灃河流域水環境質量評價及其趨勢分析

董祥芝,楊 清,李 迎

(西安工程大學 環境與化學工程學院,陜西 西安 710048)

0 引 言

灃河屬于黃河流域渭河水系的一條支流,也是西安地區的第三大河流[1].第七個國家級新區——西咸新區是關中天水經濟區的核心區域,灃渭新區是西咸新區的重要組成部分,灃河作為灃渭新區內的重要河流,也成為重點規劃對象.將灃河改造與灃渭新區的建設結合起來,讓其成為灃渭新區的一條彰顯城市特色的“藍色多瑙河”,是灃渭新區的規劃理念之一[2].同時,灃河也是西安主要的供水河道和排污受納水體之一,其水環境質量狀況直接影響該區域社會、經濟、環境的協調發展.因此,關注灃河水環境質量,加強灃河流域的綜合治理與保護,是灃渭新區經濟社會發展的當務之急,也是貫徹落實黨的十八大提出的大力推進生態文明建設，實現“八水潤西安”的重要舉措,對加強西安生態保護具有重要意義.水環境質量評價,對于正確了解水環境現狀,合理利用和開發水環境資源,科學預測未來水環境變化趨勢具有重要意義[3].采用模糊綜合評價方法能夠較為客觀地反映水質的實際狀況[4-5],它將系統中的不確定性通過隸屬度加以量化,并確定出各污染指標的權重,已成為當前水質綜合評價的一種常見方法.

本文通過對灃河流域的灃峪口、秦渡鎮、馬王鎮、咸陽灃河大橋、渭河入口等5個監測斷面的水質進行監測調查,采用模糊數學法對其水質進行綜合評價,測定高錳酸鉀指數、六價鉻、氨氮含量和總硬度等4個污染因子,并對其變化趨勢進行分析,為制定區域規劃、環境管理及水環境治理提供科學依據,并對流域地區的健康發展提供借鑒.

1 材料與方法

1.1 監測斷面的選擇與設置

根據地面水監測方案的制定原則[6]進行代表斷面及分析項目的選擇:灃峪口為灃河的水山口斷面,秦渡鎮、馬王鎮都有該河的水文監測站,咸陽大橋為重大設施,渭河入口處為與干流充分匯合處,所以確定灃峪口、秦渡鎮、馬王鎮、咸陽灃河大橋、渭河入口處等5個取樣斷面.

1.2 監測因子的選取

考慮河流的污染來源,實驗選取河流高錳酸鉀指數、六價鉻、氨氮和總硬度等必測項目的4個常規因子進行監測.

為了使采集的水樣具有代表性,能夠反映水質在時間和空間上的變化規律,必須確定合理的采樣時間和采樣頻次,對于較大水系的干流中小河流全年采樣不少于6次,豐、平、枯每次至少采樣兩次.實驗在灃河的平水期(9，10，11月)、枯水期(3，4，5月)兩期采樣,取樣頻率為兩周一次,監測水樣采用綜合水樣.對每個水樣進行4個污染因子的監測,總共為300個監測數據,然后用每個斷面每個污染因子的平均值作為評價的最終數據.

1.3 水質監測結果

由于灃河是常年性河流,且上游支流較多，根據5個斷面6次采樣監測結果比較,每期各監測數據相差不大,取其平均值進行計算比較科學合理.平水期和枯水期各斷面實驗數據(平均值)見表1.

表1 平枯兩期實驗數據

1.4 水質模糊數學評價

在地面水質綜合評價[7-9]中,通常采用一般型水環境指數和分級型水環境指數.在實際工作中采用這些指數進行綜合評價時會造成分級不夠確切.本文采用的模糊數學法[10]能彌補它們的不足,采用隸屬函數描述水質的分級,體現了實際界限的模糊性,使評價結果更接近客觀實際.權重的大小是根據超標多少確定的,也比較客觀,它考慮了各項參數在總體污染中的作用差異,而且最終結果不僅能夠反映出此水體的水質級別,還能反映出該水體對應于各級水質的隸屬情況.

1.5 水環境容量估算及水質趨勢分析

水環境容量概念源于環境容量,是指某一水環境單元在特定的環境目標下所能容納污染物的量,也就是指環境依靠自身特性使本身功能不至于被破壞的前提下,能夠允許的污染物的量[11].在理論上,水環境容量是環境的自然規律參數在于社會效益參數的多變量函數;它反映污染物在水體中的遷移、轉化規律,也滿足特定功能條件下水環境對污染物的承受能力.同時,對河流縱向的污染因子作水質趨勢分析,討論各污染因子沿河道的污染程度及可能的變化趨勢.

2 結果與討論

2.1 水質評價結果與分析

文中水質評價所使用GB3838—2002地表水環境質量標準,其中總硬度的標準限值采用地表水資源質量評價技術規程(SL395—2007)中的參考限值.由實驗計算結果可得,整個灃河平枯兩期水質均情況較好,尤其是上游河段,達到國家Ⅲ類以上水質標準,豐水期下游水質較差主要是是因為夏天兩岸農田施肥等結果所致,造成氨氮的含量較高.

平枯兩期水質隸屬級別見表2，由表2可以看出，在灃河5個監測斷面中,灃峪口的水質最好,平水期、枯水期水質級別均為Ⅰ類.咸陽大橋和渭河入口監測斷面的水質最差,平水期、枯水期水質級別均為Ⅲ類.灃河水體下游水質較上游污染嚴重,最嚴重的是咸陽斷面.為保證灃河水質良好,必須采取有效的控制措施.另外,在影響灃河水質的各指標中,從權重的計算過程中可以看出,污染物高錳酸鉀指數和氨氮含量對水質的影響程度相對較大,說明水體中的4個污染因子中主要污染物是高錳酸鉀指數和氨氮.

表2 平枯兩期水質隸屬級別

2.2 容量估算及水質趨勢

2.2.1 水環境容量估算 計算河流的環境容量所采用的水質標準為國家地表水環境質量標準的Ⅲ類水質標準值見表3.4個污染因子在5個監測斷面的平水期，枯水期的監測計算結果如圖1～4所示.

表3 4個監測污染因子的Ⅲ類水質標準值mg·L-1

參數總硬度高錳酸指數氨氮六價鉻 Ⅲ級標準值35061.00.05

從圖1～4可以看出，平水期總硬度在第一段面的容量最大,第二斷面的有所減小;第三、第五斷面趨于飽和,第四段面較第三、第五斷面的容量又有所增加.高錳酸鉀指數的容量在第一段面比較大,第二、四斷面明顯減少,第三斷面基本趨于飽和,而第五段面則沒有容量,質量濃度高于三級水質標準;氨氮的容量在第一段面比較大,三、四、五斷面約有0.1mg/L的容量,而第二段面則沒有容量;六價鉻和氨氮的情況基本一致.枯水期的情況大致和平水期相同,平水期和枯水期的環境容量差別不大,個別斷面的個別因子平水期的容量還小于枯水期的容量,可能是因為平水期和枯水期水量不是特別明顯,平水期排污較多,人為活動較多(比如旅游、農業等等)的原因所致.

2.2.2 水質趨勢分析 整條河流來看,河水的水質較好,基本滿足國家Ⅲ類標準的要求,中間河段水質較兩頭差,主要原因可能是因為排污比較集中,具體5個斷面各污染因子濃度趨勢如圖5～8所示.

從圖5～8可以看出,總硬度隨著河流的流向逐漸升高至咸陽斷面,甚至不能達到Ⅲ級水質標準值,到達渭河口又稍有下降.高錳酸鉀指數從灃峪口至馬王鎮斷面持續升高,馬王鎮水質超出Ⅲ級水質標準,然后又下降,到咸陽斷面至渭河入口又開始升高.氨氮的濃度從灃峪口到馬王鎮一直持續上升,到咸陽橋略有下降,之后又迅速上升,到達渭河口時水質超出Ⅲ級水質標準.六價鉻由灃峪口斷面上升,灃峪口斷面濃度超出Ⅲ級水質標準,至秦渡鎮斷面后略有下降,到馬王鎮后基本呈平緩趨勢.

圖5 總硬度濃度趨勢圖 圖6 高錳酸鉀指數趨勢圖—■—平水期；—●—枯水期；——三級水質標準

圖7 氨氮濃度趨勢圖 圖8 六價鉻濃度趨勢圖—■—平水期；—●—枯水期；——三級水質標準

以上各污染因子的變化趨勢與其權重值進行比較,污染程度及其超標情況基本一致,進一步說明模糊數學評價中的權重計算客觀合理.

從灃河水質及沿線情況的調查來看灃河水質基本趨于良好,但水質趨勢總體存在從上游到下游水質有所下降,尤其是從秦渡鎮段開始河水水質明顯趨下降趨勢,到渭河入河口處時,水質明顯不如上游,僅達國家Ⅲ水質標準,特別是氨氮濃度已嚴重超出Ⅲ級標準值,并有繼續上升的趨勢;而在上游尤其是靠近水源地的地方,河水水質良好為國家Ⅰ、Ⅱ類水基本達到飲用水標準.其原因主要是灃河上游地處深山,天然林豐富,水源地受天然林庇護良好,所以上游水質很好,且水源豐富.

灃河水質趨勢除沿上游至下游呈下降趨勢外,還表現為從無人區至生活區水質逐漸變壞的趨勢.無人區人為活動較少,所以其受人為影響也較少,水質較好.但在河水進入人口密集的城市后河水水質明顯下降,由一開始的國家Ⅰ類水下降為Ⅲ類水.對于其上級河流——渭河而言將會是很嚴重的污染源.

3 結論及建議

(1) 從監測的結果看,整個河流氨氮的含量較高,尤其是渭河入口斷面達到平、枯水期別為1.08mg/L和1.1mg/L.所以要嚴格控制引起氨氮濃度增高的行為.比如禁止在河水中洗涮裝過農藥,化肥等容器,適量使用化肥以及農藥,來控制氨氮含量的增高.

(2) 水質污染程度是一個模糊概念,模糊數學法采用隸屬函數劃分水質級別,可較好的解決水質評價中的模糊性,避免了單因子綜合評價中撘黃狽窬鰯的不合理性,結果更為合理可靠,為灃河水環境綜合治理和保護規劃提供了依據.

(3) 通過估算河流的環境容量,得出河流的納污能力,高錳酸鉀指數的容量在第一段面比較大,第二、四斷面明顯減少,第三斷面基本趨于飽和,而第五段面則沒有容量,濃度高于三級水質標準;氨氮的容量在第一段面比較大,三、四、五斷面約有0.1mg/L的容量,而第二段面則沒有容量.

(4) 從整個灃河河段的水質變化情況來看,灃河的中下游水質較差,尤其是馬王鎮斷面,平枯兩期只能達到國家三級標準,所以應該減少中下游的排污總量,同時也要嚴格控制上游的排污量,對上游旅游景點等的污水排放應該采取處理,達標以后才可排放.

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