西藏色季拉山冰雪水水質的分析研究

郝凱越，邱志華，段小龍，張 寧，宗永臣

(西藏農牧學院水利土木工程學院，西藏 林芝 860000)

西藏平均海拔4 000 m以上，具有數百座雪山。“雪域”是“水域”，也是水之源。西藏冰雪面積共有2.62萬km2，是我國冰雪總面積的一半，亦成為巨大的天然水庫[1]。冰雪水被稱為地球上優質的水[2-3]。

近年來，國內外學者關于對冰雪水的水質研究微乎其微，由于我國飲用水資源不足，地表飲用水的質量已經遭到了一定程度的污染[4]，可開發的冰雪水面積極大。若把冰雪水可處理轉化為飲用水，可解決我國面臨飲用水不足的問題，故本文對色季拉山的冰雪水水質展開調查與研究。

1 水質評價方法

目前，國內外學者提出的河流水質評價方法主要有單因子評價法、內梅羅污染指數法、灰色聚類法、層次分析法、主成分分析法、模糊評價法以及加拿大水質指數法(CCME WQI)[5- 8]等；但對于冰雪水水質的評價方法還處于空白階段，故本文把內梅羅污染指數法和CCME WQI應用于冰雪水水質的評價，為后續冰雪水水質的研究提供科學支撐。

1.1 加拿大水質指數法(CCME WQI)

CCME WQI法是國際上用于評價飲用水水質的方法，從范圍(F1)、頻率(F2)、振幅(F3)3個方面對所有檢測地點的檢測值是否超標進行了評價，其計算公式為[9-10]

F1=100P/N

(1)

F2=100Q/M

(2)

F3=nse/(0.01nse+0.01)

(3)

nse=∑excursion/M

(4)

excursion=(Ci/Csi)-1 (負向指標)

(5)

excursion=(Csi/Ci)-1 (正向指標)

(6)

式(1)～(6)中，P為未達標指標的數量；N為檢測指標的總數量；Q為未達標數據的個數；M為所有檢測數據的總個數；Ci為檢測指標(未達標)的實測濃度；Csi為對應檢測指標的標準限值。

通過式(1)～式(6)，計算范圍、頻率、振幅3個影響因素值，得到處于0～100區間的指數(WQI)值。再根據CCME WQI等級表[11](見表1)，找出對應的等級。

表1 CCMEWQI等級

1.2 內梅羅污染指數法

內梅羅指數是一種兼顧平均值和極值的計權型多因子環境質量指數，具有突出污染較重的檢測指標的作用，其計算公式為[12]

(7)

(8)

式中，和的表示與上文相同；Iimax為參與評價的最大單因子指數；Iiare為參與評價的單因子指數的平均值；n為檢測指標的總個數；IP為內梅羅指數。

內梅羅指數是根據GB 3838—2002《地表水環境質量標準》[13]來評價河流水質的方法，因本文把此方法應用于飲用水的水質進行評價，故取其檢測項目與地表水標準相同的作為評價因子，并以地表水Ⅲ類標準為因子限值，根據式(7)和式(8)，計算出內梅羅指數(IP)。依據內梅羅指數等級表(見表2)和計算出的IP值，遂可得出此水質對應的等級。

表2 內梅羅指數等級表[14]

2 試驗方法與結果

2.1 水質研究

色季拉山地處西藏自治區東南部，是林芝市林芝縣東部與中西部的分界帶。試驗采樣地點為色季拉山山口，海拔超過4 300 m，北緯29°43′59″，東經94°43′30″。通過采集色季拉山上的冰和雪，使其在自然光下融化，并將其作為試驗樣本，對其進行檢測。

依據CJ 94—2005《飲用凈水水質標準》[15]的檢測項目和標準限值，對冰雪水的水質進行檢測兩次，并求取平均值。檢測具體項目所對應的檢測方法和主要儀器參考GB/T 5750—2006《生活飲用水標準檢驗方法》[16]。其水質檢測結果(詳細數據略)表明，色季拉山冰雪水的水質依據《飲用凈水水質標準》31項檢測項目除色度、肉眼可見物和渾濁度3項不達標外，其余28項均達到標準。冰雪水中12種金屬元素含量均較低，由大到小為鐵>鋁>錳>鋅>銀>鉻(六價)>銅>鉛>鎘>硒>砷>汞。

2.2 水質凈化

因為水質不達標的3項均為物理雜質，處理起來也方便、快捷。故本試驗針對不達標的3項物理雜質，自制凈化裝置，并嘗試研究凈化裝置中的填料。得到凈化效果最佳的裝置共分為3層，第一、二層填料均采用西藏本地的細砂，直徑范圍分別為1.25～2.00 mm及0.16～1.25 mm，第三層采用碘值1 000的活性炭。通過此裝置的處理，冰雪水的水質得到凈化，其3項不達標的檢測項目經凈化后水質檢測結果如表3所示。

表3 凈化后水質檢測

根據表3的結果所示，冰雪水中色度、肉眼可見物及渾濁度3項不達標的檢測項目經自制裝置凈化后均達到了直飲水的水質標準，其處理效果也較好。其色度檢測項目從10.8度凈化為3.0度，處理效果超過了3倍；肉眼可見物檢測項目從有大量黑色沉淀凈化為沒有，其處理效果非常可觀，并達到飲用標準；渾濁度檢測項目從原有的5.30NTU經凈化后變為0.35NTU，凈化效果達到了15倍。

3 評價分析

根據色季拉山冰雪水的特點，本文采用CCME WQI法和內梅羅污染指數法兩種不同的評價指標體系，以反映不同的評價體系對冰雪水水質評價結果的影響。

對于CCME WQI法，31項水質檢測項目除臭和味、肉眼可見物、總大腸桿菌和糞大腸桿菌4項外，其余27項檢測項目均作為評價因子。由水質檢測結果可知，27項評價因子中，色度和渾濁度兩項檢測項目未達標，其余25項均達標。

根據兩種評價體系，得出冰雪水水質的等級和水質狀況，結果如表4所示。

表4 兩種評價體系下水質的等級和水質狀況

根據表4可知，色季拉山的冰雪水水質狀況良好，檢測項目很少偏離相應標準。上述兩種評價體系對本試驗的水質評價影響不大，兩種指數等級均為第二等級。與實際的水質檢測結果相比，偏差不大，基本符合表3的敘述和水質的檢測結果。這表明上述兩種評價體系對冰雪水的水質評價均適用，然而內梅羅污染指數法需要另外對照地表水環境質量標準，比較費時費力，故建議研究冰雪水的水質可采用CCME WQI法。

4 結 論

(1)以西藏主要雪山之一的色季拉山為例，依據《生活飲用水標準檢驗方法》的檢測方法和儀器，依據《飲用凈水水質標準》的31項檢測項目，對該山上的冰和雪進行了檢測。其中31項檢測項目中除色度、肉眼可見物和渾濁度3項不達標外，其余28項均達到標準。冰雪水中12種金屬元素含量均較低，其順序由大到小為鐵>鋁>錳>鋅>銀>鉻(六價)>銅>鉛>鎘>硒>砷>汞。

(2)通過自制凈化裝置，對冰雪水中色度、肉眼可見物及渾濁度3項不達標的檢測項目進行凈化。經凈化后，冰雪水的水質達到了直飲水的標準。其中，色度的凈化效果超過了3倍，渾濁度的凈化效果達到了15倍。這表明用3層濾料分別為1.25～2 mm 的細砂、0.16～1.25 mm的細砂以及碘值為1 000 的活性炭的凈化裝置，凈化效果較好，達到了此試驗的凈化目的。

(3)采用CCME WQI法和內梅羅污染指數法兩種評價指標體系，對冰雪水的水質進行了評價。其表明兩種評價體系對冰雪水的水質評價均適用，且對本試驗的水質評價影響不大。其中，兩種指數等級均為二級，與實際的水質檢測結果相比偏差不大，基本符合水質的檢測結果。