綜合水質標識指數法在水庫季節性污染時空分布評估中的應用

張 潔

(遼寧省朝陽縣水務局，遼寧 朝陽 122000)

水庫水質受水量季節性影響，呈現較為明顯的季節變化特征，豐水期來水量較大，水庫水質整體良好，而在枯時期、平水期受水量減少影響，水庫污染度增加。這點在北方水庫體現更為明顯。而對于供水水庫而言，對水庫季節性污染特征進行評估，有利于供水水庫的生態保護。當前，對于供水水庫水體污染評估的研究較多，但大都只對水庫年變化特征進行評估，而對水庫水質季節變化特征研究還較少。其次在水質評估方法上，水體水質評估方法也逐步從單一指標過渡到綜合指標的識別，為此本文結合綜合水質標識指數法對遼寧西部某供水水庫水質季節性時空變化進行評估，并對其水質變化特征進行污染源的追蹤分析，探討其水質變化成因。

1 區域概況與分析方法

1.1 區域概況

本文以遼寧西部某大型供水水庫為研究實例，該水庫主要功能為防汛和供水，年供水量約為5億m3，水庫水質主要污染指標為氨氮、總磷、BOD5、COD以及富營養化指數。污染主要來源為城市點源污染排放以及農業面源污染。

1.2 水樣采集及測定方法

為對水庫水質沿程季節性時空變化特征進行評估，沿水庫縱向每隔10km設置一個水質監測斷面，在水庫上游共設置10個監測斷面，此外為對其上游水功能區水質進行分析，在其水功能區內設置2個排污口監測斷面。從2016年1月到2017年1月，每月中上旬進行監測斷面的水質采樣，并結合四參數水質傳感儀器對水體pH值以及渾濁度進行測定。每個采樣樣本在進行現場酸化處理后，進行冷凍保存，進行其他監測指標的測定。

1.3 綜合指數評價方法

目前，對于水質綜合評價的方法較多，但這些水質綜合評價方法共同的缺陷在于不能對水質超標個數及水質達標率進行有效評價。綜合水質標識指數方法的優點在于可對水體進行定性定量評價的同時，對水質進行合理的綜合評價。綜合水質標識指數由整數位、小數點后三位或四位有效數字構成，其表達式為：

IWQ=X1X2X3X4

(1)

式中，IWQ—綜合水質標識指數；X1—水質的綜合級別；X2—該級別水質在標準變化區間所處的位置；X3—單向評價指標中低于水功能區水質標準的指標數目；X4—水質評價類別與水功能區水質標準之間的比較結果。

綜合水質標識指數方法主要計算X1、X2，這兩個參數的計算方程為：

(2)

式中，m—評價區域水質不達標數目；Pj′和Pk′—評價區水質不達標和達標的單因子指數；s—評價區域水質達標數目。

2 水庫pH值和渾濁度季節性變化特征

水庫水體pH值以及渾濁度是水庫水化學特征表征指標，pH值可間接反映水庫富營養化的程度，而渾濁度則是直觀反映水庫水體狀態的特征指標。結合各監測斷面pH值和渾濁度現場測定結果，分析水庫豐水期、枯水期、平水期pH值以及渾濁度的季節變化特征，結果見表1和圖1。

表1 各監測斷面pH值和渾濁度不同季節的監測值

圖1 水庫pH值和渾濁度季節變化

水庫監測斷面pH值影響水庫內的藻類生長，而藻類生長則直接反映了水庫的富營養化程度，一般而言水體pH值越高，水體中的藻類數量越大，水庫富營養化程度增加。從表中可看出，在豐水期，各監測斷面pH值總體高于枯水期和豐水期，更利于水庫藻類生長，使得豐水期水庫水體富營養化程度較高，而在平水期和枯水期，各監測斷面pH值較豐水期都有所遞減，pH值的降低，也會使得庫區水體內的藻類數目有所減少，降低水庫富營養化程度，因此在枯水期和平水期，水庫發生富營養化程度的幾率一般低于豐水期。水體渾濁度直觀反映水體水質情況，從表中和圖中可以看出，在各時期，水庫水體渾濁度總體均小于3NTU，水庫水體渾濁度總體指標降低，可滿足國家水質關于渾濁度的標準，但也呈現較為明顯的季節性變化特征，豐水期由于水量較大，對水庫具有一定的沖刷作用，使得渾濁度較低，而在平水期和枯水期，由于水量較小，污染物沉積增多，水庫在平水期和枯水期的渾濁度較大。

3 水庫季節污染特征評估結果

3.1 監測斷面不同季節水質評估結果

結合GB 3838- 2002《地表水環境質量標準》，采樣綜合水質標識指數方法對各斷面氨氮、BOD5、總磷的季節特征進行評估，見表2。

表2 供水水庫季節污染特征評估結果

供水水庫在豐水期水質總體可達到II類水標準，各斷面總體達標率為80%以上，而在枯水期和平水期，各水質監測指標總體可到III類水標準，總體達標率低于70%，基本滿足城市供水要求。從各斷面水質狀況可看出，靠近排污口的11#和12#斷面在各時期的水質污染程度較高，基本達到中度和重度污染的情況。可見，在枯水期和平水期，應較大水庫的生態調水，調整下游斷面的水質狀況。從表中可看出，各斷面氨氮的變幅大于其他幾個指標。可見，供水水庫氨氮是其主要的污染成分，而氨氮主要污染源來自于城市生活污水的排放，可見，當區域農業面源污染得到有效控制后，城市點源的生活污染排放成為供水水庫主要的污染排放源。

3.2 各監測斷面綜合水質標識指數(IWQ)空間變化度

為對供水水庫水體季節空間變化特征進行評估，結合綜合水質標識指數空間變化度來分析區域水質空間變化，見表3及圖2。

表3 各監測斷面綜合水質標識指數沿程空間變化度

從斷面沿程水質空間變化度可看出，豐水期，供水水庫沿程污染指數變幅在7.5%～8.3%之間，而枯水期和平水期其沿程污染指數變幅在9.6%～11.5%之間。從上游斷面到下游斷面，沿程的污染指數逐步增加，這主要是因為從上游到下游，污染源增多，進入水體的污染物也有所增加，致使區域沿程的污染指數逐漸增加，這點從圖3中也可看出，區域不同季節污染指數空間變化較為明顯，從上到下逐步擴散，污染指數呈現上到下逐步加劇的空間變化趨勢。

圖2 水庫各月污染指數空間分布結果

4 結論

(1)豐水期，供水水庫總體達標率較高，但是富營養化程度要高于枯水期，應重點關注豐水期水庫的藻類生長，降低發生富營養化的風險幾率。

(2)在枯水期和豐水期，應合理設置水庫的生態放水流量，提高供水水質。

(3)加大對區域沿程城市生活污染排放的控制措施，降低水庫氨氮含量。

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