寶雞峽灌區水源地水質綜合評價

黃毓林，王雙銀，樊镕鑫，馬雪燕，李 鑫

(西北農林科技大學 水利與建筑工程學院，陜西 楊陵 712100)

中國是一個農業大國，農業用水安全問題不容忽視，加強水質管理是保障灌溉用水安全的重要途經[1-3]。近年來，隨著經濟社會的快速發展，灌區灌溉水源地附近交通運輸日益頻繁、水污染風險源不斷增加，必然會導致水源地水質污染風險增加以及灌區農業水環境狀況發生變化，灌區灌溉水源地保護面臨諸多挑戰[3-6]。

目前，保障灌區水源水質要求，防止農田土壤環境、地下水污染，降低農產品安全風險等已成為灌區水源保障的重要任務[6-7]。寶雞峽灌區農業供水工程以渭河來水為主要水源，灌區灌溉主要依靠渭河沿線灌溉水源地供水，環境風險較大，為保障灌區農業供水安全，需及時掌握水源地水質狀況、加強水源地水質保護和綜合管理[1-3]。

水質評價方法及其結果的合理性一直是學術界的研究熱點，目前最常見的水質方法有單因子評價法、模糊評價法、綜合評價法以及水污染指數法(WPI)等[8-14]。其中，單因子評價法操作簡單，但以單一水質指標為水質評價、分級依據，存在一定片面性[9-11]；而綜合評價法中的內梅羅污染指數法在凸出污染貢獻率最大指標的同時兼顧了其他較好指標，在水質綜合評價方面具有較好效果[12-14]。因此，文章通過寶雞峽灌區水源地水資監測資料，利用單因子評價法篩選出異常水質指標，結合內梅羅污染指數方法對灌區水源地水質進行綜合評價，為灌區生態環境和水源地保護提供依據。

1 資料來源與研究方法

寶雞峽灌區位于陜西省關中平原西部，西起寶雞峽口，東至涇河右岸，南臨渭水，北抵渭北高原腹地。灌區承擔著寶雞、楊凌、咸陽、西安4市(區)14個縣(市、區)的近300萬畝的農田灌溉任務。灌區分為塬下(渭惠渠、渭高抽)與塬上(寶雞峽)兩大灌溉系統，現有林家村渠首樞紐和魏家堡渠首樞紐兩處引水口；林家村水庫、王家崖水庫、信邑溝水庫、大北溝水庫、泔河水庫、泔河二庫6座中型水庫沿寶雞峽灌區輸水干渠分布如圖1所示。

圖1 寶雞峽灌區灌溉水源地平面布置圖

1.1 資料來源

目前，寶雞峽灌區引渭管理局共監測轄區內灌溉水源地6處，分別為林家村渠首、林家村水庫、王家崖水庫、大北溝水庫、泔河水庫和魏家堡渠首，其中林家村渠首和魏家堡渠首屬于河流型水源地，取水水源為渭河；水庫型水源地包括林家村水庫、王家崖水庫、大北溝水庫和泔河水庫。考慮林家村水庫和林家村渠首監測斷面距離較近，監測結果相近，因此在后續評價計算分析過程中合并為同一監測斷面，統稱為林家村水庫。

寶雞峽引渭灌溉管理局委托不同監測單位對監測斷面進行水源地水質監測，見表1，嚴格按照《水和廢水監測分析方法》對水樣進行監測，監測時段集中在灌季，其中春灌時期監測頻次較高。根據獲取的水質資料，選取的評價指標有懸浮物、全鹽量、CODcr、BOD5、砷、六價鉻、鉛、汞、陰離子洗滌劑、硫化物、糞大腸菌群數、蛔蟲卵數、氟、錳、銅、鋅、硒和石油類等共計29項水質指標[15-16]。

表1 水源地水質監測情況一覽表

1.2 研究方法

單因子評價法是以各水質指標與水質標準的比較結果為基本單元，通過評價指數、超標率、超標倍數等進行水質評價，將各因子分別與水質標準進行比對分析，計算公式如下[9-11]：

Pi=Ci/Si

(1)

式中，Pi—第i項污染物的污染指數；Ci—第i項污染物的實測值；Si—第i項污染物的評價標準值。

內梅羅污染指數法是一種在突出最嚴重污染指標的同時，也一定程度上兼顧其他質量較好指標的綜合水質評價方法，是在單因子評價結果的基礎上用各種污染物的相對污染指數進行數學上處理，得到綜合污染指數[12-14]，從而來評價水環境質量。計算公式為：

(2)

(3)

式中，P綜—內梅羅指數;Pmax—監測點單因子污染指數最大值;Pave—監測點各項單因子污染指數平均值;n—參與評價的水質指標個數。

在水質評價中P綜<1說明水體質量較水質標準的要求為好；P綜=1說明水體質量處于臨界狀態；P綜>1說明水體質量已不能滿足水質標準的要求，P綜越大，表明水質污染情況越嚴重。

2 結果與分析

2.1 單因子評價成果

對各水源地監測結果進行單因子污染指數計算，將各水源地的水質指標監測結果的污染指數計算出，最大值見表2。選擇接近或超過標準的水質項目進行監測結果與標準限值分灌季(冬灌：12月—次年3月，春灌：4—7月，夏灌：8—11月)進行對比分析，分別繪制箱型圖，對比分析各指標在3個灌季異常情況的區別。

根據收集到的水質資料，經分析本研究調查的所有水源地中出現異常的指標主要有：懸浮物、總氮、氟和硫酸鹽。

(1)河源型水源地

林家村渠首和魏家堡渠首于2020年7月懸浮物指標僅一次嚴重超標，檢測值分別達到480、2504mg/L，指標污染指數分別為4.8、25.04，其余時間檢測值均明顯小于標準限值，且呈減小趨勢，未存在超標情況，如圖2所示。

(2)水庫型水源地

林家村水庫、王家崖水庫、大北溝水庫、泔河水庫2017—2021年間水質監測項目中常出現超標情況的指標主要是：總氮指標、硫酸鹽指標和氟指標如圖3—6所示。總氮指標于王家崖水庫(10次)、大北溝水庫(7次)水質監測中多次出現超標情況，最高達到了7.9mg/L(王家崖水庫)，超過標準限值2倍以上，但其整體呈現微弱下降趨勢；硫酸鹽指標和氟指標僅出現過一兩次超標情況，屬于偶然性水環境污染情況，其中硫酸鹽指標四個水庫均出現超標情況，分別達到334.6(林家村水庫)、346(王家崖水庫)、257(大北溝水庫)、291.8和281mg/L(泔河水庫)均超過標準不足一倍，并且整體呈現顯著下降趨勢，近幾次檢測結果均遠遠小于標準限值；氟指標僅于林家村水庫出現一次達到了2.25mg/L，是突發偶然性情況，并且整體呈現下降的趨勢，近幾次均遠遠小于標準限值。

表2 各水源地監測指標污染指數最大值

圖2 懸浮物指標監測結果

圖3 寶雞峽灌區林家村水庫近五年易超標項目監測結果

各水源地懸浮物指標接近或超過標準的箱型圖清晰表現出懸浮物指標在3個灌季所有實際監測值的分布情況，林家村水庫、魏家堡渠首懸浮物超標情況僅出現在春灌時期如圖7所示。

將寶雞峽灌區4個水庫是水源地水質監測中的易超標項目進行不同灌季對比分析可以得到：總氮指標、氟指標和硫酸鹽指標呈現出的規律是冬灌時期水源水質指標超標最嚴重的，其次是春灌時期和夏灌時期。

林家村水庫如圖8所示、王家崖水庫如圖9所示的總氮指標呈現出的規律是冬灌時期水源水質指標超標最嚴重，其次是夏灌時期，最后是春灌時期；氟指標呈現出的規律是冬灌時期水源水質指標超標最嚴重，其次是春灌時期，最后是夏灌時期；硫酸鹽指標呈現出的規律是春灌時期水源水質指標超標最嚴重，其次是冬灌時期，最后是夏灌時期。

圖4 寶雞峽灌區王家崖水庫近五年易超標項目監測結果

圖5 寶雞峽灌區大北溝水庫近五年易超標項目監測結果

圖6 寶雞峽灌區泔河水庫近五年易超標項目監測結果

圖7 懸浮物指標不同灌季箱型圖

大北溝水庫如圖10所示的總氮指標、氟指標和硫酸鹽指標呈現出的規律是冬灌時期水源水質指標超標最嚴重，其次是春灌時期，最后是夏灌時期。泔河水庫如圖11所示的總氮指標和硫酸鹽指標均呈現出的規律是春灌時期水源水質指標超標最嚴重，其次是冬灌時期，最后是夏灌時期；氟指標呈現出的規律是夏灌時期水源水質指標超標最嚴重的，其次是冬灌時期和春灌時期。

各水源地中常出現的異常指標有懸浮物、總氮、氟和硫酸鹽4項水質指標。其中，懸浮物與氟指標出現超標情況頻率極低，屬于突發偶然情況；總氮指標其大部分接近標準限值，但仍出現超標情況，是4項水質指標中出現超標數量與次數最多的；硫酸鹽指標在多個水源地多次出現接近或超標情況；以上4種水質指標超標情況大部分在冬灌時期好于其他兩個時期。

圖8 寶雞峽灌區林家村水庫易超標項目不同灌季對比結果

圖9 寶雞峽灌區王家崖水庫易超標項目不同灌季對比結果

圖10 寶雞峽灌區大北溝水庫易超標項目不同灌季對比結果

圖11 寶雞峽灌區泔河水庫易超標項目不同灌季對比結果

2.2 綜合評價成果

為保證水質綜合評價結果能夠充分反映各灌區水質情況，本文根據單因子水質評價結果，選擇常用指標及易超標指標共6項：懸浮物、全鹽量、CODcr、BOD5、總氮和硫酸鹽進行水質綜合評價。

文章采用寶雞峽灌區4個水庫、2個渠首近一年的水質數據進行綜合水質評價，因林家村水庫和林家村渠首距離很近，所以將他們的水質數據合并，統稱林家村水庫，水質綜合評價結果見表3—4。

表3顯示寶雞峽灌區水庫型水源地2020—2021年間水質綜合評價結果，其中沿寶雞峽灌區輸水干渠分別為王家崖水庫、大北溝水庫和泔河水庫。3個水源地內梅羅污染指數值排序為大北溝水庫>王家崖水庫>泔河水庫。

表3 寶雞峽灌區水庫型水源地綜合水質評價結果

表4 寶雞峽灌區河源型水源地綜合水質評價結果

寶雞峽灌區3個水庫型水源地2020—2021年間，只有大北溝水庫2021年3月的水質指標內梅羅指數為1.735，不能滿足水質標準的要求，其均值型指數為0.786；王家崖水庫2020—2021年間內梅羅污染指數有所上升，但上升幅度較小。

表4顯示寶雞峽灌區河源型水源地2020—2021年間2個渠首取水口林家村水庫和魏家堡渠首的水質狀況。林家村水庫、魏家堡渠首的水質均值型指數和內梅羅指數均在2020年7月超標，其中林家村水庫的水質均值型指數和內梅羅指數分別為1.339、3.524，魏家堡渠首的水質均值型指數和內梅羅指數分別為6.407、18.276。

2020年8月—2021年6月，林家村水庫的均值型指數均小于0.30，且月際間未有明顯變化。這是由于渭河上游段水質較好，上游地區人煙稀少、水環境受人類活動影響較小。同時林家村水庫的內梅羅指數均小于0.63，于2021年1月達到最大值0.624，與2020年9月相比上升幅度為48.69%，2021年1月之后內梅羅指數有所下降，均小于0.60，水質向好發展。魏家堡渠首2020年8月至2021年6月，其均值型指數均值為0.266，內梅羅指數均值為0.461，與上游林家村水庫的污染指數值較為接近，水質相對較好。

各水源地綜合水質評價結果為：王家崖水庫、泔河水庫水質均值型指數和內梅羅指數達標率為100%；林家村水庫與魏家堡渠首均值型指數和內梅羅指數達標率均為88.9%，2020年7月綜合水質指數超標為偶發性事件；大北溝水庫水質內梅羅指數達標率為66.7%，均值型指數達標率為100%。研究表明寶雞峽灌區水源地綜合水質滿足農田灌溉水質要求。

3 結語

在分析寶雞峽灌區水源地水質監測資料的基礎上，運用單因子評價法分析水源地異常指標，采用水質綜合評價法對水源地水質進行綜合評價。評價結果為探討引起灌區灌溉水源水質變化的情況分析，為改善生態環境，加強灌區水源地綜合管理，提高農業綜合生產能力和保障農田土壤環境質量提供科學依據。

需要說明的是，上述的水源地水質綜合評價，僅利用最近一年的水質監測資料，對于灌區水源地水質年變化規律的認識有所不足。文章后續研究的主要方向將圍繞分析灌區水源地不同年份間水質年變化和不同灌季的變化規律，以此來掌握灌區水源水質演變規律。