江苏省泰州市长江饮用水源地水环境质量调查研究

2020-03-18孙海涛朱希希朱宇芳张宗祥

四川环境 2020年1期

孙海涛，卜伟，朱希希，朱宇芳，张宗祥

(江苏省泰州环境监测中心，江苏泰州 225300)

前言

近年来，城市化进程发展迅速，人口扩张和工业化进程加速带来了经济的高速发展，随之带来的水环境质量问题也越来越突出，同时人类对淡水资源的需求越来越大，水安全所引发的问题也日益凸显，其中饮水安全是最为核心的问题之一，而水源地水质安全又是保证饮水安全的重要因素。

泰州市地处江苏中部，长江中下游，水源取水口位于长江泰州大桥上游1 000m北侧水域，承担着泰州市280万市民的饮用水供应，水源取水口外侧紧靠航道，上游毗邻高港码头，有大量船舶航行和停靠。饮用水源保护对保障广大人民群众的生命健康有着十分重要的意义。传统的理化监测往往监测瞬时水质，监测项目和监测频次有限，无法对水质的综合污染程度进行评价，而生物监测利用生物种群结构、优势种类、数量等变化来反映水体中多个环境因子长期的综合影响，尤其是底栖动物生活在河床底部，具有区域性强、迁移能力弱、生活周期长等特点，对环境污染及变化少有回避能力，其群落结构的破坏和重建需要较长时间[1～4]，底栖动物监测可以利用较少的监测频次就能较准确的反应水体的污染状况；鱼类通过鳃呼吸，体表接触以及食物链的形式，将可积累性毒物浓缩富集于体内，通过鱼体残留量可以间接反映水质状况[5-6]。但生物监测不能说清水体中具体的污染物及其浓度，所以将理化监测和生物监测相结合能更全面的反应水体综合污染状况。

为了掌握泰州市长江水源取水口附近的水环境质量现状，本文通过2017年水源地及其上游的水环境质量和水生生物资源的监测，调查了水体21项理化指标(pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、化学需氧量、氨氮、总磷、挥发酚、石油类、铜、砷、铅、镉、六价铬、硒、锌、汞、氰化物、氟化物、硫化物、阴离子表面活性剂)、底栖动物以及6项鱼类残毒指标(铜、铅、镉、铬、砷、汞)，对水源地的水环境质量进行综合分析，为水源地的科学管理和污染防治提供决策依据。

1 材料和方法

1.1 断面布设

为了解水源地及其上游高港码头的水环境质量状况，在水质例行监测点位水源地取水口和高港码头(见图1)加测了底栖动物，并在水源地取水口附近监测了鱼类残毒。

图1 水环境质量监测点位布设示意图Fig.1 Distribution of the sampling station for water environment quality mointoring

1.2 样品采集

水样在每月1～10日采集1次，并及时送化验室进行水质理化项目分析。底栖动物在5月、9月各采集1次，定量样品用1/16m2彼得逊采泥器采集，每个采样点取样3次合并为一个样品处理，采得泥样经40目筛洗净后转移至封口袋中，并用1%福尔马林固定，带回实验室在解剖瓷盘中逐一挑拣，参照相关资料[7～10]，在显微镜下对底栖动物进行种类鉴定并计数。鱼类残毒在9月调查1次，试样为鲤鱼，剔除其皮、骨，取背部肌肉进行残毒检测，6个项目的具体分析方法见表1。

表1 鱼类残毒测定方法Tab.1 Determination methods for fish residues

1.3 研究方法

1.3.1 理化指标评价方法

目前国家规定的水质类别评价采用单因子指数法，参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1中的21项指标(除水温、总氮、粪大肠菌群外)采取最差项目赋全权[11-12]，水质存在的主要问题可以很直观的体现出来，但水质综合状况却无法在评价中体现出来。我国不同水域、不同类型的水源地水质评价方法研究中还有综合指标评价方法[13～15]和内梅罗污染指数法[16]、模糊综合评价法[17]、灰色关联分析[18]、层次分析法[19]、物元分析法[20]、人工神经[21]等，这些方法各有特点, 但由于机理不同, 方法的属性层次差异，在使用上有一定的局限性[22]，不同的评价方法, 得到的结果经常不一致，在实际应用中，还有很多问题有待解决。

内梅罗污染指数法是在单因子指数法的基础上建立的综合评价方法，公式计算简单，能较直观地反映水体的污染状况，但传统内梅罗污染指数法未考虑各污染因子权重问题，故本文采用改进内梅罗污染指数法[23]和单因子指数法对水源地的水质状况进行评价。虽然饮用水源地执行《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅲ类水标准，但长江泰州段执行Ⅱ类水标准，故本文污染指数以标准中的Ⅱ类水为基准，并根据泰州市产业结构和历年水质污染特征，采取高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮、石油类、汞、六价铬、总磷、挥发酚和化学需氧量等9项主要污染指标进行污染指数计算。

改进内梅罗污染指数法：

1.3.2 生物指数法

底栖动物评价采用Goodnight修正指数[24]，Shannon-Wiener多样性指数[25]、生物学污染指数(BPI)[26]和生物指数BI[27-28]，各生物指数值与水质等级划分参照马秀娟等人的分级标准[28-29]，各生物指数计算公式和水质等级划分标准见表2和表3。

表2 各生物指数计算公式Tab.2 Calculation formulas for bidogical indexes

表3 生物指数与水质等级标准Tab.3 Bilogical index and graded standards for water quality

鱼类残毒分析结果评价依据《农产品安全质量无公害水产品安全要求》(GB18406.4-2001)，采用鱼体污染物负荷比确定主要污染物质，采用鱼体综合污染指数来评价多种污染因子对鱼类的整体污染程度，鱼体污染等级划分参照何力等人分级标准[30-31]，见表4，以Ⅰ龄鱼污染物检出最低值作为长江中上游鱼类成分的背景值。

鱼体综合污染指数Q:

Q=∑Pi·Wi

式中，Pi为单项污染指数，Wi为污染因子的权重值。

表4 生物体残毒分级标准Tab.4 Grading standard for biological residues

2 结果与讨论

2.1 理化指标

采用单因子方法评价水源地各项指标均满足Ⅲ类集中式饮用水地表水水源的要求，其中高港码头全年达到了Ⅱ类水质功能要求；水源取水口除了7月和10月为Ⅲ类水质，其他月份水质均为Ⅱ类，7月主要污染因子是氨氮和总磷，10月主要污染因子是总磷。改进内梅罗污染指数值统计结果见图2，可知除了4月、7月和10月水源取水口的污染指数大于其上游的高港码头，其他时间均比高港码头低，而4月2个监测点的水质相差不明显，表明大多数时间水源取水口的水质好于上游的高港码头。从当地气象局获取采样期间(每月1～10日)降水量见图2，发现7～10月是采样期间降水量发生全年较大的4个月，尤其是7月降水量最大而水源取水口的水质也最差，而8月和9月采样期间的降水量较大但水质较好，主要是因为水源取水口上游2 000m左右有2个排涝闸口，闸口内侧是大片农田，当发生降水水位上升明显时就会开闸放水排涝，排出大量农业污水，7月、10月采样时正在开闸放水，导致水源地取水口的总磷和氨氮污染增加水质变差，而8月、9月采样期间闸口是关闭，所以水源取水口的水质变化不明显。

由图2可知，多数时间水源取水口的水质好于高港码头，主要是因为高港码头是一个船舶码头，周围有大量的船舶停靠，北侧为工业园区和居民区，主要为有机质、工业废水、生活污水污染较重；而水源取水口上游北侧有大片农田和部分农村居住地，上游的2个闸口在排涝时易排出大量高磷、高氮浓度的污水，导致水源地总磷、氨氮浓度异常。2个测点的氨氮浓度异常值均出现在降水量最大的7月，其他时间氨氮浓度值相对较低，表明氨氮污染还可能跟降水量的强度有关，降水强度决定地面冲刷污染物通过径流带入水体的量。

图2 2017年水源地改进内梅罗污染指数变化Fig.2 Changes of improved Nemerow index in water source in 2017

2.2 底栖动物

高港码头共检出底栖动物7种，齿吻沙蚕属一种(Nephtyssp.)、霍甫水丝蚓(Limnodrilushoffmeisteri)、苏式尾鳃蚓(Branchiurasowerbyi)、小摇蚊属一种(Microchironomussp.)、前突摇蚊属一种(Procladiussp.)、蠓科一种(Ceratopogonidae)、河蚬(Corbiculafluminea)，栖息密度为308 ind/m2，优势种为耐污型的霍甫水丝蚓。生物指数水质评价结果见表5，可知4个生物指标评价水质均为中污染。软体动物河蚬和多毛类的齿吻沙蚕(Nephthyssp.)一般不能栖息于多污及α-中污染性水体，高港码头有河蚬(Corbiculafluminea)和齿吻沙蚕(Nephthyssp.)分布，说明其水质未受到严重的有机质污染，综合评价其水质属于β-中污染。

水源取水口共检出底栖动物7种，齿吻沙蚕属一种(Nephtyssp.)、霍甫水丝蚓(Limnodrilushoffmeisteri)，多突癞皮虫(Slavinaappendiculata)、隐摇蚊属一种(Cryptochironomussp.)、小摇蚊属一种(Microchironomussp.)，多足摇蚊属一种(Polypedilumsp.)，长附摇蚊属一种(Tanytarsussp.)，优势种为清洁型的齿吻沙蚕和耐污型的小摇蚊，栖息密度为224 ind/m2。由表5可知，水源取水口附近水质在轻污染至β-中污染之间。