丹江口水庫典型入庫支流水質評價與趨勢分析

王文靜,高鵬程,李　捷,周裕紅

(長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局,湖北 襄陽　441022)

丹江口水庫典型入庫支流水質評價與趨勢分析

王文靜,高鵬程,李捷,周裕紅

(長江水利委員會水文局漢江水文水資源勘測局,湖北 襄陽441022)

摘要：應用污染指數法中典型的單因子污染指數法和內梅羅綜合污染指數法,選取丹江口入庫支流中張灣和神定河口兩個斷面,對其2005—2014年水質狀況進行了水質評價與趨勢分析。結果表明,張灣斷面目前污染仍較重,但主要超標污染物得到一定程度的控制,與往年相比，總體有好轉趨勢;神定河口斷面的污染物始終超標嚴重,2005—2014年水質評價結果始終為劣Ⅴ類。建議加強對水質逐步惡化項目的治理,加強防護與控制管理。

關鍵詞：水質評價;趨勢分析;入庫支流；單因子污染指數法;內梅羅污染指數法;丹江口水庫

自丹江口水庫被確定為南水北調中線水源地后,其水質狀況受到了社會各界的高度關注[1-2]。多年連續監測資料表明,目前丹江口水庫水質總體良好,保持在地表水Ⅰ～Ⅱ類,能夠滿足工程調水水質要求,但部分入庫支流和個別水質因子超標仍然是無法忽視的問題[3]。筆者選取丹江口水庫入庫支流中水質情況較差的老灌河和神定河,對老灌河上的張灣斷面和神定河上的神定河口斷面的2005—2014年監測資料進行了統計計算,采用單項污染指數法和內梅羅綜合污染指數法分析其水質污染程度及變化趨勢,為老灌河和神定河水質監測及水環境質量保護提供科學決策依據。

1研究范圍與方法

1.1研究斷面概況

老灌河流域是南水北調中線工程上游重要水源涵養區。在漢江和丹江的一級支流中,老灌河環境容量最小，且是入庫口距離中線工程陶岔取水口最近的河流,對陶岔的水質影響較大[4]。張灣斷面位于老灌河下游河段東經111°28′,北緯33°05′。神定河是連接十堰市百二河到漢江的一條重要的必經河,也是十堰城區最大的排污口[5]。神定河口斷面位于湖北省鄖縣茶店鎮,東經110°50′,北緯32°44′,是神定河匯入漢江干流的水質控制站。研究斷面示意圖見圖1。

圖1　研究斷面示意圖

1.2單因子污染指數法

污染指數法的基本思想是:用各水質指標的實測值與其評價標準(通常采用水體功能類別對應的水質指標濃度限值)之比,作為標準指數單元,通過算術平均、加權平均、連乘及指數等諸多數學手段得到一個綜合污染指數,作為水質評價尺度來評價綜合水質[6]。

單因子污染指數法(即單因子評價法)是污染指數法的基礎,用來表示某單項指標水質是否達到規定的水體功能類別以及相對于水體功能類別的達標或超標程度。單因子污染指數為該項目實測值與評價標準值之比,計算公式(DO和pH不適用)為

(1)

式中：Pi為單因子污染指數；Ci為該斷面第i項污染指標的年平均值；C0為第i項污染指標的評價標準值。

若Pi< 1,表明該項指標未超標,若Pi> 1,則表明該項指標超標,而且Pi值越大,表示該項指標污染越嚴重。單因子評價法的優點是簡單直觀,可以最直接地反映出水體水質狀況,是水環境影響評價中最常用的方法,缺點則是這種“一票否決”的思想有時會表現為過度保護,不利于反映水體功能是否滿足使用要求[6]。

1.3綜合污染指數法

綜合污染指數法是對各污染指標的相對污染指數進行統計,得出代表水體污染程度的數值。該方法可以確定研究水體的污染程度[7]。綜合污染指數法的基本形式有多種,其中內梅羅污染指數是目前仍然應用較多的一種環境質量指數[6]。內梅羅污染指數雖然有過于突出最大污染因子對水質污染的影響和未考慮權重因素的缺點,但由于其特別考慮了污染最嚴重的因子,在加權過程中避免了權系數中主觀因素的影響,是一種兼顧極值或稱突出最大值的計權型多因子環境質量指數。

內梅羅污染指數計算公式為

(2)

內梅羅污染指數與污染程度的等級劃分[8]為：I<1，清潔；1≤I≤2，輕污染；25，嚴重污染。

2結果與討論

2.1水質狀況分析

2.1.1水質類別和污染程度狀況分析

分別采用單因子評價法和內梅羅綜合污染指數法,執行GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類標準,對張灣和神定河口的水質類別和污染程度進行了評價分析,結果見表1。單因子評價法選用的評價數據為張灣和神定河口兩斷面2005—2014年每年的年均值。內梅羅綜合污染指數法選取斷面易超標項目作為主要的參評參數,即選取CODMn、BOD5、NH3-N、TP、F、Hg、Cr6+、揮發酚、石油和糞大腸菌群共10項指標作為評價因子。

表1　2005—2014年張灣和神定河口斷面水質狀況

單因子評價法評價結果顯示，2005—2008年張灣斷面的水質評價結果為劣Ⅴ類。從2009年開始水質評價結果發生變化,2010年轉為Ⅲ類,為10年中水質最優的一年,2012—2014年則為劣Ⅴ類和Ⅴ類。從內梅羅綜合污染指數法評價結果來看,張灣斷面從2008年開始污染程度由嚴重污染轉為重污染,在2010年和2011年一度達到清潔,到2012年又出現嚴重污染。比較兩種評價結果可以看出,單因子評價法和內梅羅指數法評價結果雖略有不同,但整體趨勢仍保持一致。張灣斷面10年間水質變化波動較小,水質較差。神定河作為十堰城區最大的排污口,10年間水質評價結果始終為劣Ⅴ類,污染程度一直為嚴重污染,水質狀況堪憂。

2.1.2主要超標污染物狀況分析

采用單因子評價法,執行GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類標準,對張灣和神定河口兩斷面2005—2014年的主要超標污染物進行了總結,結果見表2。

表2　2005—2014年張灣和神定河口斷面主要超標污染物狀況

2005—2008年，張灣斷面的常年主要超標項目為糞大腸菌群、NH3-N,Hg和CODMn指數在某些年份超標嚴重。2011—2014年張灣斷面的主要超標項目已轉變為糞大腸菌群一項,NH3-N雖偶有超標,但年均值仍滿足Ⅱ～Ⅲ類水質標準。神定河口斷面超標項目較多,主要超標項目有NH3-N、石油、BOD5、糞大腸菌群等。

2.2水質變化趨勢分析

2.2.1水質總體狀況變化趨勢分析

內梅羅污染指數不僅可以確定研究水體的污染程度,還可以通過具體數字直觀地體現出污染程度的變化趨勢。如圖2所示,張灣斷面的內梅羅污染指數從2005—2010年呈減小的趨勢,2005年與2010年內梅羅污染指數比值高達36.75。從2008年開始內梅羅污染指數始終維持在5以內(2012年略高于5),在2012年和2014年出現兩個小峰值。由此可以看出,目前張灣斷面水質情況仍存在污染,與往年相比,污染程度得到一定程度的改善,但改善效果并不理想,近兩年水體依然存在污染。

從圖2可見,神定河口斷面的內梅羅污染指數一直較高,在2007年甚至一度超過了300,之后雖有回落,但從2011年開始出現上升的情況,且2011—2013年內梅羅污染指數處于很高的數值。隨著經濟發展,城市排污總量呈現慣性增長,而神定河作為十堰城區最大的排污口,其納污能力已遠遠超過其接受的排污量,水質總體狀況很差。

圖2　張灣和神定河口內梅羅指數變化趨勢

2.2.2主要超標污染物變化趨勢分析

為進一步分析張灣和神定河口兩斷面主要超標污染物變化趨勢,采用單因子污染指數法計算兩斷面主要超標項目的單因子污染指數，結果見圖3。

張灣斷面NH3-N指標的單因子污染指數整體呈拋物線形狀,從2005—2010年先升后降,之后則維持一個相對穩定的數值,這一變化與表2中后期NH3-N由主要超標項目變為非主要超標項目保持一致。糞大腸菌群指標的變化起伏較緩和,但2011—2014年數值較2005年和2006年有明顯降低。兩項主要超標物的污染指數變化趨勢也從側面解釋了表2中張灣斷面某些年份水質評價結果優于劣Ⅴ類的原因。從綜合內梅羅污染指數和單項污染指數來看,張灣斷面目前仍污染較重,主要超標污染物得到一定程度的控制,與往年相比總體有好轉趨勢,應繼續加強治理,避免出現污染反彈情況。

神定河口斷面的糞大腸菌群單項污染指數始終居高不下,超標嚴重,10年間變化趨勢與內梅羅污染指數變化趨勢(圖2(b))相似。NH3-N、石油、BOD5和TP這4項單因子污染指數較糞大腸菌群要小得多,10年間這4個項目的單因子污染指數始終反復波動,無明顯變化趨勢。從綜合內梅羅污染指數和單項污染指數來看,神定河斷面的污染物超標嚴重,水質很差,水質污染情況在這10年中未得到明顯改善。

圖3　張灣和神定河口單因子污染指數變化趨勢

2.3水質變化影響因素分析

水質變化與流域水環境條件的變化密切相關。一方面，張灣斷面所在的老灌河流域森林過度砍伐,森林覆蓋率低,水土流失及環境污染造成水環境條件惡化；另一方面,張灣上游欒川縣的三川鎮、冷水鄉工礦的發展程度較高,欒川縣近年來發生多次尾礦潰壩事件,尾礦庫(壩)對環境的潛在風險較高[4],應加強局部重點治理工作;而下游淅川縣城和西峽縣城由于城鎮人口密集,生活污染產生量大。

神定河是十堰市城區最大的污水受納水體,污染來源主要為城市工業廢水和生活污水。上游多數農村存在的水土流失,化肥、農藥的污染和小型鄉鎮企業直接排污等，造成了河流上游污染；而河流中下游地區生活、生產污水，城郊農業及養殖退水，工業廢水，餐飲業廢水，空氣沉降物等的排放加劇了污染。組成成分復雜的污水排放進入神定河,造成了神定河超標項目較多且超標嚴重。據統計，2010年排入神定河的廢水量為2 577. 3萬t、NH3-N的納入量為580. 6 t,神定河接收污染輸入量已超過河流因自凈作用的污染減少量[5]。污染排放增加而自凈化能力減弱導致了神定河口斷面水體污染嚴重,2005—2014年一直為劣Ⅴ類。

3結語

a. 內梅羅綜合污染指數法與單因子評價法的評價結果一致,張灣和神定河口兩斷面2005—2014年的水質情況整體較差,尤其是神定河口斷面這10年間水質評價結果始終為劣Ⅴ類,污染嚴重。

b. 通過內梅羅污染指數變化趨勢分析與主要超標項目的單因子污染指數變化趨勢分析,張灣斷面目前仍污染較重,但主要超標污染物得到一定程度的控制,與往年相比總體有好轉趨勢;神定河口斷面的污染物始終超標嚴重,水質很差,污染情況未得到明顯改善。

c. 建議有關部門繼續加強對老灌河的治理,避免污染反彈現象;加大對神定河的排污治理力度,有效改善水質情況。

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Water quality assessment and trend analysis of typical tributaries of Danjiangkou Reservoir

WANG Wenjing, GAO Pengcheng, LI Jie, ZHOU Yuhong

(HanjiangBureauofHydrologyandWaterResourcesSurvey,BureauofHydrology,ChangjiangWaterResourcesCommission,Xiangyang441022,China)

Abstract：The single factor pollution index method and Nemerow index method were used to analyze the status of water quality and its trend at the Zhangwan and Shendinghekou cross-sections through the tributaies flowing into the Danjiangkou Reservoir during the period from 2005 to 2014. The results show that the Zhangwan cross-section was heavily polluted during the study period, and the main pollutants had been controlled to a certain extent. On the whole, the water quality of the Zhangwan cross-section has improved. The pollutants of the Shendinghekou cross-section always exceeded the standard significantly, and the water quality at this cross-section was below the grade V level from 2005 to 2014. Some pollution control measures should be taken to improve the water quality and enhance protection and management.

Key words：water quality assessment; trend analysis; tributaries flowing into reservoir; single factor pollution index method; Nemerow index method;Danjiangkou Reservoir

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.03.024

作者簡介:王文靜(1988—),女,助理工程師,碩士,主要從事水環境監測和水生態研究工作。E-mail: sofie2008@sina.com

中圖分類號：X824

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)03-0127-04

(收稿日期：2015-05-18編輯：徐娟)