南流江流域玉林段水質綜合評價研究

文_李昆明 莫創榮 凌政學 黃伯當 滕云梅 藍月存 林卉 葉開曉

1. 廣西大學資源環境與材料學院 2. 廣西壯族自治區環境監測中心站

1 南流江流域玉林段水質監測概況

1.1 監測范圍與布點

南流江流域玉林段共設置9個水質監測斷面，其中干流5個斷面，從上游到下游分別為綠洋河、沙牛江壩、叉江、六司橋、橫塘。支流設置4個斷面，分別為麗江、沙田河、綠珠江和東平河，斷面位置設在支流匯入干流前。

1.2 監測時間

南流江流域玉林段9個斷面監測時間自2018年1月開始至9月結束，監測頻次為每月1次。

1.3 監測指標與方法

本次監測指標為pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、總磷共6個指標。排放限值執行《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)。

1.4 水質監測數據

南流江流域玉林段每個斷面1～9月共監測9次，將9次的數據進行平均，得出1～9月的斷面平均監測數據（表1）。

表1 南流江流域玉林段監測數據 單位：mg/L(pH值除外)

2 南流江流域玉林段水質綜合評價

2.1 南流江流域玉林段水質評價方法

2.1.1 單因子指數評價法

單因子指數評價法是將所監測的水質濃度與水質評價標準對比，指數大于1說明超出評價標準，數值越大超標情況越嚴重，并以最大的數值所在的水質類別作為水質綜合評價的結果。

水質的單因子指數Pi的計算公式為（適用于除溶解氧外的監測項目）：

式中：Pi為單因子污染指數；

Ci為第i種水質指標的實測濃度(mg/L)；

Si為第i種水質指標的評價標準(mg/L)。

2.1.2 綜合污染指數評價法

綜合污染指數評價法是用水質各因子監測值與其評價標準之比求出分指數，再對各個分指數進行加和之后計算平均值，綜合污染指數是一個能夠反映并代表河流污染程度的數值，可以反映出河流的污染程度。

式中：P為綜合污染指數；

n為污染物種類總數；

Pi，Ci，Si同公式（1）。

2.1.3 有機污染指數評價法

有機污染指數是考慮到一般污水中氨氮含量高，影響了水中含氧量，從而破壞流域的生態環境。因此，通過建立氨氮與溶解氧氧飽和百分率兩者的數值分析式, 設置有機污染系數R預測水質發生污染出現黑臭的可能。R值越大，水質污染程度越高。從實際經驗得出，當R大于5時，水質污染嚴重，極易出現黑臭現象。污染指數的計算公式如下：

式中：R為有機污染指數；

C為氨氮實測值(mg/L)；

C02為溶解氧飽和百分率，指溶解氧實測值與水質標準值之比；

0.4是從實際經驗中總結的得到的經驗系數。

2.1.4 監測指標標準限值

南流江流域玉林段水功能區目標均為Ⅲ類，在研究過程中執行《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中的Ⅲ類，指標的標準限值見表2。選取《地表水環境質量標準》作為各斷面水質評價對象的標準。

表2 參與水質評價的污染指標標準限值 單位：mg/L(pH值除外)

通過對比南流江流域玉林段監測數據和水質標準值可以看到，pH值都在標準限值范圍之內，則評價對象為南流江玉林段監測的其余5個指標。

2.2 南流江流域玉林段水質評價結果

2.2.1 單因子指數評價法評價結果

本文以Ⅲ類水質標準限值，以水溫25℃時計算飽和溶解氧，選擇溶解氧、高錳酸鹽指數、五日生化需氧量、氨氮、總磷五個指標，根據公式（1）進行計算得出各指標的單項指數，見表3。

表3 單因子指數評價法計算結果

根據單因子指數評價法，當比值P大于1時，代表水質指標超標，水質達不到Ⅲ類水質的要求。通過分析以上表格，可以得出所有斷面的高錳酸鹽指數都達Ⅲ類標準，溶解氧的比值除了橫塘斷面大于1外，其余斷面全部達Ⅲ類標準，氨氮除了綠洋河和綠珠江外，其余斷面全部超出標準值，總磷除了綠洋河外，全部超出標準值。由于P值越大表明超標越嚴重，P值最大的3.21和2.70分別產生于氨氮和總磷，說明氨氮和總磷是造成南流江流域水質超標的最主要的因素。為了選擇一個指標進行水質評價，取每個指標對應所有斷面P值的平均值，結果見表4。

表4 單因子污染指數評價法參考的所有斷面各監測指標Pi值平均值統計表

根據表4結果，P值平均值最大為1.84，對應的水質監測指標為總磷。根據單因子污染指數評價方法，選擇P值最大的指標進行評價，則選擇總磷作為評價指標。將9個斷面總磷監測值與各等級標準限值作比較，從而確定各斷面水質等級，結果見表5。面水質等級，記錄在表6中。結果中，只有綠洋河斷面和綠珠江斷面達到Ⅲ類水質要求，其余7個斷面水質均超標。

2.2.3 有機污染指數評價法評價結果

有機物污染指數評價法選取9個斷面的氨氮數值和溶解氧數值，通過公式2～3計算得到污染系數R。其中，公式中的溶解氧標準值選擇Ⅲ類水質的溶氧量5mg／L，由此求解溶解氧百分率，則可得：

將利用公式（4）求得的各斷面的溶解氧飽和百分率代入公式（3），依次計算各斷面的有機污染指數R值，結果見表6。

表6 南流江流域玉林段9個斷面有機污染指數評價結果

表5 單因子指數評價法得到9個斷面的水質等級

從表5可以看出，9個斷面中，有3個斷面總磷嚴重超標，有4個斷面水質呈Ⅴ類，1個斷面呈Ⅳ類，只有1個北流市的綠洋河斷面水質達到Ⅲ類標準要求。

2.2.2 綜合污染指數評價法評價結果

綜合表3求得的各單項污染指數Pi，將各斷面的五個指標Pi值相加總和除以5可以求得南流江流域玉林段各斷面的綜合污染指數。

為了評價水質等級，需要算出各級水質對應的綜合污染指數標準范圍值，具體計算過程是將指標的各級標準值帶入公式中作Pi，仍以三類水質的指標值作為評價標準，求得Ⅱ類到Ⅴ類水質的綜合污染指數范圍，計算結果如下：

根據計算的各類水質的污染指數，可以得到南流域9個斷

為了通過有機污染指數數值確定水質等級范圍，將各等級的氨氮和溶解氧標準值帶入公式中計算，可得到Ⅰ類至Ⅴ類水質的有機污染指數，分別設置為R1,R2,R3,R4,R5,計算過程如下：

通過計算可以得出，只有綠洋河和綠珠江兩個斷面有機污染達到Ⅲ類標準，其余全部超標。隨著氨氮濃度的增加，水質變差，有機物污染指數數值也在增大，但有機物污染指數的增加呈現非線性關系。

2.2.4 水質污染分擔率計算

以南流江流域玉林段2018年1～9月的監測指標計算，計算每項污染指標的污染分擔率，在此基礎上對計算結果進行排序。水質污染分擔率計算公式為：

式中：Ki為第i項污染物所占的分擔率；

Pi表示第i項污染物實測值與標準值之比（單因子污染指數）；

P表示各單因子污染指數的和。

根據表3，利用9個斷面各監測指標Pi值求和可以得到P值，然后求得各監測指標的污染物分擔率。

若某種指標對應的污染物數量越多，污染分擔率越大。從統計結果可知，除了綠洋河只有總磷分擔率較大外，其余8個斷面總磷和氨氮分擔率均大于其他污染物，且兩者加起來占比均超過了50%，部分斷面超過了65%，因此污染分擔率較高的水質指標是總磷和氨氮，可得出南流江玉林段主要污染指標為總磷和氨氮。

2.2.5 三種評價方法結果對比和分析

本文使用單因子指數評價法、綜合污染指數評價法和有機污染指數評價法三種方法進行南流江流域玉林段水質評價，三種評價方法結果見表7。

表7 南流江流域玉林段三種評價方法水質評價結果

由于每種水質評價方法的計算側重點不同，通過不同的評價方法計算出的斷面水質等級不同。通過計算結果可以看出，單因子指數評價法只關注一個監測指標，評價出的水質相對較差，結果不夠全面；有機污染指數評價法注重水質的生物環境，不完全反映水質狀況，水質相對較好；綜合污染指數評價法將影響水質的每個監測指標納入計算，相比前兩種方法更能客觀評價南流江流域玉林段的水質。

通過三種評價方法評價南流江流域玉林段9個斷面的結果可以得到，不論是哪種水質評價方法，綠洋河、綠珠江都是水質相對好的斷面，叉江、東平河都是水質相對差的斷面。

3 結論

本文通過單因子指數評價法、綜合污染指數評價法和有機污染指數評價法的對比得出，通過單因子指數評價法評價時，水質相對較差；通過有機污染指數評價法評價時，水質相對較好；綜合污染指數評價法將影響水質的每個監測指標納入計算，評價出的水質在前兩者之間，更能客觀評價南流江流域玉林段的水質。

利用綜合污染指數評價法計算南流江流域玉林段的水質結果表明，除了北流市綠洋河和博白縣綠珠江兩個斷面的水質能夠達到Ⅲ類標準，其余7個斷面的水質均不能達標，玉東新區叉江、博白縣東平河斷面均為Ⅴ類水質，大部分的干流和支流受到不同程度的污染。本文還通過水質污染分擔率分析出影響南流江流域玉林段水質的主要污染指標，9個斷面的主要污染指標基本相同，均為總磷和氨氮。

以上結果為南流江流域玉林段的水質治理工作提供了參考數據和重點治理目標。在今后的相關科學研究和綜合整治工作中，為使南流江流域玉林段水質評價更加客觀和科學，應采用多種評價方法相結合的手段來開展水質評價與水質監控工作。