西藏色季拉山冰雪水水質(zhì)的分析研究

郝凱越，邱志華，段小龍，張 寧，宗永臣

(西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院，西藏 林芝 860000)

西藏平均海拔4 000 m以上，具有數(shù)百座雪山。“雪域”是“水域”，也是水之源。西藏冰雪面積共有2.62萬km2，是我國冰雪總面積的一半，亦成為巨大的天然水庫[1]。冰雪水被稱為地球上優(yōu)質(zhì)的水[2-3]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于對冰雪水的水質(zhì)研究微乎其微，由于我國飲用水資源不足，地表飲用水的質(zhì)量已經(jīng)遭到了一定程度的污染[4]，可開發(fā)的冰雪水面積極大。若把冰雪水可處理轉(zhuǎn)化為飲用水，可解決我國面臨飲用水不足的問題，故本文對色季拉山的冰雪水水質(zhì)展開調(diào)查與研究。

1 水質(zhì)評價方法

目前，國內(nèi)外學(xué)者提出的河流水質(zhì)評價方法主要有單因子評價法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、灰色聚類法、層次分析法、主成分分析法、模糊評價法以及加拿大水質(zhì)指數(shù)法(CCME WQI)[5- 8]等；但對于冰雪水水質(zhì)的評價方法還處于空白階段，故本文把內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和CCME WQI應(yīng)用于冰雪水水質(zhì)的評價，為后續(xù)冰雪水水質(zhì)的研究提供科學(xué)支撐。

1.1 加拿大水質(zhì)指數(shù)法(CCME WQI)

CCME WQI法是國際上用于評價飲用水水質(zhì)的方法，從范圍(F1)、頻率(F2)、振幅(F3)3個方面對所有檢測地點(diǎn)的檢測值是否超標(biāo)進(jìn)行了評價，其計(jì)算公式為[9-10]

F1=100P/N

(1)

F2=100Q/M

(2)

F3=nse/(0.01nse+0.01)

(3)

nse=∑excursion/M

(4)

excursion=(Ci/Csi)-1 (負(fù)向指標(biāo))

(5)

excursion=(Csi/Ci)-1 (正向指標(biāo))

(6)

式(1)～(6)中，P為未達(dá)標(biāo)指標(biāo)的數(shù)量；N為檢測指標(biāo)的總數(shù)量；Q為未達(dá)標(biāo)數(shù)據(jù)的個數(shù)；M為所有檢測數(shù)據(jù)的總個數(shù)；Ci為檢測指標(biāo)(未達(dá)標(biāo))的實(shí)測濃度；Csi為對應(yīng)檢測指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)限值。

通過式(1)～式(6)，計(jì)算范圍、頻率、振幅3個影響因素值，得到處于0～100區(qū)間的指數(shù)(WQI)值。再根據(jù)CCME WQI等級表[11](見表1)，找出對應(yīng)的等級。

表1 CCMEWQI等級

1.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧平均值和極值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，具有突出污染較重的檢測指標(biāo)的作用，其計(jì)算公式為[12]

(7)

(8)

式中，和的表示與上文相同；Iimax為參與評價的最大單因子指數(shù)；Iiare為參與評價的單因子指數(shù)的平均值；n為檢測指標(biāo)的總個數(shù)；IP為內(nèi)梅羅指數(shù)。

內(nèi)梅羅指數(shù)是根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[13]來評價河流水質(zhì)的方法，因本文把此方法應(yīng)用于飲用水的水質(zhì)進(jìn)行評價，故取其檢測項(xiàng)目與地表水標(biāo)準(zhǔn)相同的作為評價因子，并以地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)為因子限值，根據(jù)式(7)和式(8)，計(jì)算出內(nèi)梅羅指數(shù)(IP)。依據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)等級表(見表2)和計(jì)算出的IP值，遂可得出此水質(zhì)對應(yīng)的等級。

表2 內(nèi)梅羅指數(shù)等級表[14]

2 試驗(yàn)方法與結(jié)果

2.1 水質(zhì)研究

色季拉山地處西藏自治區(qū)東南部，是林芝市林芝縣東部與中西部的分界帶。試驗(yàn)采樣地點(diǎn)為色季拉山山口，海拔超過4 300 m，北緯29°43′59″，東經(jīng)94°43′30″。通過采集色季拉山上的冰和雪，使其在自然光下融化，并將其作為試驗(yàn)樣本，對其進(jìn)行檢測。

依據(jù)CJ 94—2005《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[15]的檢測項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)限值，對冰雪水的水質(zhì)進(jìn)行檢測兩次，并求取平均值。檢測具體項(xiàng)目所對應(yīng)的檢測方法和主要儀器參考GB/T 5750—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》[16]。其水質(zhì)檢測結(jié)果(詳細(xì)數(shù)據(jù)略)表明，色季拉山冰雪水的水質(zhì)依據(jù)《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》31項(xiàng)檢測項(xiàng)目除色度、肉眼可見物和渾濁度3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)外，其余28項(xiàng)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。冰雪水中12種金屬元素含量均較低，由大到小為鐵>鋁>錳>鋅>銀>鉻(六價)>銅>鉛>鎘>硒>砷>汞。

2.2 水質(zhì)凈化

因?yàn)樗|(zhì)不達(dá)標(biāo)的3項(xiàng)均為物理雜質(zhì)，處理起來也方便、快捷。故本試驗(yàn)針對不達(dá)標(biāo)的3項(xiàng)物理雜質(zhì)，自制凈化裝置，并嘗試研究凈化裝置中的填料。得到凈化效果最佳的裝置共分為3層，第一、二層填料均采用西藏本地的細(xì)砂，直徑范圍分別為1.25～2.00 mm及0.16～1.25 mm，第三層采用碘值1 000的活性炭。通過此裝置的處理，冰雪水的水質(zhì)得到凈化，其3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)的檢測項(xiàng)目經(jīng)凈化后水質(zhì)檢測結(jié)果如表3所示。

表3 凈化后水質(zhì)檢測

根據(jù)表3的結(jié)果所示，冰雪水中色度、肉眼可見物及渾濁度3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)的檢測項(xiàng)目經(jīng)自制裝置凈化后均達(dá)到了直飲水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其處理效果也較好。其色度檢測項(xiàng)目從10.8度凈化為3.0度，處理效果超過了3倍；肉眼可見物檢測項(xiàng)目從有大量黑色沉淀凈化為沒有，其處理效果非?？捎^，并達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn)；渾濁度檢測項(xiàng)目從原有的5.30NTU經(jīng)凈化后變?yōu)?.35NTU，凈化效果達(dá)到了15倍。

3 評價分析

根據(jù)色季拉山冰雪水的特點(diǎn)，本文采用CCME WQI法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法兩種不同的評價指標(biāo)體系，以反映不同的評價體系對冰雪水水質(zhì)評價結(jié)果的影響。

對于CCME WQI法，31項(xiàng)水質(zhì)檢測項(xiàng)目除臭和味、肉眼可見物、總大腸桿菌和糞大腸桿菌4項(xiàng)外，其余27項(xiàng)檢測項(xiàng)目均作為評價因子。由水質(zhì)檢測結(jié)果可知，27項(xiàng)評價因子中，色度和渾濁度兩項(xiàng)檢測項(xiàng)目未達(dá)標(biāo)，其余25項(xiàng)均達(dá)標(biāo)。

根據(jù)兩種評價體系，得出冰雪水水質(zhì)的等級和水質(zhì)狀況，結(jié)果如表4所示。

表4 兩種評價體系下水質(zhì)的等級和水質(zhì)狀況

根據(jù)表4可知，色季拉山的冰雪水水質(zhì)狀況良好，檢測項(xiàng)目很少偏離相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。上述兩種評價體系對本試驗(yàn)的水質(zhì)評價影響不大，兩種指數(shù)等級均為第二等級。與實(shí)際的水質(zhì)檢測結(jié)果相比，偏差不大，基本符合表3的敘述和水質(zhì)的檢測結(jié)果。這表明上述兩種評價體系對冰雪水的水質(zhì)評價均適用，然而內(nèi)梅羅污染指數(shù)法需要另外對照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，比較費(fèi)時費(fèi)力，故建議研究冰雪水的水質(zhì)可采用CCME WQI法。

4 結(jié) 論

(1)以西藏主要雪山之一的色季拉山為例，依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》的檢測方法和儀器，依據(jù)《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的31項(xiàng)檢測項(xiàng)目，對該山上的冰和雪進(jìn)行了檢測。其中31項(xiàng)檢測項(xiàng)目中除色度、肉眼可見物和渾濁度3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)外，其余28項(xiàng)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。冰雪水中12種金屬元素含量均較低，其順序由大到小為鐵>鋁>錳>鋅>銀>鉻(六價)>銅>鉛>鎘>硒>砷>汞。

(2)通過自制凈化裝置，對冰雪水中色度、肉眼可見物及渾濁度3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)的檢測項(xiàng)目進(jìn)行凈化。經(jīng)凈化后，冰雪水的水質(zhì)達(dá)到了直飲水的標(biāo)準(zhǔn)。其中，色度的凈化效果超過了3倍，渾濁度的凈化效果達(dá)到了15倍。這表明用3層濾料分別為1.25～2 mm 的細(xì)砂、0.16～1.25 mm的細(xì)砂以及碘值為1 000 的活性炭的凈化裝置，凈化效果較好，達(dá)到了此試驗(yàn)的凈化目的。

(3)采用CCME WQI法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法兩種評價指標(biāo)體系，對冰雪水的水質(zhì)進(jìn)行了評價。其表明兩種評價體系對冰雪水的水質(zhì)評價均適用，且對本試驗(yàn)的水質(zhì)評價影響不大。其中，兩種指數(shù)等級均為二級，與實(shí)際的水質(zhì)檢測結(jié)果相比偏差不大，基本符合水質(zhì)的檢測結(jié)果。