邯鄲大型水庫水體質(zhì)量及富營養(yǎng)化綜合評價

李春燕

(河北省邯鄲水文勘測研究中心，河北 邯鄲 056001)

邯鄲市有大型水庫兩座，分別是岳城水庫和東武仕水庫，兩座水庫相距25km，均在邯鄲市磁縣境內(nèi)，均以防洪為主，兼顧邯鄲市的生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)用水。兩座水庫作為邯鄲市的飲用水源地和備用水源地，水質(zhì)狀況的好壞影響著城市的飲用水安全和經(jīng)濟發(fā)展。水庫的富營養(yǎng)化程度是水庫水質(zhì)好壞的一個重要指標，水體富營養(yǎng)化主要是由磷、氮超標引起的。天然環(huán)境下，水庫水體從貧營養(yǎng)水體發(fā)展到富營養(yǎng)水體是一個較為緩慢的過程，但在湖庫水產(chǎn)養(yǎng)殖、污水排放等人類活動影響下，會加速湖庫的這個變化過程。岳城水庫是邯鄲市的飲用水水源地，也是邯鄲東部生態(tài)水網(wǎng)的主要供給者，東武仕水庫為邯鄲市部分工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)灌溉用水提供保障。因此，保護好邯鄲市水庫水源是實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用，保障邯鄲市經(jīng)濟持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展的重要條件。

為掌握邯鄲市大型水庫水體質(zhì)量和營養(yǎng)化狀態(tài)，改善水庫水環(huán)境，為邯鄲市水資源科學管理、合理利用提供科學依據(jù)，對水庫水環(huán)境進行分析評價十分必要。

1 評價方法

分別采用綜合污染指數(shù)法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對邯鄲市兩座大型水庫的水環(huán)境質(zhì)量和富營養(yǎng)化狀態(tài)進行評價。

1.1 綜合污染指數(shù)法

先計算相關(guān)評價參數(shù)的分指數(shù)，即相關(guān)評價參數(shù)的監(jiān)測值與其評價標準值的比，然后通過數(shù)學計算將相關(guān)評價參數(shù)的分指數(shù)進行綜合計算，運算結(jié)果即為水體的綜合指數(shù)，水體的污染程度用綜合指數(shù)值代表。其中單項分指數(shù)的計算可以采用均值型指數(shù)法、疊加型指數(shù)法、Brown水質(zhì)指數(shù)法、Ross水質(zhì)指數(shù)法、加權(quán)均值法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、指數(shù)聚類法等不同的方法進行。計算過程中采用的計算方法不同，評價污染指數(shù)法的表達形式也不同，均值型指數(shù)法是最常用的一種計算方法，計算步驟簡單，且計算過程中能直觀地反映出水體中最大污染因子，故本文采用均值型評價法進行計算。

a.分指數(shù)指的是水質(zhì)單項評價指標對水體水環(huán)境的影響程度。根據(jù)水樣化驗結(jié)果，污染分指數(shù)采用單項評價指標的實測濃度與允許水環(huán)境標準濃度的比值進行計算：

(1)

式中：Ii為單項污染分指數(shù)；Ci為評價項目的監(jiān)測濃度,mg/L；Csi為評價項目的標準值,mg/L，為地面水環(huán)境質(zhì)量標準Ⅲ類水數(shù)值。

b.因溶解氧濃度值越高其污染危害程度越低，故其評價參數(shù)的分指數(shù)計算公式為

(2)

式中：Cimax為溶解氧的飽和濃度。

c.因pH值存在最高和最低允許范圍，故pH值的分指數(shù)計算公式為

(3)

(4)

式中：Csip為pH值容許值界限間平均值；Csimax為pH值最大容許值；Csisma為pH值最小容許值。

Csip值計算公式為

(5)

d.氯化物、溶解性總固體、總硬度3項指標在地表水環(huán)境質(zhì)量標準中未被列入，本文中其評價參數(shù)按照生活飲用水標準進行。

e.綜合污染指數(shù)法按照算術(shù)平均的方法計算，根據(jù)前面計算結(jié)果求各評價參數(shù)的分指數(shù)的算術(shù)平均值，公式如下：

(6)

式中：I為綜合污染指數(shù)；Ii為單項污染分指數(shù)；N為參加評價的項目個數(shù)。

根據(jù)式(6)計算結(jié)果，按照綜合污染指數(shù)的大小，把地表水環(huán)境分為6個級別，見表1。

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量分級標準

1.2 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

先計算出選取參數(shù)的分指數(shù)，每個參數(shù)的分指數(shù)之和即為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。依據(jù)計算結(jié)果，參照水體營養(yǎng)狀態(tài)分級標準評價水庫水體的富營養(yǎng)化程度。

a.綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為

(7)

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

把葉綠素(chla)作為基準，則第j種參數(shù)的相關(guān)權(quán)重計算公式為

(8)

式中：rij為第j種參數(shù)與基準參數(shù)chla的相關(guān)系數(shù)；m為評價參數(shù)的個數(shù)。湖泊(水庫)部分參數(shù)與葉綠素的相關(guān)關(guān)系見表2。

表2 湖泊(水庫)部分參數(shù)與葉綠素的相關(guān)關(guān)系rij及值

營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為

TLI(chla)=10(2.500+1.086lnchla)

TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

TLI(SD)=10(5.118-1.940lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

(9)

b.本次水庫富營養(yǎng)化狀態(tài)評價中選取TN、TP、CODMn、chla和SD 5個參數(shù)進行評價。

c.根據(jù)計算指數(shù)的大小，把水庫的營養(yǎng)化程度分為6個級別：TLI(∑)<30為貧營養(yǎng)，30≤TLI(∑)≤50為中營養(yǎng)，TLI(∑)>50為富營養(yǎng)，5070為重度富營養(yǎng)。

2 評價結(jié)果

2.1 綜合污染指數(shù)法評價水體狀況

根據(jù)邯鄲市兩座水庫水源地水質(zhì)狀況，用綜合污染指數(shù)法中相應的公式分別計算出每個參數(shù)的單項污染分指數(shù)，然后計算兩個水庫全年、汛期、非汛期3個不同時期的綜合污染指數(shù)，最后根據(jù)表1對其水質(zhì)狀況進行分級。評價結(jié)果見表3，岳城水庫汛期、非汛期、全年平均的水質(zhì)級別均為尚清潔，綜合污染指數(shù)在0.28～0.30之間，其中汛期的污染指數(shù)較高，為0.30；東武仕水庫汛期、非汛期、全年平均的水質(zhì)級別也是尚清潔，但綜合污染指數(shù)在0.37～0.40之間，其中非汛期因來水量減少，污染指數(shù)較高，為尚清潔級別的上限值0.40，汛期和全年平均的污染指數(shù)分別為0.37和0.38。兩座水庫水體質(zhì)量較好，僅有總氮的含量較高，超地表水Ⅲ類水標準值，其他各因子均在標準值內(nèi)，因此影響兩座水庫水體質(zhì)量的主要因子為總氮。

表3 邯鄲市大型水庫水質(zhì)評價結(jié)果

續(xù)表

2.2 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評價水體狀況

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法中相應的計算公式進行計算，分別得出5個參數(shù)的分指數(shù)，然后計算兩個水庫汛期、非汛期以及全年3個不同時期的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，最后根據(jù)水庫營養(yǎng)狀態(tài)分級標準對兩個水庫不用時期的營養(yǎng)狀態(tài)進行分級，結(jié)果見表4。

表4 邯鄲市大型水庫富營養(yǎng)化評價結(jié)果

岳城水庫和東武仕水庫全年平均、汛期、非汛期的富營養(yǎng)化程度都為中營養(yǎng)。岳城水庫的總評分值在42～48之間，汛期最大，非汛期略小；東武仕水庫的總評分值為50(見圖1)。兩座水庫水體中總氮評分值最高，岳城水庫為12.7，東武仕水庫為13.6，故影響兩座水庫富營養(yǎng)化狀態(tài)的主要因子是總氮。

圖1 富營養(yǎng)化評價柱狀圖

3 結(jié) 語

本文采用了綜合污染指數(shù)法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對邯鄲市兩座大型水庫進行了水體質(zhì)量和富營養(yǎng)化評價。結(jié)果表明：兩種方法的評價結(jié)果一致，與實際水體狀況較為吻合，綜合污染指數(shù)法能判斷水體的污染狀況，綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法能判斷出水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)。兩種方法的計算步驟簡單，實用性較強，能比較全面地反映水庫的水環(huán)境狀況，所以兩種評價方法相結(jié)合的評價方式更適合水庫水環(huán)境評價。

綜合污染指數(shù)法和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評價水庫水環(huán)境質(zhì)量的主要影響因子均為總氮。經(jīng)過對岳城水庫上游匡門口、劉家莊兩個斷面的數(shù)據(jù)進行檢測，發(fā)現(xiàn)入庫河流清漳河總氮的含量高于岳城水庫中水體總氮的含量，而東武仕水庫上游南留旺站總氮的含量也高于水庫中水體總氮的含量，故上游來水總氮含量較高是水庫總氮超標的原因之一。另外，我國農(nóng)田中使用的化肥主要是以含氮的尿素為主，農(nóng)藥化肥的殘余量通過地表徑流以及下滲到地下水通過地下徑流直接對水庫水質(zhì)進行污染，所以農(nóng)業(yè)面源污染也是水庫總氮含量超標的原因之一。建議相關(guān)部門積極制定相關(guān)防治措施，控制總氮含量，以改善水庫水環(huán)境質(zhì)量。