某市城區河段水體環境質量現狀與污染評價

龍巧玲,蔡深文,駱樂丹,楊 玲

(遵義師范學院 資源與環境學院，貴州 遵義 563006)

1 引言

隨著經濟社會的不斷發展，工業現代化進程加快，水污染問題越來越突出，水污染降低了水體的使用功能[1]。水污染不僅影響生物的生存和繁衍，而且對人類的身體健康產生一定的危害。而水污染的典型之一就是水體富營養化。水體富營養化(eutrophication)是指當水體中氮、磷營養元素含量過高時，原有水生態系統物質與能量的動態平衡被破壞，水生態系統的穩定性喪失，引起藻類和水生植物等初級生產者大量生長的現象[2]。尤其是進入21世紀以來，工農業的發展規模不斷擴大，工業化帶來了城市化現象，使得大量含有氮、磷等物質的生活污水排入到周圍的河流、水庫和湖泊中，增加了水體中營養物質的負荷量。同時，農業生產所施用的化肥以及畜牲糞便的量也在逐年增加[3]，其中的營養物質經雨水沖刷和地表流失而進入水體。由于這些人為活動的影響，直接縮短了水體由貧營養向富營養過渡的時間，最終導致水體富營養化現象。

經調查發現，該市城區河段河內的污染物質主要來源于生活污水，其次是工業廢水。研究該市城區河段的水質狀況和水體富營養化程度可以促使該市城區河段流域的生態系統更穩定的運轉，從而增加該地區的生物多樣性，為該地區的紅色文化錦上添花。前人對該市城區河段的研究多為水文水資源[4]、鄰苯二甲酯[5]、重金屬[6]等方面，而未對水體富營養化進行調查評價。本文通過對該市城區河段水體氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)、pH值、電導率(σ)、氧化還原電位(ORP)、高錳酸鹽指數(CODMn)以及溶解氧(DO)等指標的測定，采用單因子水質標識指數法[7]、綜合水質標識指數法[8]、綜合水質評價法[9]以及對數型冪函數普適指數法[10]對該市城區河段水質現狀進行評價，以期為該市城區河段的保護及水質利用提供理論依據。

2 材料與方法

2.1 樣品采集

2.1.1 采樣點布設

于2020年8月對該市城區河段進行現場調查，根據當前水體污染及利用情況，如圖1所示，共布設9個斷面。

2.1.2 試樣的采集

樣品采集主要參照《地表水和污水監測技術規范》(HJ/91-2002)要求進行。由于該市城區河段在該市城區內的河寬基本不超過50 m，因此只需要設置一條中弘垂線。采樣前需對采水器進行清洗，先進行酸浸，再用自來水沖洗，最后用蒸餾水進行潤洗；采樣時將采水器沉入水中，水樣采集時使用水樣采集器表面0.5 m處的表層水，每個采樣點采集3個水體試樣。采集的水樣分別裝入預先處理好的500 mL的聚乙烯瓶中，部分水樣加硫酸酸化保存，低溫保存水樣，且當天帶回實驗室，放入冰箱中保存，在48 h內進行測定。

2.2 水體質量指標分析

各參數所用方法參照國家或者環境標準，pH值：采用玻璃電極法測定(GB6920-86)；電導率：采用電導率測定儀；氧化還原電位(ORP)：氧化還原電位計；氨氮：采用納氏試劑分光光度法(HJ535—2009)；溶解氧(DO)：采用便攜式溶解氧測定儀(HJ925—2017)；總磷(TP)：采用鉬酸銨分光光度法(GB∕11893-89)；高錳酸鹽指數(CODMn)：采用酸性高錳酸鉀法(GB∕T11892-89)。

單個試樣須做平行測定。監測過程中出現的異常數據，需進行反復驗證，查找原因，以確保每個數據的真實性和有效性。對監測的原始數據要嚴格記錄保存。

2.3 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2010對本文數據進行整理與分析。

2.4 評價方法

2.4.1 單因子水質標識指數法

單因子水質標識指數Pi，由一位整數，小數點后兩位或者三位小數組成，用于評價單個水質指標的水體質量狀況，表示形式如下[11，12]：

Pi=X1.X2X3

(1)

式(1)中，X1為第i項水質指標的水質類別，X2為測定數據在X1類水質變化區間中所處的位置(按照四舍五入的原則取以為有效數字)，X3為水質類別與水質功能區劃類別比較的結果(結果為一位或者兩位有效數字)。

2.4.2 綜合水質標識指數法

綜合水質標識指數法以單因子水質指數標識法為基礎，用于評價多個水質指標的水體質量狀況，其表達式為[13，14]:

Iwq=X1.X2X3X4

(2)

2.4.3 綜合水質級別評價

根據國家地表水環境質量標準的分類,對水體質量進行級別界定稱為水質級別評價[15]。單項水質指標類型及綜合水質類型分為7類。

表1 綜合水質評價級別標準

2.4.4 對數型冪函數普適指數法

本研究采用對數型冪函數普適指數法對該市城區河段水體富營養化程度進行評價，方法如下[16]：

(3)

式(3)中，EI為富營養狀態綜合指數，Wi為指標i的歸一化權重值，本研究中的指標均視為等權重，xi為指標i的“規范值”，xi的計算如下。

(4)

(5)

式(4)、(5)中，ci為各項水質指標的實際測定值，ci0為各項水質指標的“參照值”，如表2[17]。根據上述EI計算結果，河流水體富營養狀態可分為5個等級，如表3[17]。

表2 各項水質指標的參照值

表3 富營養狀態等級劃分

3 結果與討論

3.1 水體污染物的分布特征

采集的9個該市城區河段水樣中pH值、電導率、氧化還原電位、溶解氧、氨氮、總磷和高錳酸鹽指數測試濃度見表4。pH值變化范圍在7.78～8.16之間，均達到了6～9的范圍區間，表明該市城區河段水體 pH 值達到地表水環境質量標準，水質整體呈弱堿性，不存在超標現象，這與佟霽坤[18]對白洋淀水質特征的研究結果一致。溶解氧的變化范圍在2.91～7.53 mg/L之間，其中達到地表水Ⅲ類標準的共有7個采樣點，兩處采樣點屬于Ⅳ類，含量最低的為B6采樣點，溶解氧含量僅為2.91 mg。氨氮的變化范圍在0.67～2.41 mg/L之間，其中達到地表水Ⅲ類標準的共有5個采樣點，處于Ⅴ類和劣Ⅴ類標準各1個采樣點，含量最高值出現在B6處，然而藻類生長從水體吸收大量的氨氮[19]，因此，說明此處生長的藻類較少；而B8采樣點的氨氮含量則低于最低標準限值，則說明此處藻類可能生長旺盛，對氨氮的消耗量大，導致含量無法檢測出來。總磷濃度變化范圍為0.05～0.29 mg/L，在9個采樣點中達到地表水Ⅲ類標準的有6個采樣點，其余3個采樣點均為Ⅳ類水，其中，最大值出現在B6處，最小值在B8處，且差異較大。高錳酸鹽指數濃度含量范圍為3.52～11.14 mg/L，其中達到地表水Ⅲ類標準的采樣點共有4處，Ⅳ類標準水樣3處，Ⅴ類標準水樣1處，最大值出現在B6處，最小值出現在B4處。綜合來看，B5和B6這兩個斷面相對來說受污染比較嚴重。

某種元素的變異系數越高，表明其受人為干擾程度越強[20]。根據Wilding[21]的分類準則，變異系數水平可分為低度變異(CV<15%)、中度變異(15%36%)。由表4可知，氨氮的含量和總磷的含量屬于高度變異(變異系數均為0.54)，說明水體受人為干擾的程度強；溶解氧含量和高錳酸鹽指數屬于中度變異，說明水體受到一定程度的人為干擾；而pH值、電導率和氧化還原電位屬于低度變異，說明水體受人為干擾的程度弱。

表4 某市城區河段水體污染物分布

同時，將測試濃度與《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)[23]中的篩選值進行對比。氨氮、總磷以及高錳酸鹽指數的含量多個采樣點處于超標狀態，經實地調查和數據分析發現，B2(2號污水處理廠下游約500 m)B3(2號支流與1號支流交匯上游約500 m)、B5(商業街)、B6(3號支流與主流域交匯下游約500 m)、B7(4號污水處理廠下游約500 m)、B8(4號支流與主流域交匯處下游約500 m。尤其是B6處，超標最為嚴重，經調查發現，此處地面未鋪設雨水管網，降水將地面上的污染物質直接沖入河段內，再加上河岸附近有垂柳，枯枝落葉較多，以及建筑工地施工等，因此，導致B6處的水質污染嚴重；而B5處為商業街，人流量大，故對水質影響較大。

3.2 某市城區河段綜合水質評價

對該市城區河段水質進行評價，其單因子水質標識指數以及綜合水質標識指數見表5。其中，B8處氨氮含量低于最低檢測值的下限，未被檢測到，因此不參與評價。由表5可知，該市城區河段城區河段的綜合水質標識指數為3.414。氨氮污染較為嚴重，其單因子水質標識指數的平均值為3.87，其中B3和B6兩處的指數均大于5；其次是高錳酸鹽指數，其單因子水質標識指數的均值為3.75，其中B6的指數大于5。溶解氧以及總磷的均值均小于3，表明水體溶解氧及總磷受污染較小。B6處的綜合水質標識指數大于5，且氨氮和高錳酸鹽指數的單因子水質標識指數均大于6，說明此處水質污染較為嚴重，因為此處為3號支流與主流域匯合處，現場調查可知，3號支流水體受到一定污染，因而兩條河混合以后導致主流域的水質受到一定的影響；其次，可能是由于人為活動的影響而導致水質變差；再者也可能是由于水體中浮游生物的增多而導致水質變差。

表5 某市城區河段綜合水質評價結果

該市城區河段綜合水質級別見表6。由表6可知，該市城區河段綜合水質級別為Ⅳ類，總體水質較差。氨氮水質級別為Ⅳ類，其中由4個采樣點的水質達到功能區標準(Ⅲ)外，其余采樣點均未達到水質功能區標準，B6處水質級別甚至為劣Ⅴ類，這與上述的監測結果一致。其次，高錳酸鹽指數的水質級別也為Ⅳ類，其中有5處水質達到功能區標準(Ⅲ)，B6處為劣Ⅴ類。河流水質差別的空間分布往往與其不同區域形態特點以及周邊環境狀況密切相關。從溶解氧和總磷的單因子水質標識指數從均值來看，兩者均達到水質功能區標準(Ⅲ)。從綜合水質標識指數來看，9個采樣點中有7處的水質達到功能區標準(Ⅲ)，說明城區河段整體水質狀況良好，這與當今的環保政策以及人們的素質密不可分。

表6 某市城區河段綜合水質級別

3.3 富營養化狀態評價

本研究選取與富營養化關系密切的DO、氨氮、TP以及CODMn等4項指標進行富營養化狀態評價。由表7可知，營養狀態綜合指數在該市城區河段城區河段的范圍是52.1～76.28，B5、B6和B7采樣點為重富營養化狀態，這三個點分別是商業街、3號支流與主流域交匯處和4號污水處理廠，重富營養化程度最高的是B6處，此處由于受自然以及人為干擾的程度強，導致河內的營養物質超標;其次是B5處，此處是商業街，人員流動大，生活污水的排放量大，導致水體中的營養物質超標；其余6個采樣點均為不同程度的富營養化狀態，其中，富營養化程度最低的是B8(4號支流與主流域交匯下游約500 m)，4號支流沿岸人為干擾較小，因此，當兩條河匯合后，富營養化程度有所降低。從整個城區河段來看，9個采樣點均受到不同程度的自然和人類活動的干擾，呈富營養化狀態。

表7 各采樣點富營養狀態綜合指數

4 結論與建議

4.1 結論

(1)該市城區河段城區河段的水質狀況在一定程度上受到污染，整個河段目前處于Ⅳ類水體。除pH值、電導率以及氧化還原電位以外，溶解氧、氨氮、總磷以及高錳酸鹽指數等指標均受到了不同程度人為活動的影響。綜合來說，商業街和3號支流與主流域交匯處下游約500 m處受污染相對嚴重。

(2)水質綜合評價發現，綜合水質標識指數為3.414，綜合水質評價級別為Ⅳ級，總體水質較差，特別是3號支流與主流域交匯處下游約500 m處為劣Ⅴ類水體。

(3)富營養化狀態評價得出結論，城區河段總體處于富營養化狀態，其中以3號支流與主流域交匯處下游約500 m處最為突出，為最高重富營養化狀態。

4.2 建議

該河城區河段的水體環境質量未達到目標功能區水質類型，因此，提出以下幾點建議以改善和提高河流的水質狀況。

(1)加強環境保護宣傳力度，監督力度，提高人民群眾的環保意識。

(2)對污染嚴重，水草分布不足，水生生物多樣化不足的河段進行清淤處理。

(3)科學合理施用化肥，鼓勵施用有機肥、生物肥以及緩效肥等；科學使用農藥。

(4)重視畜禽養殖業的發展，積極引導形成健康綠色的養殖模式。