基于單因子評(píng)價(jià)法和比值法解析水庫(kù)水質(zhì)狀況

羅 芳 伍國(guó)榮

（岳麓區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站 湖南長(zhǎng)沙 410013）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，水體污染問題日趨嚴(yán)重，其中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集導(dǎo)致的水體富營(yíng)養(yǎng)化是較常見的水污染類型。當(dāng)水體中容納過(guò)量氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)藻類及其它水生生物異常繁殖現(xiàn)象，導(dǎo)致水體透明度下降、溶解氧減少、水質(zhì)惡化等一系列問題，從而引起水體生態(tài)系統(tǒng)破壞、功能受損等。

茅栗沖水庫(kù)，位于長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)蓮花鎮(zhèn)華寶村境內(nèi)，總庫(kù)容194萬(wàn)立方米，集雨面積約2.78平方公里。泉水沖水庫(kù)，位于長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)雨敞坪鎮(zhèn)，總庫(kù)容量1040立方米，集雨面積約18.6平方公里。為了有效保護(hù)水資源，當(dāng)?shù)卣畬?shí)施了針對(duì)城市水資源質(zhì)量狀況進(jìn)行的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作。本文首次將水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)與污染特征研究相結(jié)合，以期為地方政府提供水庫(kù)治理和保護(hù)的理論依據(jù)。

1 監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)方法

于2017年1月-10月對(duì)茅栗沖水庫(kù)和泉水沖水庫(kù)進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，每個(gè)水庫(kù)在近壩處設(shè)立1個(gè)采樣點(diǎn)。項(xiàng)目為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》表1中24項(xiàng)及表2中5項(xiàng)，合計(jì)29項(xiàng)。

評(píng)價(jià)方法：利用單因子評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)兩水庫(kù)的年度水質(zhì)類別，利用比值法（CODcr/TN、TN/TP、NH3-N/TN）評(píng)價(jià)兩水庫(kù)的氮、磷污染特征。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2 監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 單因子評(píng)價(jià)法

式中：m為單因子指數(shù)；Ci為第i項(xiàng)因子的實(shí)測(cè)值；Co為第i項(xiàng)因子的標(biāo)準(zhǔn)值。

單因子評(píng)價(jià)法即根據(jù)評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)該斷面參評(píng)的指標(biāo)中類別最高的一項(xiàng)來(lái)確定[2]。兩水庫(kù)測(cè)算單因子污染指數(shù)見表1。

表1 單因子污染指數(shù)m

兩水庫(kù)中污染指數(shù)最高的分別為總磷和石油類，但是總磷和石油類的年均濃度均達(dá)到了III類標(biāo)準(zhǔn)，滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)要求。

根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法，地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)為：《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）表1中除水溫、總氮、糞大腸菌群以外的21項(xiàng)指標(biāo)。因此，在對(duì)茅栗沖水庫(kù)和泉水沖水庫(kù)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)的時(shí)候，未納入總氮的影響。鑒于此，本文利用比值法詳細(xì)分析兩水庫(kù)的氮磷污染狀況。

2.2 比值法

比值法在水污染方面的應(yīng)用早已屢見不鮮，包括碳氮比、氮磷比、碳磷比等。碳氮比在污水處理中作為重要的調(diào)控指標(biāo)，現(xiàn)有多種表述方式，如CODcr／TN、CODMn／TN、TOC／NO3-N 等，氮磷比是評(píng)價(jià)湖泊、水庫(kù)等封閉性水體富營(yíng)養(yǎng)化以及浮游植物生長(zhǎng)研究的重要參數(shù)[3]。聶澤宇[4]等人就利用氮磷比指標(biāo)探討我國(guó)太湖主要入湖河流的營(yíng)養(yǎng)狀況；李哲[5]等人研究了不同TN/TP水平下氮素形態(tài)分布和循環(huán)特點(diǎn)；趙聯(lián)芳[6]等研究了人工濕地處理低碳氮比污水的脫氮原理。

根據(jù)氮、磷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，計(jì)算各水庫(kù)氮磷比值，逐月變化如圖1-圖3所示，圖中無(wú)數(shù)據(jù)的月份為某項(xiàng)指標(biāo)未檢出。

圖1 水庫(kù)NH3-N/TN逐月變化情況

當(dāng)水體中氨氮百分含量≥50%，具有一般城市生活污水特征[7-8]。圖1數(shù)據(jù)顯示，兩水庫(kù)氨氮百分含量在3%-12%之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于50%且走勢(shì)基本相同，不具備一般城市生活污水的特征，說(shuō)明茅栗沖水庫(kù)和泉水沖水庫(kù)均沒有受到生活污水污染。

圖2 水庫(kù)TN/TP逐月變化情況

根據(jù) GuildFord 等[9]提出的 TN／TP(質(zhì)量比)≥22.6為磷限制狀態(tài)，TN／TP(質(zhì)量比)≤9.0為氮限制狀態(tài)作為參考，當(dāng) 9＜TN／TP＜22.6，春夏季處于藻類適宜的生長(zhǎng)范圍。圖2數(shù)據(jù)顯示，茅栗沖水庫(kù)2月、8月的TN／TP 分別為 14.5、21，泉水沖水庫(kù) 3 月、8 月的 TN／TP 分別為22.5、15，說(shuō)明兩水庫(kù)在春夏季的2月、3月、8月存在藻類生長(zhǎng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。茅栗沖水庫(kù)總氮超標(biāo)主要出現(xiàn)3月、4月、5月、6月；泉水沖水庫(kù)總氮總磷均未出現(xiàn)超標(biāo)。根據(jù)氣象資料，長(zhǎng)沙市1月-10月的降雨量分 別 為 46.4、61.2、239.8、105.2、121.4、526.5、246.5、152.9、65.4、31.2 mm，總氮超標(biāo)主要在豐水期，其原因?yàn)榻涤陱搅鳟a(chǎn)生的農(nóng)業(yè)面源污染而引起，只要嚴(yán)格控制庫(kù)區(qū)的氮、磷肥使用，水庫(kù)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化潛在風(fēng)險(xiǎn)可得到有效控制。

圖3 水庫(kù)CODcr/TN逐月變化情況

Xu等[10]發(fā)現(xiàn)當(dāng)水體中CODcr/TN≤3時(shí)，會(huì)降低污水中營(yíng)養(yǎng)物的去除效率。Yan等[11]發(fā)現(xiàn)當(dāng)水體中CODcr/TN=2.5時(shí)，TN的去除效率最高，當(dāng)CODcr/TN處于2.5～5之間，可產(chǎn)生相對(duì)較低的溫室氣體。圖3數(shù)據(jù)顯示，兩水庫(kù)的CODcr/TN在4.26～37.78之間，說(shuō)明水庫(kù)中碳源充足，水體自凈能力較強(qiáng)。

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)2017年1月-10月兩水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，兩水庫(kù)的水質(zhì)良好，全年水質(zhì)保持在國(guó)家GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類，達(dá)到執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。為使水庫(kù)的優(yōu)良水質(zhì)得到長(zhǎng)期保持，提出以下建議：

（1）加強(qiáng)水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)定期監(jiān)測(cè)與不定期監(jiān)測(cè)相結(jié)合，在豐水期增加監(jiān)測(cè)頻次，及時(shí)掌握水庫(kù)的氮磷污染狀況。

（2）在水庫(kù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)中要將地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)相結(jié)合，方能全面反映水庫(kù)的水質(zhì)狀況。

（3）嚴(yán)格控制水庫(kù)集雨范圍內(nèi)的氮、磷肥使用，有效降低水庫(kù)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

[1]（GB3838-2002）《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[S].2002.

[2]羅芳，伍國(guó)榮，王沖，張琳.內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和單因子評(píng)價(jià)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 [J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016,42(4)：87-89.

[3]傅楊，謝捷，陳璐艷等.基于比值法解析老城區(qū)河段氮磷污染特征[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2017，33（3）：165-170.

[4]聶澤宇，梁新強(qiáng)，邢波等.基于氮磷比解析太湖苕溪水體營(yíng)養(yǎng)現(xiàn)狀及應(yīng)對(duì)策略[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2012，32（1）：48-55.

[5]李哲，郭勁松，方芳等.三峽水庫(kù)小江回水區(qū)不同TN/TP水平下氮素形態(tài)分布和循環(huán)特點(diǎn)[J].湖泊科學(xué)，2009，21（4）：509-517.

[6]趙聯(lián)芳，朱偉，趙建.人工濕地處理低碳氮比污染河水時(shí)的脫氮機(jī)理[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2006，26（11）：1821-1827.

[7]張翔凌，姜應(yīng)和，葉舟，等．武漢黃孝河地區(qū)城市污水水質(zhì)特征分析[J]．市政技術(shù)，2007，25(2)：128 一 133．

[8]陳能汪，張珞平，洪華生，等．九龍江流域農(nóng)村生活污水污染定量研究 [J]．廈門大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2004，43(增刊)：249—253．

[9]GUILDFORD STEPHANIE J，HECKY ROBERT E．Total nitrogen，total phosphorus，and nutrient limitation in lakes and oceans：is there a common relationship[J]．Limnology and Oceanography，2000，45(6)：1213 一 I 223．

[10]XU B，CHENG P，YAN C，et a1．The effect of varying LED light sources and influent carbon／nitrogen ratios on treatment of synthetic sanitary sewage using Chlorella vulgaris[J]．World J Microbiol Biotechnol，2013，29：1289—1 300．

[11]YAN C，ZHANG H，LI B，et a1．Effects of influent C／N ratios on CO2and CH4 emissions from vertical subsurface flow constructed wetlands treating synthetic municipal wastewater[J]．Journal of Hazardous Materials，2012，203(204)：188—194．