“十三五”期間上塘河(海寧段)水質(zhì)監(jiān)測及評(píng)價(jià)

陳李慶，劉 瑩，陳新樂，劉 奇

(1. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 311121； 2. 浙江省環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州 310012； 3. 海寧市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，浙江 嘉興 314400)

0 引言

地表水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明我國水體總體為中度污染，水污染相對(duì)嚴(yán)重，為此國家在不斷加大水污染防治的力度[1].隨著防治工作的開展，“十二五”期間全國水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善，但不平衡、不協(xié)調(diào)的問題十分突出[2].為解決此類問題，“十三五”期間細(xì)化了“水十條”相關(guān)要求和流域分區(qū)管理體系，對(duì)項(xiàng)目實(shí)施動(dòng)態(tài)管理并第一次將實(shí)施范圍覆蓋到全國[3].浙江省政府響應(yīng)號(hào)召，實(shí)施“五水共治”戰(zhàn)略來改善水環(huán)境質(zhì)量[4].根據(jù)2019年浙江省221個(gè)省控?cái)嗝鏅z測結(jié)果，Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)斷面占91.4%，與上年同比增加6.8%，總體水質(zhì)已明顯改善[5].為推進(jìn)“十三五”水污染防治工作，浙江省生態(tài)環(huán)境廳發(fā)布了2020年水污染防治行動(dòng)實(shí)施方案[6]，明確指出“五水共治只能加強(qiáng)，不能放松”，確保水質(zhì)不斷改善.

近年來，海寧市政府根據(jù)“十三五”規(guī)劃和“五水共治”戰(zhàn)略，堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，以改善環(huán)境質(zhì)量為主線，因地制宜大力推進(jìn)水污染防治工作，水環(huán)境質(zhì)量得到持續(xù)改善.“十二五”期間對(duì)海寧市辛江塘等10處河流斷面的檢測結(jié)果表明，各河段均未達(dá)到相應(yīng)水質(zhì)功能要求，其中上塘河污染情況最為嚴(yán)重[7].上塘河(海寧段)西起許村莫家堰，經(jīng)楊家渡、長安鎮(zhèn)、石井、春富庵到鹽官，最后經(jīng)上河閘排入錢塘江[8]，是海寧市規(guī)劃的第一批重要水域.“十三五”期間，海寧市政府對(duì)上塘河污染源進(jìn)行排查分析，并針對(duì)不同污染物采取植物修復(fù)、清淤等多種方式綜合治理[9]，其水質(zhì)已有改善，但缺乏相關(guān)水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化的研究.因此，對(duì)上塘河(海寧段)流域水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，可為其在“十四五”期間水環(huán)境質(zhì)量改善提供數(shù)據(jù)支持和理論參考，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

國內(nèi)外水質(zhì)評(píng)價(jià)方法主要有單因子評(píng)價(jià)法[10-11]、綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法[12-13]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[14]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[15-16]、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法[17]和修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法[18]等.各種評(píng)價(jià)方法都有其使用特點(diǎn)和條件，如單因子評(píng)價(jià)法計(jì)算簡單、方便，能夠確保水體安全，各污染因子污染程度一目了然，但不能綜合反映水體質(zhì)量[19-20]；內(nèi)梅羅污染指數(shù)法是在單因子評(píng)價(jià)法的基礎(chǔ)上兼顧極值的計(jì)權(quán)型指數(shù)，但過于考慮最大污染因子，忽視了其他污染因子的影響，評(píng)價(jià)不夠準(zhǔn)確[21]；修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法在內(nèi)梅羅指數(shù)法的基礎(chǔ)上考慮了各污染因子的權(quán)重，解決了最大污染因子對(duì)水質(zhì)評(píng)級(jí)的影響，能較全面地反映水質(zhì)現(xiàn)狀[22].本文選擇上塘河(海寧段)為研究對(duì)象，采用單因子評(píng)價(jià)法和修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，對(duì)2016—2020年該區(qū)域內(nèi)地表水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測和評(píng)價(jià)，為其水污染防治提供參考.

1 研究方法

1.1 監(jiān)測位點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)上塘河(海寧段)流域分布情況和河流斷面布點(diǎn)要求(在有大量廢水排入河流的主要居民區(qū)、工業(yè)區(qū)及入海河流河口處等地設(shè)置監(jiān)測斷面)，綜合考慮斷面的代表性、可控性和經(jīng)濟(jì)性等因素，在該流域上、中、下游設(shè)置3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別位于許村大橋、水泥廠橋、上河閘(圖1)，評(píng)價(jià)河段長22 km.

圖1 上塘河(海寧段)流域監(jiān)測點(diǎn)示意圖Fig.1 The surface water monitoring sites of Shangtang River (Haining Section)

1.2 地表水環(huán)境監(jiān)測指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本研究于2016—2020年每月上旬對(duì)水體中的溶解氧、氨氮、總磷、5日生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量、總氮和氟化物等8項(xiàng)污染指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，每次每個(gè)斷面取3個(gè)平行樣.按照上塘河的功能類別，選用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià).

1.3 評(píng)價(jià)方法

先采用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)3個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的溶解氧、氨氮、總磷、5日生化需氧量等8項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，再結(jié)合修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對(duì)上塘河(海寧段)各監(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).

1.3.1 單因子評(píng)價(jià)法

1.3.2 修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

修正內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)等級(jí)計(jì)算公式[25]為：

2 污染等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)

本研究選用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)評(píng)價(jià)，具體評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)限值如表1所示.

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值Tab.1 Environmental quality standard value of surface water mg/L

單因子評(píng)價(jià)法和修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法根據(jù)所選水質(zhì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值和實(shí)際濃度，按公式計(jì)算污染指數(shù).修正內(nèi)梅羅標(biāo)準(zhǔn)污染指數(shù)[25](以下簡稱“Pi”)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2.

表2 修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值Tab.2 Evaluation standard value of modified Nemero pollution index

單因子評(píng)價(jià)法根據(jù)水體污染最嚴(yán)重的單項(xiàng)指標(biāo)來評(píng)價(jià)水質(zhì)類別，分為清潔和污染兩種情況.若單因子評(píng)價(jià)污染指數(shù)(以下簡稱“p”)<1，表明水體潔凈，未受到污染；若p≥1，則表明水體受到污染，河道水質(zhì)不符合其功能區(qū)劃分且數(shù)值越大污染程度越大.修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法計(jì)算出的數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行對(duì)照，分為清潔、較清潔、輕污染、中度污染和嚴(yán)重污染5種情況，污染指數(shù)大小直接反映其污染程度.

修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法在計(jì)算公式上考慮了污染因子的權(quán)重，根據(jù)所選水質(zhì)指標(biāo)折算出文中8項(xiàng)污染因子的權(quán)重值，結(jié)果列于表3.

表3 污染因子的權(quán)重值Tab.3 Weight value of pollution factor

權(quán)重值的大小取決于各污染因子評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的大小，即標(biāo)準(zhǔn)值越小的污染因子權(quán)重越大.以Ⅳ類地表水為標(biāo)準(zhǔn)，文中8項(xiàng)污染因子中的總磷標(biāo)準(zhǔn)僅為0.3 mg/L，而權(quán)重高達(dá)0.56，占比最大，即相較于其他污染因子，評(píng)價(jià)水體的總磷污染越嚴(yán)重，污染指數(shù)越大.

3 結(jié)果與討論

3.1 單因子評(píng)價(jià)法的評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

2016—2020年對(duì)上塘河(海寧段)3個(gè)監(jiān)測斷面進(jìn)行水質(zhì)檢測，對(duì)照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算出各污染因子的相對(duì)污染值，結(jié)果見表4.

表4 2016—2020年3處斷面各污染因子的相對(duì)污染值Tab.4 The relative pollution value of different pollution factors of three sections from 2016 to 2020

由表4可知，許村大橋監(jiān)測點(diǎn)在2016年期間氨氮、總氮和總磷超標(biāo)，2017—2019年則是氨氮和總氮超標(biāo)，2020年僅?？偟瑯?biāo).這表明，該斷面水環(huán)境質(zhì)量改善顯著，其中氨氮污染由2.06降至0.88，降幅達(dá)57.3%，已達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮污染由3.28變?yōu)?.56，下降幅度達(dá)22%.水泥廠橋監(jiān)測斷面在2016年時(shí)氨氮、總氮超標(biāo)，2017—2020年間僅總氮超標(biāo).分析歷年數(shù)據(jù)，該斷面所有指標(biāo)均有不同程度下降，其中氨氮因子污染指數(shù)從1.26下降到0.65最為明顯，下降幅度達(dá)48.4%，已達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)；總氮因子污染指數(shù)從3.13下降到2.27，下降幅度達(dá)27.5%.上河閘監(jiān)測斷面在2016—2020年間僅總氮超標(biāo)，在3個(gè)斷面中水質(zhì)最好.分析歷年數(shù)據(jù)，該斷面高錳酸鹽指數(shù)、5日生化需氧量、氨氮、化學(xué)需氧量均下降40%以上；總氮因子污染指數(shù)從2.74下降到1.95，下降幅度達(dá)28.8%，在3個(gè)斷面中降幅最大，但仍未達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)且超標(biāo)嚴(yán)重.

“十三五”期間，3個(gè)監(jiān)測斷面的溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、5日生化需氧量、化學(xué)需氧量和氟化物均未超標(biāo)，總磷除2016年許村大橋監(jiān)測斷面外未超標(biāo)，但總氮5年內(nèi)均未達(dá)標(biāo)且超標(biāo)嚴(yán)重.根據(jù)單因子評(píng)價(jià)法原則，以最差指標(biāo)總氮來評(píng)價(jià)水質(zhì)類別，即3個(gè)監(jiān)測斷面均未達(dá)到上塘河Ⅳ類功能區(qū)的標(biāo)準(zhǔn).“十三五”期間上塘河雖未達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但流域水質(zhì)持續(xù)改善，其中上河閘水質(zhì)最好且5年內(nèi)水質(zhì)改善最為明顯.

3.2 修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法的結(jié)果與分析

根據(jù)修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的公式計(jì)算“十三五”期間各個(gè)斷面每年的環(huán)境污染指數(shù)，對(duì)照污染等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)其污染程度.由圖2可知，“十三五”期間許村大橋監(jiān)測斷面除2018年相比于2017年污染指數(shù)升高外，其他年份均逐年下降，污染指數(shù)從2.51降至1.94.其水質(zhì)改善的主要原因是近年來海寧市政府把該斷面作為河道治理的重點(diǎn)對(duì)象，通過新建調(diào)水閘站、疏浚河道等一系列措施，實(shí)現(xiàn)上塘河流域西片水系活水暢流[9].“十三五”期間水泥廠橋監(jiān)測斷面污染指數(shù)從2.35逐年下降至1.72，水質(zhì)持續(xù)改善，主要原因是近年來周王廟鎮(zhèn)政府定期對(duì)河道進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并針對(duì)性采取河道清淤、植物修復(fù)等多項(xiàng)措施[26].“十三五”期間上河閘監(jiān)測斷面污染指數(shù)逐年下降，其中2016年到2018年從2.05降至1.49，水質(zhì)改善明顯.其主要原因是鹽官鎮(zhèn)對(duì)上塘河展開集體巡河，采取改造提升污水處理設(shè)備如增加曝氣方式等措施來改善水質(zhì)，但總氮污染問題仍有待于進(jìn)一步處置.

圖2 “十三五”期間監(jiān)測斷面Pi值變化Fig.2 Variation of Pi in different sections during the 13th Five Year period

綜上所述，上塘河(海寧段)中氨氮和總氮污染為主要污染因子，水質(zhì)主要受農(nóng)污和上游水質(zhì)影響[27].在實(shí)施源頭治理、生物濾墻等措施后，氨氮和總氮等指標(biāo)已得到改善，3處斷面的污染指數(shù)在“十三五”期間持續(xù)下降，雖仍未達(dá)到地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，但水質(zhì)已逐年改善.

4 結(jié)論

根據(jù)“十三五”期間的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用單因子評(píng)價(jià)法和修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對(duì)上塘河(海寧段)的3個(gè)監(jiān)測斷面進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)各斷面均有不同程度的污染，其中許村大橋監(jiān)測斷面污染最為嚴(yán)重，需加大整治力度.單因子評(píng)價(jià)法表明，氨氮和總氮為上塘河(海寧段)最主要的污染物，“十三五”期間許村大橋、水泥廠橋和上河閘氨氮污染因子分別從2.06、1.26、0.57下降至0.88、0.65、0.23，總氮污染因子分別從3.28、3.13、2.74降至2.56、2.27、1.95，不符合地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn).其他污染物均有不同程度的下降，雖5年內(nèi)5項(xiàng)指標(biāo)(溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、5日生化需氧量、化學(xué)需氧量、氟化物)均符合Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，但單因子評(píng)價(jià)法以最差指標(biāo)為基準(zhǔn)，即以最差指標(biāo)總氮來評(píng)價(jià)上塘河(海寧段)水質(zhì)類別，結(jié)果表明其水質(zhì)不符合地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn).修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)顯示，許村大橋、水泥廠橋和上河閘監(jiān)測斷面的污染指數(shù)持續(xù)下降，分別從2.51、2.35、2.05下降至1.94、1.72、1.47.對(duì)照修正內(nèi)梅羅污染指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，“十三五”期間由于海寧市政府大力推進(jìn)水污染防治工作，上塘河(海寧段)雖仍不符合地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，但水質(zhì)已逐年得到改善.