丹江口水库典型入库支流水质评价与趋势分析

王文静,高鹏程,李　捷,周裕红

(长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局,湖北 襄阳　441022)

丹江口水库典型入库支流水质评价与趋势分析

王文静,高鹏程,李捷,周裕红

(长江水利委员会水文局汉江水文水资源勘测局,湖北 襄阳441022)

摘要：应用污染指数法中典型的单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,选取丹江口入库支流中张湾和神定河口两个断面,对其2005—2014年水质状况进行了水质评价与趋势分析。结果表明,张湾断面目前污染仍较重,但主要超标污染物得到一定程度的控制,与往年相比，总体有好转趋势;神定河口断面的污染物始终超标严重,2005—2014年水质评价结果始终为劣Ⅴ类。建议加强对水质逐步恶化项目的治理,加强防护与控制管理。

关键词：水质评价;趋势分析;入库支流；单因子污染指数法;内梅罗污染指数法;丹江口水库

自丹江口水库被确定为南水北调中线水源地后,其水质状况受到了社会各界的高度关注[1-2]。多年连续监测资料表明,目前丹江口水库水质总体良好,保持在地表水Ⅰ～Ⅱ类,能够满足工程调水水质要求,但部分入库支流和个别水质因子超标仍然是无法忽视的问题[3]。笔者选取丹江口水库入库支流中水质情况较差的老灌河和神定河,对老灌河上的张湾断面和神定河上的神定河口断面的2005—2014年监测资料进行了统计计算,采用单项污染指数法和内梅罗综合污染指数法分析其水质污染程度及变化趋势,为老灌河和神定河水质监测及水环境质量保护提供科学决策依据。

1研究范围与方法

1.1研究断面概况

老灌河流域是南水北调中线工程上游重要水源涵养区。在汉江和丹江的一级支流中,老灌河环境容量最小，且是入库口距离中线工程陶岔取水口最近的河流,对陶岔的水质影响较大[4]。张湾断面位于老灌河下游河段东经111°28′,北纬33°05′。神定河是连接十堰市百二河到汉江的一条重要的必经河,也是十堰城区最大的排污口[5]。神定河口断面位于湖北省郧县茶店镇,东经110°50′,北纬32°44′,是神定河汇入汉江干流的水质控制站。研究断面示意图见图1。

图1　研究断面示意图

1.2单因子污染指数法

污染指数法的基本思想是:用各水质指标的实测值与其评价标准(通常采用水体功能类别对应的水质指标浓度限值)之比,作为标准指数单元,通过算术平均、加权平均、连乘及指数等诸多数学手段得到一个综合污染指数,作为水质评价尺度来评价综合水质[6]。

单因子污染指数法(即单因子评价法)是污染指数法的基础,用来表示某单项指标水质是否达到规定的水体功能类别以及相对于水体功能类别的达标或超标程度。单因子污染指数为该项目实测值与评价标准值之比,计算公式(DO和pH不适用)为

(1)

式中：Pi为单因子污染指数；Ci为该断面第i项污染指标的年平均值；C0为第i项污染指标的评价标准值。

若Pi< 1,表明该项指标未超标,若Pi> 1,则表明该项指标超标,而且Pi值越大,表示该项指标污染越严重。单因子评价法的优点是简单直观,可以最直接地反映出水体水质状况,是水环境影响评价中最常用的方法,缺点则是这种“一票否决”的思想有时会表现为过度保护,不利于反映水体功能是否满足使用要求[6]。

1.3综合污染指数法

综合污染指数法是对各污染指标的相对污染指数进行统计,得出代表水体污染程度的数值。该方法可以确定研究水体的污染程度[7]。综合污染指数法的基本形式有多种,其中内梅罗污染指数是目前仍然应用较多的一种环境质量指数[6]。内梅罗污染指数虽然有过于突出最大污染因子对水质污染的影响和未考虑权重因素的缺点,但由于其特别考虑了污染最严重的因子,在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响,是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数。

内梅罗污染指数计算公式为

(2)

内梅罗污染指数与污染程度的等级划分[8]为：I<1，清洁；1≤I≤2，轻污染；25，严重污染。

2结果与讨论

2.1水质状况分析

2.1.1水质类别和污染程度状况分析

分别采用单因子评价法和内梅罗综合污染指数法,执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,对张湾和神定河口的水质类别和污染程度进行了评价分析,结果见表1。单因子评价法选用的评价数据为张湾和神定河口两断面2005—2014年每年的年均值。内梅罗综合污染指数法选取断面易超标项目作为主要的参评参数,即选取CODMn、BOD5、NH3-N、TP、F、Hg、Cr6+、挥发酚、石油和粪大肠菌群共10项指标作为评价因子。

表1　2005—2014年张湾和神定河口断面水质状况

单因子评价法评价结果显示，2005—2008年张湾断面的水质评价结果为劣Ⅴ类。从2009年开始水质评价结果发生变化,2010年转为Ⅲ类,为10年中水质最优的一年,2012—2014年则为劣Ⅴ类和Ⅴ类。从内梅罗综合污染指数法评价结果来看,张湾断面从2008年开始污染程度由严重污染转为重污染,在2010年和2011年一度达到清洁,到2012年又出现严重污染。比较两种评价结果可以看出,单因子评价法和内梅罗指数法评价结果虽略有不同,但整体趋势仍保持一致。张湾断面10年间水质变化波动较小,水质较差。神定河作为十堰城区最大的排污口,10年间水质评价结果始终为劣Ⅴ类,污染程度一直为严重污染,水质状况堪忧。

2.1.2主要超标污染物状况分析

采用单因子评价法,执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,对张湾和神定河口两断面2005—2014年的主要超标污染物进行了总结,结果见表2。

表2　2005—2014年张湾和神定河口断面主要超标污染物状况

2005—2008年，张湾断面的常年主要超标项目为粪大肠菌群、NH3-N,Hg和CODMn指数在某些年份超标严重。2011—2014年张湾断面的主要超标项目已转变为粪大肠菌群一项,NH3-N虽偶有超标,但年均值仍满足Ⅱ～Ⅲ类水质标准。神定河口断面超标项目较多,主要超标项目有NH3-N、石油、BOD5、粪大肠菌群等。

2.2水质变化趋势分析

2.2.1水质总体状况变化趋势分析

内梅罗污染指数不仅可以确定研究水体的污染程度,还可以通过具体数字直观地体现出污染程度的变化趋势。如图2所示,张湾断面的内梅罗污染指数从2005—2010年呈减小的趋势,2005年与2010年内梅罗污染指数比值高达36.75。从2008年开始内梅罗污染指数始终维持在5以内(2012年略高于5),在2012年和2014年出现两个小峰值。由此可以看出,目前张湾断面水质情况仍存在污染,与往年相比,污染程度得到一定程度的改善,但改善效果并不理想,近两年水体依然存在污染。

从图2可见,神定河口断面的内梅罗污染指数一直较高,在2007年甚至一度超过了300,之后虽有回落,但从2011年开始出现上升的情况,且2011—2013年内梅罗污染指数处于很高的数值。随着经济发展,城市排污总量呈现惯性增长,而神定河作为十堰城区最大的排污口,其纳污能力已远远超过其接受的排污量,水质总体状况很差。

图2　张湾和神定河口内梅罗指数变化趋势

2.2.2主要超标污染物变化趋势分析

为进一步分析张湾和神定河口两断面主要超标污染物变化趋势,采用单因子污染指数法计算两断面主要超标项目的单因子污染指数，结果见图3。

张湾断面NH3-N指标的单因子污染指数整体呈抛物线形状,从2005—2010年先升后降,之后则维持一个相对稳定的数值,这一变化与表2中后期NH3-N由主要超标项目变为非主要超标项目保持一致。粪大肠菌群指标的变化起伏较缓和,但2011—2014年数值较2005年和2006年有明显降低。两项主要超标物的污染指数变化趋势也从侧面解释了表2中张湾断面某些年份水质评价结果优于劣Ⅴ类的原因。从综合内梅罗污染指数和单项污染指数来看,张湾断面目前仍污染较重,主要超标污染物得到一定程度的控制,与往年相比总体有好转趋势,应继续加强治理,避免出现污染反弹情况。

神定河口断面的粪大肠菌群单项污染指数始终居高不下,超标严重,10年间变化趋势与内梅罗污染指数变化趋势(图2(b))相似。NH3-N、石油、BOD5和TP这4项单因子污染指数较粪大肠菌群要小得多,10年间这4个项目的单因子污染指数始终反复波动,无明显变化趋势。从综合内梅罗污染指数和单项污染指数来看,神定河断面的污染物超标严重,水质很差,水质污染情况在这10年中未得到明显改善。

图3　张湾和神定河口单因子污染指数变化趋势

2.3水质变化影响因素分析

水质变化与流域水环境条件的变化密切相关。一方面，张湾断面所在的老灌河流域森林过度砍伐,森林覆盖率低,水土流失及环境污染造成水环境条件恶化；另一方面,张湾上游栾川县的三川镇、冷水乡工矿的发展程度较高,栾川县近年来发生多次尾矿溃坝事件,尾矿库(坝)对环境的潜在风险较高[4],应加强局部重点治理工作;而下游淅川县城和西峡县城由于城镇人口密集,生活污染产生量大。

神定河是十堰市城区最大的污水受纳水体,污染来源主要为城市工业废水和生活污水。上游多数农村存在的水土流失,化肥、农药的污染和小型乡镇企业直接排污等，造成了河流上游污染；而河流中下游地区生活、生产污水，城郊农业及养殖退水，工业废水，餐饮业废水，空气沉降物等的排放加剧了污染。组成成分复杂的污水排放进入神定河,造成了神定河超标项目较多且超标严重。据统计，2010年排入神定河的废水量为2 577. 3万t、NH3-N的纳入量为580. 6 t,神定河接收污染输入量已超过河流因自净作用的污染减少量[5]。污染排放增加而自净化能力减弱导致了神定河口断面水体污染严重,2005—2014年一直为劣Ⅴ类。

3结语

a. 内梅罗综合污染指数法与单因子评价法的评价结果一致,张湾和神定河口两断面2005—2014年的水质情况整体较差,尤其是神定河口断面这10年间水质评价结果始终为劣Ⅴ类,污染严重。

b. 通过内梅罗污染指数变化趋势分析与主要超标项目的单因子污染指数变化趋势分析,张湾断面目前仍污染较重,但主要超标污染物得到一定程度的控制,与往年相比总体有好转趋势;神定河口断面的污染物始终超标严重,水质很差,污染情况未得到明显改善。

c. 建议有关部门继续加强对老灌河的治理,避免污染反弹现象;加大对神定河的排污治理力度,有效改善水质情况。

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Water quality assessment and trend analysis of typical tributaries of Danjiangkou Reservoir

WANG Wenjing, GAO Pengcheng, LI Jie, ZHOU Yuhong

(HanjiangBureauofHydrologyandWaterResourcesSurvey,BureauofHydrology,ChangjiangWaterResourcesCommission,Xiangyang441022,China)

Abstract：The single factor pollution index method and Nemerow index method were used to analyze the status of water quality and its trend at the Zhangwan and Shendinghekou cross-sections through the tributaies flowing into the Danjiangkou Reservoir during the period from 2005 to 2014. The results show that the Zhangwan cross-section was heavily polluted during the study period, and the main pollutants had been controlled to a certain extent. On the whole, the water quality of the Zhangwan cross-section has improved. The pollutants of the Shendinghekou cross-section always exceeded the standard significantly, and the water quality at this cross-section was below the grade V level from 2005 to 2014. Some pollution control measures should be taken to improve the water quality and enhance protection and management.

Key words：water quality assessment; trend analysis; tributaries flowing into reservoir; single factor pollution index method; Nemerow index method;Danjiangkou Reservoir

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.03.024

作者简介:王文静(1988—),女,助理工程师,硕士,主要从事水环境监测和水生态研究工作。E-mail: sofie2008@sina.com

中图分类号：X824

文献标志码：A

文章编号：1004-6933(2016)03-0127-04

(收稿日期：2015-05-18编辑：徐娟)