#監(jiān)測點各污染物單因子指數(shù)均未出現(xiàn)超標，水質(zhì)屬于尚清潔水平。

由圖2可見，上游浮山路水渠燕子河路口(1#監(jiān)測點)的內(nèi)梅羅指數(shù)最高，表明其水質(zhì)最差，該監(jiān)測點主要受上游來水水質(zhì)以及周邊排入的建筑廢水和生活廢水的影響；其次是斑鳩堰河道銘傳路橋下(6#監(jiān)測點)；湖區(qū)北側(cè)習友路進水口(2#監(jiān)測點)、湖區(qū)中心(3#監(jiān)測點)、湖區(qū)東側(cè)進水口(4#監(jiān)測點)和湖區(qū)西側(cè)進水口(5#監(jiān)測點)的內(nèi)梅羅指數(shù)較低，全年超90%以上的月份水質(zhì)處于清潔或尚清潔水平，水質(zhì)最好。

2.2 水質(zhì)季節(jié)性變化規(guī)律

季節(jié)均值按照春季(3—5月)，夏季(6—8月)，秋季(9—11月)，冬季(12—2月)來統(tǒng)計。

圖2 柏堰湖各監(jiān)測點內(nèi)梅羅指數(shù)隨時間的變化曲線

2.2.1 CODcr和BOD5季節(jié)性變化

如圖3所示，1#監(jiān)測點CODcr和BOD5單因子指數(shù)均明顯高于其他監(jiān)測點位。這與進水水質(zhì)有關，進水中有機物隨著水體流動，逐步被稀釋和降解[5]。其余監(jiān)測點位CODcr和BOD5單因子指數(shù)明顯低于1#監(jiān)測點位，并且均未出現(xiàn)超標狀況。

圖3 CODcr和BOD5單因子指數(shù)季節(jié)性變化

2.2.2 NH3-N和TN質(zhì)量濃度季節(jié)性變化

由圖4可知，4個季節(jié)的CNH3-N和CTN的變化規(guī)律基本一致。其中，1#監(jiān)測點夏季單因子指數(shù)最高，CNH3-N單因子指數(shù)為1.5，CTN單因子指數(shù)為3.76。從秋季到冬季，單因子指數(shù)逐漸上升，到春季下降，到夏季再上升。這一變化的原因是冬季水生動植物生長緩慢，水中氮氧化物得不到及時分解，春季氣溫回暖，光合作用加強，水生動植物活躍，分解了大量的營養(yǎng)物質(zhì)。近年來開展的湖泊生態(tài)修復工程一定程度上提高了水體的自凈能力。其余各單因子指數(shù)季節(jié)性變化不明顯，各項指數(shù)均小于1。這表明從1#監(jiān)測點進入的水源對其余各點水質(zhì)影響較小。

圖4 NH3-N和TN質(zhì)量濃度單因子指數(shù)季節(jié)性變化

2.2.3 CODMn季節(jié)性變化

從圖5可以看出，各監(jiān)測點位CODMn的四季變化規(guī)律極為相似，1#監(jiān)測點位CDOMn的單因子指數(shù)最高，為1.19，從秋季到冬季指數(shù)急劇下降，春季、夏季升高且逐漸趨于平穩(wěn)。因為冬季為枯水期，湖水經(jīng)過長時間的沉淀、過濾和自凈作用，水質(zhì)較好。而夏季，受流域上游來水、地表徑流攜帶的大量污染物影響，水質(zhì)變差[6]。

圖5 CODMn單因子指數(shù)季節(jié)性變化

2.2.4 TP質(zhì)量濃度季節(jié)性變化

由圖6可知，順著水流方向，各監(jiān)測點TP單因子指數(shù)逐步下降。其中，1#監(jiān)測點受進水水質(zhì)影響，CTP四季單因子指數(shù)均明顯高于其他監(jiān)測點位。其余監(jiān)測點位CTP單因子指數(shù)季節(jié)性變化一致，從2016年秋季到2017年春季呈上升趨勢，春季到夏季呈下降趨勢。

圖6 TP質(zhì)量濃度單因子指數(shù)季節(jié)性變化

3 結(jié) 語

(1) 湖區(qū)北側(cè)進水口、湖區(qū)中心、湖區(qū)東側(cè)進水口、湖區(qū)西側(cè)進水口的水質(zhì)基本滿足IV類水質(zhì)要求。

(2) 湖區(qū)上游受來水水質(zhì)影響，不能滿足IV類水質(zhì)要求，主要污染物為TP，其次為TN。

(3) 各監(jiān)測點內(nèi)梅羅指數(shù)按水流方向依次減小，由上游到下游污染逐漸減小，說明沿著水流方向，水質(zhì)逐漸得到改善。

(4) 除湖區(qū)上游監(jiān)測點外，其余各監(jiān)測點CODcr、CODMn、BOD5、CNH3-N、CTN、CTP單因子指數(shù)季節(jié)性變化規(guī)律相似，冬、夏季較高，春、秋季較低。