滇池草海水質(zhì)變化趨勢和特征污染物分析

周 圓，楊樹平，黃 俊，李曉銘，張 ，李婭萍，黃麗娟，張 宇

（昆明市環(huán)境監(jiān)測中心，云南昆明650228）

滇池草海水質(zhì)變化趨勢和特征污染物分析

周 圓，楊樹平，黃 俊，李曉銘，張 ，李婭萍，黃麗娟，張 宇

（昆明市環(huán)境監(jiān)測中心，云南昆明650228）

根據(jù)滇池草海2002—2011年的年均值水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》和《滇池水環(huán)境質(zhì)量地方評價規(guī)定》，運用綜合水質(zhì)指數(shù)法 （WQI）計算得到綜合水質(zhì)指數(shù)，結(jié)合滇池治理工程，對草海10年來水質(zhì)變化趨勢進行分析。結(jié)果顯示：①第一類重金屬指標水質(zhì)評價優(yōu)良，2004—2007年，草海的第一類項目水質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢，2007年達到10年來最差情況。第二類分類指數(shù)為72～92，評價為嚴重污染，不安全級別。2009年水質(zhì)最差，第二類污染物指數(shù)成為WQI的貢獻值，是草海的主要污染物。第三類分類指數(shù)為3～32，水質(zhì)優(yōu)良，水質(zhì)安全程度為安全級。②滇池水質(zhì)波動的主要因素是富營養(yǎng)類污染物，特征污染物是總磷和總氮。

水質(zhì)指數(shù)；特征污染物；變化；趨勢；滇池；草海

滇池地處長江、紅河、珠江三大水系分水嶺地帶，流域面積2920km2，是昆明城市飲用水源地之一，具有工農(nóng)業(yè)用水、調(diào)蓄、防洪、旅游、航運、水產(chǎn)養(yǎng)殖、調(diào)節(jié)氣候等多種功能。

自20世紀80年代以來，隨著流域社會經(jīng)濟快速發(fā)展和人口的持續(xù)增加，滇池水質(zhì)一直呈惡化趨勢，影響滇池漁業(yè)養(yǎng)殖功能，使滇池水生生態(tài)系統(tǒng)受到嚴重破壞，給滇池流域的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活等造成很大損失，嚴重影響和制約了區(qū)域的社會經(jīng)濟發(fā)展。

“十一五”期間，隨著草海周邊第一、第三污水處理廠的擴建和穩(wěn)定運行，環(huán)湖截污工程、污染底泥疏浚、入湖河道整治等治理工程的進行，滇池水質(zhì)惡化趨勢得到有效遏制。

綜合指數(shù)法是國內(nèi)外較常采用的一種水質(zhì)評價方法，綜合性和可比性強。Summiya等運用綜合水質(zhì)指數(shù)法，對巴基斯坦境內(nèi)的Soan河水質(zhì)進行了重金屬方面的危害性評估［1］。西班牙馬德里的環(huán)境科學中心Enrique等用綜合水質(zhì)指數(shù)法對當?shù)睾恿鬟M行評價，建立了溶解氧和WQI指數(shù)的相關(guān)性［2］。馬拉維大學化學學院Elijah等用水質(zhì)指數(shù)法對水體進行每月的采樣分析，對水質(zhì)進行評價［3］。

復(fù)旦大學環(huán)境學院的陳仁杰等對上海水源水質(zhì)進行評價時，檢測了地表水的16個指標，運用了綜合指數(shù)評價法，對上海市區(qū)及郊區(qū)的水質(zhì)進行了分析［4］。中科院流域生態(tài)中心的李思悅運用水質(zhì)指數(shù)法評價南水北調(diào)工程水源地丹江口水庫的水質(zhì)［5］。復(fù)旦大學環(huán)境工程系的張弛運用綜合指數(shù)法對浙江省慈溪市的運用水源地進行了安全評價和污染研究［6］。

本文運用綜合水質(zhì)綜合污染指數(shù)法（Water Quality Index，WQI），根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》［7］和 《滇池水環(huán)境質(zhì)量地方評價規(guī)定》［8］，將地表水環(huán)境的前5級標準間的限值關(guān)系，設(shè)定V類水質(zhì)有1、2、3、4和5類，將單項指數(shù)擴大到200，擴展了V類水質(zhì)以外的評定等級，進一步完善了滇池水環(huán)境質(zhì)量評價體系。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)

昆明城市西部片區(qū)的污水排入草海，草海一直是滇池水質(zhì)最差的區(qū)域。本文選取滇池草海2002—2012年共10年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，觀察草海變化趨勢。對滇池草海水質(zhì)數(shù)據(jù)分別計算單項指數(shù)、分類指數(shù)及綜合水質(zhì)指數(shù)。

根據(jù) 《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》和 《滇池水環(huán)境質(zhì)量地方評價規(guī)定》中的基本項目，選取如下評價項目，并將參與評價的項目分為3類：①對人體危害嚴重且經(jīng)水廠處理后難以消除的重金屬污染物 （如：砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物）；②經(jīng)水廠處理后出水水質(zhì)能夠達標的污染物 （如：pH、溶解氧、CODMn、BOD5、氨氮、總磷、糞大腸菌）；③除第1、第2類以外的其他污染 （如：氟化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑）。

研究選取的進行水質(zhì)評價的18項監(jiān)測指標包括pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷、糞大腸菌、氟化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物。pH、溶解氧采樣現(xiàn)場測定，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷按照基本項目分析方法，糞大腸菌采用多管發(fā)酵法，陰離子和氰化物采用流動注射儀測定，揮發(fā)酚采用連續(xù)流動儀測定，砷、汞、鎘采用原子吸收儀測定。所有實驗步驟均按照 《水和廢水監(jiān)測分析方法 （第四版）》［9］進行。

1.2 評價與計算方法

《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB 3838－2002）》將水質(zhì)分為I、II、III、IV、V類，因此將分級指數(shù)也分為對應(yīng)的5個等級，分值范圍是1～100分，對應(yīng)的5個等級的分值分別為20、40、60、80、100。

1.2.1 單項指數(shù)Ii的計算

每個項目的單項指數(shù)Ii為：

式中：Ci—i項目的實測值；Cik—i項評價項目的k級標準濃度；Cik＋m—i項評價項目的k＋m級標準濃度；Iik＋m－1—i項評價項目的k＋m－1級指數(shù)值。

由于水環(huán)境質(zhì)量標準將水質(zhì)分為I、II、III、IV、V，對應(yīng)的Ii1、Ii2、Ii3、Ii4、Ii5分別為20、40、60、80、100。m為標準中兩分級值或多分級值相同標準的個數(shù)，當分級標準值都不相同時，m為1，可記為如下公式：

1.2.2 單項指數(shù)的計算

對于第一類項目，IL取各單項指數(shù)的最高值，即：IL1＝（Ii）max

對于第二、三類項目，IL取各單項指數(shù)之和的平均值，即：

式中：n—參與評價的項目個數(shù)。

1.2.3 綜合水質(zhì)指數(shù)WQI的計算

取上述3種分類指數(shù)中的最大值，即：WQI＝（IL）max，評價中注意：①未檢出項目的單項指數(shù)可簡單地計為0，超過等于VI類水時，單項指數(shù)記為Ii≥100。②當pH值在6～9時，其單項指數(shù)計為0，否則為100。③溶解氧與一般指標不同，一般地，溶解氧越大，水質(zhì)越好，所以溶解氧的計算公式與其他指標的指數(shù)計算公式相反。

1.2.4 水質(zhì)綜合評價分級

將水質(zhì)分為5個等級。當WQI≤20，為1級，表明水質(zhì)優(yōu)良。WQI在21～40，為2級，水質(zhì)良好。WQI在41～60，為3級，水質(zhì)尚好。WQI在61～80，為4級，表明已受到污染，需要深度處理后才能用于飲用。WQI在81～100，為5級，表明嚴重污染。WQI≥100，為極嚴重污染。1、2級確定為安全，3級為基本安全，4級及以上為不安全［5］。

表1 評價指標及分類指數(shù)表

表2 滇池水環(huán)境質(zhì)量V類以上分級閾值規(guī)定限值

1.3 滇池草海水質(zhì)評價過程

運用滇池草海2002—2011年的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對滇池草海水質(zhì)數(shù)據(jù)分別計算其單項指數(shù)、分類指數(shù)及綜合水質(zhì)指數(shù)，計算結(jié)果見表3～表6。

2004—2007年，草海的第一類項目水質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢，2007年達到10年來最差情況，指數(shù)為32，評價為良好，屬于安全級別。2008年后草海第一類項目指數(shù)開始下降，其余年份水質(zhì)最好時指數(shù)為10，評價為優(yōu)良，安全級別。2009年以后，第一類水質(zhì)指數(shù)保持衡定。評價項目中，六價鉻全部為零。雖然鉛、鎘、氰化物分類指數(shù)較高，但是仍在安全級別范圍內(nèi)。

表3 滇池草海第一類項目分類指數(shù)統(tǒng)計

表4 滇池草海第二類項目分類指數(shù)統(tǒng)計

表5 滇池草海第三類項目分類指數(shù)統(tǒng)計

表6 滇池草海2002—2011年水質(zhì)指數(shù)（WQI）統(tǒng)計

第二類分類指數(shù)72～92，評價為嚴重污染，不安全級別。2009年達到最大數(shù)值，隨后兩年逐漸下降，2011年為最低值。第二類污染物中，除了pH值的單項指數(shù)是0以外，其余項目月均值都很高，總磷和總氮的分類指數(shù)均達到了5級標準，屬嚴重污染。總磷在2002—2010年都是最高值，超過了V類的5級標準。富營養(yǎng)情況依然嚴峻，第二類污染物指數(shù)成為了WQI的貢獻值，位列前三位的單項污染指標是總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)。

第三類分類指數(shù)3～32。水質(zhì)優(yōu)良，水質(zhì)安全程度為安全級。2009年度草海第三類指數(shù)突然升高為32，污染物是陰離子和揮發(fā)酚，單項指數(shù)分別是44.03和67.20，水質(zhì)評價屬于受到污染，安全評價為不安全。在其他年份，氟化物、揮發(fā)酚、石油類和陰離子有檢出，單項指數(shù)評價為水質(zhì)優(yōu)良，屬于安全級別。

滇池草海10年來WQI均值范圍是72～97，水質(zhì)狀況在4～5級，2002—2005年污染指數(shù)較高，都＞90。2005年以后有污染減輕的趨勢，但是2007—2009年水質(zhì)指數(shù)升高，水質(zhì)下降，和流域旱情相關(guān)。2009年實施了一系列治理工程后，草海污染程度減輕。在三大類污染物中，富營養(yǎng)類污染物對WQI值貢獻較大，即第二類污染物的變化趨勢與WQI值的變化趨勢極為相似。因此，滇池年度水質(zhì)波動的主要影響因素是富營養(yǎng)類污染物。

2 小結(jié)

綜合水質(zhì)指數(shù)法將水質(zhì)指標分為三個大類，適合在調(diào)查水質(zhì)參數(shù)較多時使用，通過對各項污染物質(zhì)的相對污染值，建立數(shù)學模式，進行數(shù)學上的歸納和統(tǒng)計，得出一個較簡單的數(shù)值，用該數(shù)值代表水體的污染程度，結(jié)果直觀易懂。

綜合水質(zhì)指數(shù)法把滇池水質(zhì)指標分為三類分類指數(shù)。評價后得知，滇池水體在第一類金屬污染物（砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物）和第三類其他污染物 （氟化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑）方面，受到的污染程度較輕，均＜2級，水質(zhì)良好。第二類污染物 （溶解氧、CODMn、BOD5、氨氮、總磷、糞大腸菌）導致綜合水質(zhì)指數(shù)升高，是主要污染因子。

綜合水質(zhì)指數(shù)法通過數(shù)學計算，得出一個較簡單的單項分類數(shù)值，用該數(shù)值代表水體的污染程度，并據(jù)此進行水體污染的分類和分級，可以準確反映影響水質(zhì)的單項因子。

［1］SuummiyaNazeer，MuhammadZafarHashmi.Heavymetals distribution risk assessment and water qualitycharacterization by water quality index of river Soan，Pakistan［J］.EcologicalIndicators，2014（43）：262－270.

［2］EnriqueSanchez，Manuel F，Colmenarejo，Juan Vicente，et al. Use of the water quality index and dissolvedoxygen deficit as simple indicators of watersheds pollution［J］.Ecological In6dicators，2007，7（2）：315－328.

［3］Elijah M，Wanda，Lewis C，Gulula，Gift Phiri.Determination of characteristics and drinking water qualityindexin Mzuzu City Northern Malawi［J］.Physics and Chemistry of the Earth，2012（50）：92－97.

［4］陳仁杰，錢海雷，袁東，等.改良綜合指數(shù)法及其在上海市水源水質(zhì)評價中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學學報，2010，（2）：431－437.

［5］李思悅，張全發(fā).運用水質(zhì)指數(shù)法評價南水北調(diào)工程水源地丹江口水庫的水質(zhì)［J］.環(huán)境科學研究，2008，21（30）：61－68.

［6］張弛.慈溪市水源地安全評價和污染研究 ［D］.上海：復(fù)旦大學，2009.

［7］GB3838－2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標準［S］.

［8］昆滇治發(fā)2011－6號，滇池水環(huán)境質(zhì)量地方評價規(guī)定［S］.

［9］國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法（4版）［M］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2002.

Variation Trend of W ater Quality and Analysis of Specific Pollutants of CaohaiLakeof Dianchi Lake

ZHOU Yuan，YANG Shu－ping，HUANG Jun，LIXiao－ming，ZHANG Ying，LIYa－ping，HUANG Li－juan，ZHANG Yu
（Kunming Environmental Monitoring Center，Kunming Yunnan 650228，China）

Water quality index（WQI）was adopted to evaluate the water quality of CaohaiLakeof Dianchi Lake using the 10 yearsmonitoring data of Caohai Lake in Dianchi lake from 2002 to 2011on the basis of“Environmental Quality Standard for SurfaceWater（GB3838－2002）”and“Dianchi Lake Local Evaluation Regulations on Water Environmental quality”.The results showed that the heavy metal index indicated a good water quality.The index decreased from 2004 to 2007.The water quality in terms of heavy metal was worst in 2007 during the ten years. The second kind of index scored from 72 to 92，which showed a serious pollution and unsecure status.The worst water quality occurred in the year of 2009.The second kinds of pollutants contributed most to the WOIand have become themajor pollutants in Caohai Lake.The score of the third kind of index varied between 3 and 32，which showed a good water quality status.The nutrientswere themajor factor influencing the fluctuation ofwater quality. Total nitrogen and total phosphorus are the specific pollutants of Caohai Lake.

water quality index；specific pollutants；change；trend；CaohaiLakeof Dianchi Lake

X52

A

1673－9655（2015）02－0020－06 0 引言

2014－10－28

國家水體污染控制與治理科技重大專項（2010ZX 07102－006）。

張宇。