水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及評(píng)估方法分析

葉兆木，彭瑤，趙芳，顧葦葦

(重慶市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147)

我國(guó)很多城市貫穿河流、湖泊、大江大河等，水環(huán)境質(zhì)量的好壞是反映城市發(fā)展質(zhì)量和市民生活質(zhì)量的“晴雨表”。目前水環(huán)境污染現(xiàn)象越來(lái)越被政府和社會(huì)公眾關(guān)注，尤其是城市內(nèi)部的水環(huán)境污染，嚴(yán)重影響居民的生活安全，也影響市容市貌。有些水環(huán)境污染因歷史原因長(zhǎng)期得不到根本解決，破壞了城市生態(tài)環(huán)境，也帶來(lái)了一些負(fù)面影響?，F(xiàn)代社會(huì)倡導(dǎo)“以人為本”的城市居住理念，需要科學(xué)開(kāi)展水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及評(píng)估，及時(shí)掌握水環(huán)境污染狀況，發(fā)現(xiàn)污染的水域及時(shí)進(jìn)行水體修復(fù)，提升城市治理水平，改善城市人居環(huán)境。

1 水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查的重要性

改革開(kāi)放以來(lái)，全國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展突飛猛進(jìn)，新城開(kāi)發(fā)與舊城改造步伐加快，但由于城市環(huán)保基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后等原因，導(dǎo)致大量的污染排放與吃緊的治污能力之間的矛盾日漸突出，城市湖庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量急劇惡化，部分湖庫(kù)甚至成為城市納污溝，“城市之肺”逐步演化成了“城市之淚”。統(tǒng)計(jì)顯示，近3年全國(guó)有360個(gè)城市遭發(fā)生了不同程度的內(nèi)澇，發(fā)生范圍廣、積水深度大、積水時(shí)間長(zhǎng)、損失嚴(yán)重。全國(guó)有360個(gè)遭遇內(nèi)澇的同時(shí)，有1 100座城市缺水。城市的缺水量每年大于70億m3，河道自凈功能減弱甚至喪失，城市水體污染嚴(yán)重，甚至威脅飲水安全。環(huán)境事件往往起源于安全生產(chǎn)疏漏和安全意識(shí)淡薄，加強(qiáng)企業(yè)安全管理是預(yù)防和降低環(huán)境事件的關(guān)鍵[1]。

黨的十八大以來(lái)，以習(xí)近平總書記為核心的黨中央高度重視環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)，提出了“綠水青山就是金山銀山”的綠色發(fā)展理念，在推進(jìn)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的同時(shí)也要加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。2013年12月，習(xí)近平總書記提出建設(shè)自然積存、自然滲透、自然凈化的“海綿城市”。2014年11月，住建部出臺(tái)《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》 。2016年3月10日，習(xí)近平總書記在參加青海代表團(tuán)審議時(shí)強(qiáng)調(diào)“堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策，像保護(hù)眼睛一樣保護(hù)生態(tài)環(huán)境，像對(duì)待生命一樣對(duì)待生態(tài)環(huán)境，推動(dòng)形成綠色發(fā)展方式和生活方式”。積極推行低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)模式，各地區(qū)舊城改造與新區(qū)建設(shè)要按照對(duì)城市生態(tài)環(huán)境影響最低的開(kāi)發(fā)建設(shè)理念，控制開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，合理安排布局，有效控制地表徑流，最大限度地減少對(duì)城市原有水生態(tài)環(huán)境的破壞，同時(shí)根據(jù)需求適當(dāng)開(kāi)挖河湖溝渠、增加水域面積，促進(jìn)雨水的積存、滲透和凈化，打造和諧生態(tài)環(huán)境。“源頭治理”是實(shí)現(xiàn)水體水環(huán)境質(zhì)量大幅提高的根本途徑[2]。

因此，加強(qiáng)水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查顯得非常重要。只有開(kāi)展充分的水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，才能準(zhǔn)確了解水環(huán)境污染狀況，有針對(duì)性進(jìn)行水體修復(fù)和環(huán)境綜合整治，更好地進(jìn)行低影響開(kāi)發(fā)和海綿城市建設(shè)。水文調(diào)查和歷史數(shù)據(jù)分析只能發(fā)現(xiàn)可能存在的污染原因，但通過(guò)現(xiàn)狀水質(zhì)加密監(jiān)測(cè)，可以證實(shí)污染原因，再現(xiàn)污染發(fā)生的過(guò)程[3]。當(dāng)前，要深入貫徹黨的十九大精神，統(tǒng)籌山水林田湖草系統(tǒng)治理，實(shí)行最嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度，形成綠色發(fā)展方式和生活方式，堅(jiān)持走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，建設(shè)美麗中國(guó)，為人們創(chuàng)造良好生產(chǎn)生活環(huán)境，為全球生態(tài)安全作出貢獻(xiàn)。推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，以改善城市湖庫(kù)水體水質(zhì)、恢復(fù)湖庫(kù)良好生態(tài)功能、保障庫(kù)區(qū)水環(huán)境安全為目標(biāo)，以切實(shí)解決人民群眾關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題為重點(diǎn)，以實(shí)施工程項(xiàng)目為依托，以建立長(zhǎng)效管理機(jī)制為保障，綜合運(yùn)用工程措施和經(jīng)濟(jì)、法律、行政綜合管理手段，大力推進(jìn)水體修復(fù)、流域水環(huán)境綜合整治，實(shí)現(xiàn)湖庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量和周邊景觀同步提升，形成和諧共生的生態(tài)體系。

2 水環(huán)境現(xiàn)狀問(wèn)題及原因分析

近年來(lái)，隨著房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)的興起以及工業(yè)園區(qū)的發(fā)展，人口和工業(yè)規(guī)模迅速增長(zhǎng)，污染急劇增多，但由于市政環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)嚴(yán)重缺失，加之管理機(jī)制不順，造成大量生活污水和工業(yè)廢水直排入湖、湖面、江面漂浮物腐爛發(fā)臭、底泥淤積嚴(yán)重等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致湖體、江體水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，水體呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化。水庫(kù)主要污染源是入河生活污水和生活廢棄物及畜禽養(yǎng)殖所產(chǎn)生的部分入河污染物[4]。很多大城市將迎來(lái)新一輪的開(kāi)發(fā)建設(shè)潮，如不及時(shí)對(duì)流域內(nèi)的各類環(huán)境問(wèn)題開(kāi)展專項(xiàng)整頓和治理，不僅流域自身的水環(huán)境質(zhì)量將面臨進(jìn)一步惡化的風(fēng)險(xiǎn)，而且還可能直接影響水環(huán)境質(zhì)量和水體生態(tài)安全。水環(huán)境污染一般包括外源污染和內(nèi)源污染。而在具體原因方面，除了外源污染原因、內(nèi)源污染原因，還有管理機(jī)制原因。

2.1 外源污染現(xiàn)狀問(wèn)題及原因分析

1)市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，污水直排現(xiàn)象嚴(yán)重。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提速和城市化建設(shè)進(jìn)程加快，人口和產(chǎn)業(yè)大量聚集，但與之對(duì)應(yīng)的市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐卻嚴(yán)重滯后，污水截污干管缺失，導(dǎo)致水體流域內(nèi)生活污水和工業(yè)廢水直排現(xiàn)象較為普遍。部分生活污水未得到有效地處理，部分工業(yè)企業(yè)因沒(méi)有截污干管而將廢水就近排入附近水體。

2)水體周邊人口密度大，緩沖距離不足。城市建成區(qū)大型生活住宅小區(qū)眾多，人口密度特別大。由于前期規(guī)劃建設(shè)不合理等歷史遺留問(wèn)題，水體周邊建筑距離水面幾乎無(wú)緩沖距離，部分建筑緊貼水面而建，小區(qū)住戶的裸露地面、菜地種植和零星畜禽養(yǎng)殖等產(chǎn)生的污染直接入水，高密度的人口聚集，導(dǎo)致水體水質(zhì)受到了較大的人為影響。

3)面源污染日益加重，防控手段相對(duì)不足。根據(jù)對(duì)水體流域污染現(xiàn)狀調(diào)查，大部分水體受流域內(nèi)面源污染影響較重。面源污染中，城市地表徑流污染貢獻(xiàn)又較為突出，一般由城市地表徑流所帶來(lái)的污染物占流域城市面源的90%，其中COD占面源污染總量的98%。但目前，水體流域內(nèi)對(duì)于面源污染的有效防控手段明顯不足，流域面源污染有進(jìn)一步加重的趨勢(shì)。

2.2 內(nèi)源污染現(xiàn)狀問(wèn)題及原因分析

1)污泥淤積量大，水體自凈能力較差。有些水體流經(jīng)地帶水流較緩、水體交換能力差，加之支流污染較重，水底泥淤積量較大，同時(shí)由于多年未開(kāi)展清淤，淤積的底泥持續(xù)釋放污染物，對(duì)自凈能力本就不高的水體造成了進(jìn)一步的影響。

2)污染治理不及時(shí)，水環(huán)境進(jìn)一步惡化。由于水體流域范圍內(nèi)現(xiàn)有環(huán)境污染的累加效應(yīng)和滯后效應(yīng)，若不及早治理，水環(huán)境將存在惡化的趨勢(shì)，對(duì)整體水環(huán)境質(zhì)量的達(dá)標(biāo)將帶來(lái)更大的壓力，同時(shí)也對(duì)水體流域沿線生態(tài)環(huán)境保護(hù)造成巨大的威脅。在傳統(tǒng)粗放式城市建設(shè)模式下，已受到破壞的水體和其他自然環(huán)境，進(jìn)一步擴(kuò)大污染的可能性更大。

2.3 管理機(jī)制現(xiàn)狀問(wèn)題及原因分析

1)責(zé)任主體不明確，湖庫(kù)缺乏有效管理。目前，很多水體并未設(shè)置統(tǒng)一的監(jiān)管責(zé)任部門，主體管理部門由其周邊圍建的小區(qū)物管進(jìn)行分段負(fù)責(zé)，且只負(fù)責(zé)岸邊管理，不負(fù)責(zé)水體管理，同時(shí)缺乏相應(yīng)的監(jiān)督部門。個(gè)別物管更是放棄了岸邊管理，造成了岸邊周邊存在較為嚴(yán)重的污水直排、水面植物腐爛丟棄、生活垃圾隨意丟棄等問(wèn)題和現(xiàn)象。更有甚者，部分建筑土石方直接推入水體內(nèi)，不僅擠占了水體容量，也嚴(yán)重污染了水體水質(zhì)。建立智能化的環(huán)境執(zhí)法監(jiān)督管理平臺(tái)，充分鍛煉現(xiàn)場(chǎng)勘查、移動(dòng)執(zhí)法、應(yīng)急處置等能力[5]。

2)環(huán)保宣傳教育力度不足，管理手段單一。水體周邊相關(guān)小區(qū)物業(yè)公司對(duì)社區(qū)內(nèi)公眾環(huán)保宣教力度不足，對(duì)影響和危害湖庫(kù)水質(zhì)的行為大都以口頭教育等方式進(jìn)行管理。有些物業(yè)公司也曾對(duì)社區(qū)內(nèi)的畜禽養(yǎng)殖情況進(jìn)行整頓，但由于缺少相關(guān)依據(jù)及行政力量支持，整頓成果收效甚微。水體周邊居民環(huán)保認(rèn)識(shí)差異較大，部分不自覺(jué)的居民可能會(huì)為了圖方便而不愛(ài)護(hù)水源。政府加強(qiáng)環(huán)境法制建設(shè)力度，大力宣傳環(huán)保知識(shí)，形成環(huán)保意識(shí)，共筑美好生活家園[6]。

3 水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及評(píng)估方法

根據(jù)水環(huán)境現(xiàn)狀問(wèn)題及原因分析，總體思路為水體外截?cái)辔廴驹?、水體內(nèi)恢復(fù)水生態(tài)、水體管理長(zhǎng)效化。水體外截?cái)辔廴驹匆源罅﹂_(kāi)展水體流域工業(yè)污染和生活污染整治為主，并加強(qiáng)水面漂浮垃圾清理；水體內(nèi)恢復(fù)水生態(tài)以因地制宜實(shí)施水體生態(tài)功能修復(fù)措施為主；水體管理長(zhǎng)效化以明確水體管理主體，落實(shí)管理機(jī)構(gòu)、人員、制度、經(jīng)費(fèi)為重，建立水體管理長(zhǎng)效機(jī)制。為準(zhǔn)確摸清水環(huán)境現(xiàn)狀及健康狀況，對(duì)水質(zhì)以及水生和底棲生物進(jìn)行了調(diào)查和監(jiān)測(cè)，并對(duì)其監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查及評(píng)估

3.1.1水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置及水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)確定

對(duì)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，合理確定水體監(jiān)測(cè)點(diǎn)，合理進(jìn)行分布。水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括pH、DO、高錳酸鹽指數(shù)、COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、硫化物、葉綠素a及透明度11項(xiàng)。

3.1.2采樣及分析方法

調(diào)查采樣與分析方法見(jiàn)表1。

表1 采樣與分析方法

3.1.3水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

地表水現(xiàn)狀評(píng)價(jià)采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)模式如下：

(1)

pH評(píng)價(jià)模式：

(2)

(3)

式中：Pi,j為i污染物在j監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci,j為i污染物在j監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的實(shí)測(cè)濃度，mg/L；Csi為i污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L；PpH為 pH的單項(xiàng)污染指數(shù)；pHsd為地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH值下限；pHsu為地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的pH值上限；pHj為j監(jiān)測(cè)點(diǎn)處實(shí)測(cè)pH值。DO評(píng)價(jià)模式為：

(4)

(5)

(6)

式中：PDO為DO的單項(xiàng)污染指數(shù)；DOf為某水溫、氣壓條件下的飽和溶解氧質(zhì)量濃度，mg/L；DOj為溶解氧實(shí)測(cè)值，mg/L；DOs為溶解氧的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值，mg/L；T為水溫，℃。按上述評(píng)價(jià)模式和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)算水環(huán)境水質(zhì)指標(biāo)。

3.1.4水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

1)湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)方法

綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。

2)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

(7)

式中：TLI(∑)為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI(j)為代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

(8)

式中：rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù)；m為評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

中國(guó)湖泊(水庫(kù))的chla與其他參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系rij及rij2見(jiàn)表2。

表2 中國(guó)湖泊(水庫(kù))部分參數(shù)與chla的相關(guān)關(guān)系rij及值

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為：

①TLI(chl)=10(2.5+1.086lnchl)

(9)

②TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

(10)

③TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

(11)

④TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

(12)

⑤TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCOD)

(13)

式中：葉綠素a chl單位為mg/m3；透明度SD單位為m；其他指標(biāo)單位均為mg/L。

3)湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)

葉綠素a(chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)。

4)湖泊(水庫(kù))營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)

采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊(水庫(kù))營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)，TLI(∑)與營(yíng)養(yǎng)類別的對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 TLI(∑)與營(yíng)養(yǎng)類別的對(duì)應(yīng)關(guān)系

根據(jù)上述公式對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)，由各采樣點(diǎn)的綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)及對(duì)應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)類別得出水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況。

3.2 水生生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及評(píng)估

為系統(tǒng)了解水體水環(huán)境健康狀態(tài)，綜合反映湖體健康，開(kāi)展浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲動(dòng)物等水生生物調(diào)查監(jiān)測(cè)。通過(guò)浮游植物指示水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，利用浮游動(dòng)物中特征物種評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，原生動(dòng)物的出現(xiàn)及數(shù)量構(gòu)成評(píng)價(jià)水質(zhì)清潔和污染狀態(tài)，底棲生物反映水生生態(tài)系統(tǒng)中水質(zhì)污染狀態(tài)和沉積物健康程度。

3.3 換水周期評(píng)估

水體換水周期(也稱作水體交換周期)是自然界水文循環(huán)的效應(yīng)反映，由于地球上水體的循環(huán)作用，導(dǎo)致地球上各種形式水體不斷地進(jìn)行交換及更新，從時(shí)間角度上來(lái)分析，不同形式的水體存在不同的更新交替期，可用水體交換周期來(lái)表征各種水體交替時(shí)間的長(zhǎng)短。

因此，水體交換周期的計(jì)算公式通常為：

d=s/Δs

(14)

式中：d為水體交換時(shí)間，天；s為水體的容量(河湖多年平均蓄水量)，m3或萬(wàn)m3；Δs為該項(xiàng)水資源參與水平衡的活動(dòng)量，(河湖生態(tài)需水量)，m3/s。

若水體的常年蓄水位基本不變，水體的入庫(kù)水量與出庫(kù)水量基本一致，上式可變化為：

T=V/Q

(15)

式中：T為水體換水周期，a；V為水體的常年庫(kù)容，m3；Q為水體年入庫(kù)水量，m3/a。

通常情況下，補(bǔ)給水主要來(lái)自于地表徑流、湖面降水和支流污水等，因此，水體入庫(kù)水量按照下式計(jì)算：

d=s/Δs

(16)

式中：Q為入庫(kù)水量，m3；S地為地表徑流，m3；H湖面為水面凈入水量，m3；Q支流為支流來(lái)水量，m3；Q污水為水體外源污水量，m3。

隨著城市市政基礎(chǔ)設(shè)施將進(jìn)一步完善，水體流域內(nèi)大量的生活污水和工業(yè)廢水將被市政管網(wǎng)截走，未來(lái)的水體外源污水量將會(huì)大幅下降，支流流量亦將大幅下降。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，而且南北、東西分布極其不均勻，水資源對(duì)國(guó)家的長(zhǎng)久治安非常重要。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，水環(huán)境污染的情況越來(lái)越多。黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書記高度重視環(huán)境保護(hù)，提出“綠水青山就是金山銀山”，為水環(huán)境治理指明了方向。加強(qiáng)水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及評(píng)估，對(duì)開(kāi)展水體修復(fù)和環(huán)境綜合整治具體非常重要的作用，也是打造優(yōu)良生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)同發(fā)展的助推器。對(duì)此，本文提出了水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及評(píng)估的有關(guān)方法。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提升和對(duì)環(huán)境保護(hù)的更加重視，相信會(huì)有更加完善的水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及評(píng)估方法，相信會(huì)有更加美好的和諧生活家園。