基于水污染指數法的鶴地水庫水質評價研究

奎淑霞

(廣東省水文局湛江水文分局，廣東 湛江 524000)

1 研究方法

1.1 水污染指數法的簡介

水污染指數法是我國近年來水質評價工作中較為常用的一種方法，也稱為Water Pollution Index(簡稱為WPI水質評價法)[1-2]。該水質評價方法延續了單因子指數法的主要評價做法，即把污染最嚴重的水質指標作為水質類別鑒定的主要依據[3]。采用該方法評價水質的主要優點就是可以對水質污染的情況進行量化分析，根據具體的數據分析結果就可以很直觀地看出某湖泊的水質變化情況，同時也能準確地反映出水資源的時空變化特征。

1.2 水污染指數法的應用原理

此方法就是以單因子指數評價法的基本原則為基礎，根據《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中的水質類別和WPI值(Ⅰ～Ⅴ類、劣Ⅴ類水質對應的WPI值依次為20、20～40、40～60、60～80、80～100、>100)，在具體計算過程中采用線性內插法計算出具體參加水質評價各項目對應的WPI值，最終該斷面或監測點的WPI值選取最高值。此次共選擇了17項水質指標，分別是溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數、COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、F、Cu、Zn、Xi、Cr、As 、Cd、Pb 、Hg和氰化物。

1.3 污染指標WPI值的計算

(1)Ⅰ～Ⅴ類水質所對應WPI值的計算。采用水污染指數法對鶴地水庫水質的污染情況進行評價和分析時，Ⅰ～Ⅴ類水質所對應的WPI值計算如式(1)：

(C(i)-Cl(i))

Cl(i)

(1)

式中：WPI(i)為該湖泊水質評價的項目中對應的第i個水質評價項目的最終指數值；WPIh(i)、WPIl(i)分別為該湖泊水質評價的項目中第i個水質評價項目在水質類別標準中對應的上限、下限濃度值的指數值；Ch(i)、Cl(i)為該湖泊水質評價的項目中第i個水質的評價項目在水質類別標準中對應的上限、下限濃度值；C(i)為該湖泊水質評價的項目中對應的第i個水質評價項目的實際監測濃度值。

溶解氧(DO)比較特殊，其值越大則水質就越好，所以要區別于(1)式，應選擇適合的方法來計算。當DO濃度≥7.5 mg/L時則水質評價標準為20分，當2.0 mg/L≤DO濃度<7.5 mg/L時，如式(2)：

(C(i)-Cl(i))

(2)

(2)劣Ⅴ類水質對應WPI值的計算。采用該方法對鶴地水庫水質污染的情況進行水質評價分析時，劣Ⅴ類水質對應的WPI值計算如式(3)：

(3)

式中：C5(i)是該湖泊水質評價項目中第i個水質評價項目及相應監測項目Ⅴ類水質標準對應的濃度限值。

此外，如果該湖泊中水的pH<6時，劣Ⅴ類水質對應WPI值則按照式(4)來進行計算：

WPI(pH)=100+6.67×(6-pH)

(4)

當該湖泊中水的pH>9時，劣Ⅴ類水質對應WPI值則按照式(5)來進行具體計算：

WPI(pH)=100+8×(pH-9)

(5)

當該湖泊中的DO濃度<2 mg/L時，按照式(6)計算WPI值：

(6)

(3)水質監測站點或者斷面WPI的計算如式(7)：

WPI=MAX(WPI(i))

(7)

2 結果與討論

2.1 近10年來鶴地水庫水質變化趨勢

按照水污染指數法的評價思想及理論，對鶴地水庫2012—2021年的水質進行整體的評價，其水質變化趨勢見圖1。

圖1 近10年來鶴地水庫水質變化趨勢

圖1可見，2012—2021年鶴地水庫的水質都是Ⅳ類，水質最好的時候能達到Ⅲ類標準，鶴地水庫的水質比較穩定，變化比較小，總體上呈現慢慢變好的趨勢，其中2021年的水質最好，2014年的水質最差。

2.2 各水質站點的水質變化趨勢

對各水質監測斷面的水質變化趨勢進行分析，壩前、庫尾、庫心的水質變化趨勢見圖2。

圖2 鶴地水庫壩前、庫尾、庫心2012—2021年的水質變化趨勢

圖2可知，鶴地水庫壩前2012—2021年的水質均為Ⅳ類，水質比較穩定，變化比較小，總體上呈現慢慢變好的趨勢，其中2020年的水質最好，2014年的水質最差。鶴地水庫庫尾2012年、2014年的水質為Ⅴ類，2019年的水質為Ⅲ類，其余年份的水質都為Ⅳ類，鶴地水庫庫尾的水質變化較大，但整體上在向好的方向發展。其中2019年的水質最好，2014年的水質最差。鶴地水庫庫心2012—2021年水質均為Ⅳ類，但整體上呈現出慢慢變好的趨勢。其中2020年的水質最好，2012年的水質最差。

總結鶴地水庫三個水質監測站點的水質變化趨勢，發現近10年來整體上水質在往好的方向變化，鶴地水庫壩前和庫心的水質比較穩定，但鶴地水庫庫尾的水質變化有點大，主要原因在于庫尾采樣點位于河道斷面，水流情況變化較大，且周圍居民聚集，導致水質較差，變化較大。

2.3 鶴地水庫水質的主要污染物及其變化趨勢

采用水污染指數法還可以識別各水質監測斷面的主要污染指標，主要污染指標的篩選原則主要有以下兩點：(1)水質為Ⅲ類或者優于Ⅲ類的斷面則可不做主要的污染指標篩選。(2)而對于水質差于Ⅲ類的斷面，從超過Ⅲ類水質標準的指標中選取WPI值最大的前2個指標作為該水質斷面的主要污染指標。根據上面的篩選原則，鶴地水庫的五個水質監測站點的篩選結果詳見表1。

表1 2009—2017年鶴地水庫五個水質監測站點的主要污染物情況

表1可知，鶴地水庫各監測站點的主要污染物為TP、TN、BOD5。在2012—2021年中，影響鶴地水庫壩前水質的主要污染指標為TP、TN；影響鶴地水庫庫尾水質的主要污染指標為TP、TN、BOD5；影響鶴地水庫庫心水質的主要污染指標為TP、TN。

2.4 鶴地水庫主要污染物分析

圖3可知，鶴地水庫TP的濃度整體上變化較小，但是2014年卻比較高，從2014年開始，TP的濃度整體上是持續下降的。其中2014年TP濃度最高，年內變化也最大，2013年TP濃度最低，2021年TP濃度年內變化最小。

圖3 鶴地水庫2012—2021年TP濃度的變化趨勢

圖4可知，鶴地水庫TN的濃度整體上變化較小，但是2014年卻比較高，從2014年開始，TN的濃度整體上是持續下降的。其中2014年TN的濃度最高，年內變化也最大，2020年TN的濃度最低，年內變化也最小。

圖4 鶴地水庫2012—2021年TN濃度的變化趨勢

總結鶴地水庫近10年TP、TN濃度的變化，整體上在向好的方向發展，但是中間個別年份變化較大，由此看來，對鶴地水庫的保護作用還是比較大的，繼續加強保護，水質會越來越好。

3 結 論

鶴地水庫2012—2021年的水質均為Ⅳ類，水質較穩定，變化較小，總體上呈現慢慢變好的趨勢，其中2021年的水質最好，2012年的水質最差；鶴地水庫庫心的水質最好，其次是壩前，庫尾的水質最差；鶴地水庫的主要污染物是TP和TN，近10年來從總體上看，鶴地水庫的TP和TN濃度整體上呈現下降的趨勢。