贵州省赤水河支流DF水库水质调查及保护措施

2020-07-17王庆鹤

绿色科技 2020年10期

邹林，向彪，王庆鹤，何莉

(遵义师范学院，贵州遵义 563006)

1 引言

水库是贮存水资源特有的方式，具有工业用水、发电、防洪、养鱼等多种效益。在水库运行过程中往往伴随着污染物的积累，导致水库的生态环境逐渐发生改变。以前的水库水质监测大多集中在表层，缺乏对深层水质和底质的监测，难以具体掌握水库水质污染分布。而水质评价对水库的管理具有很大的意义，客观的水质评价方法能真实地反映水质监测数据的含义，能够为水库管理提供科学、有效的依据。本文通过对水库表层水体和深层水体的监测数据，运用变异系数的计算和单因子指数评价法分析该水库水质现状。得到影响水库水质的主要因子是DO、BOD5和有机物，并分析了其变化趋势，为有关管理部门提出相关建议。

2 水质概况

贵州省赤水河支流DF水库距离县城5 km，坝址位于长江流域赤水河支流下漓河进口，坝址以上流域面积48.4 km2，总库容1225万m3，是一座主要养殖鱼类的中型水库。该水库随着养殖规模及强度的扩大，有一些渔民片面追求水库渔业的产量，追求经济效益，忽略了生态环境，在水库中投放大量饲料，导致该水库水质下降。且DF水库周围有工厂和居民居住，没有污水处理站或污水处理厂，可能存在工业废水和生活废水直排或不达标排放，对水质造成一定的污染。

3 监测与评价方法

3.1 样点布设

在进出DF水库河流处分别设置监测断面，该水库有两个进库口处B7、B9，水深10 m，采样点设在水面下0.5 m处；其余6个监测断面水深大于或等于10 m，所以在水面下0.5 m，距水库底0.5 m以上处各取一个水样。共计15个采样点。表层水质在每个采样点水下0.5 m处用采样器采集，深层水质在每个采样点库底以上0.5 m用采样器采集。采样点的位置见图1。

图1 DF水库采样点分布

3.2 监测指标

样品监测指标为pH值、电导率、DO、ORP、氨氮、TP、BOD5、COD。其中pH值、电导率、DO、ORP进行现场测定。

3.3 数据处理

该水库水面面积较大，采样点距离相对较远，所以进行水质空间分布规律分析，故将水库监测的15个采样点指标取其平均值、计算变异系数和单因子污染指数，分析其变化规律。

3.4 评价方法

取pH值、电导率、DO、ORP、氨氮、TP、BOD5、COD 8个污染指标作为评价因子，采用单因子评价法进行评价法进行水质评价。该水库主要功能是养殖鱼类，按照《地表水质量标准》(GB3838-2002)[1]功能区划为Ⅲ类，故评价的标准为相应的Ⅲ类标准限值。单因子评价法也是当前我国水质评价的主要方法，是将水体标准与各参数浓度的比值是否大于1来评价水质是否达到水质标准，然后判断指标的水质情况(表1)。

单因子污染指数法公式：

(1)

式(1)中Li为水库的污染指数，指标见表1；Ci为水库水质i的实测含量；Si为水库水质i的评价标准。

表1 水质参数标准指数

由于DO和pH值与其他水质参数的性质不同，需要采用不同的指数单元形式。

DO在第j采样点的标准指数(SDO,j)计算公式为[2]：

(2)

(3)

式(2)、(3)中：SDO，j为溶解氧的标准指标，大于1表明该水质因子超标；DOs为DO的评价标准，mg/L；DOj为j采样点的DO监测值mg/L；DOf为饱和溶解氧浓度，mg/L，对于河流DOf=468/(31.6+T),对于盐度较高的湖泊、水库、及入海河口、近岸海域，DOf=(491-2.65S)/(33.5+T);S为实用盐度符号，量纲一；T为水温，℃。

pH值在第j采样点的标准指数(SpH,j)计算公式为：

(4)

(5)

式(4)、(5)中SpH，j为pH值的指数，大于1表明该水质超标；pHsd为水质标准中规定的pH下限；pHsu为水质标准中规定的pH上限；pHj为j采样点的pH监测值。

变异系数(Coefficient of Variation，CV):当两组数据离散程度大小需要比较的时候，如果两组数据的测量尺度相差太大，或者数据量纲的不同，直接使用标准差来进行比较不合适，就应当消除测量尺度和量纲的影响，而变异系数是无量纲，可以做到这一点，它是原始数据的标准差与原始数据的平均数之间的比值。CV没有量纲，这样就可以进行客观比较了[3]。事实上，变异系数和极差、标准差和方差一样，都是反映数据离散程度的绝对值。其数据大小不仅受变量值离散程度的影响，而且还受变量值平均水平大小的影响[4]。一般来说，变量值平均水平高，其离散程度的测度值越大，反之越小。

标准差与平均数的比值称为变异系数，记为C·V。变异系数可以消除单位和(或)平均数不同对两个或两个以上指标变异程度比较的影响。

变异系数的计算公式为:

变异系数C·V=(标准偏差SD/平均值Mean)× 100%

(6)

在进行数据统计分析时，如果变异系数大于15%，则要考虑该数据可能不正常，是否受到其他的因素影响导致与正常值不同。本文大于15%表示受到人为干扰的程度。

4 结果与分析

4.1 水体污染物水平分布特征

如表1所示，该水库中pH值、电导率、ORP和DO、氨氮、TP、BOD5、COD含量平均值分别为8.04、361、49.3和1.71、2.05、0.19、8.65、33.76 mg/L。通过与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)对比可知TP、BOD5、COD均不能达到IV类水体限值，DO、氨氮不能达到V类水体限值，从整个水质现状来看，水库属于劣五类水体。

通过对个点位表层水质的分析发现，B8、B9两个点位各污染指标浓度均最小，这可能是由于这两个点位位于水库进口处，且周围居民较少，B8点位虽有个洗煤厂，但洗煤厂产生废水通过有效治理不外排，对水库水质影响较小；各污染物浓度在水库中出现最大值基本均在B7点位，这可能是由于县城内没有被污水处理厂收纳的污水均从这里进入水库，给水库带来了极大的污染负荷。

某种元素的变异系数越高，表明其受人为干扰程度越强[5]。根据Wilding[6]的分类准则，变异系数水平可分为低度变异(CV≤15%)、中等变异(15%

4.2 不同层次水体水质状况分析

溶解氧对水体自净能力和水生生物的生长发育有较大影响，在水体的物理化学循环和生物演变中起着重要作用[7]。研究水库不同层次溶解氧监测结果如图2所示，该水库水体中溶解氧存在明显分层现象，且有严重缺氧区域存在。表层水体溶解氧浓度平均值为1.92 mg/L，深层水体溶解氧浓度平均值为1.45 mg/L。该水库为中大型水库，采样点平均水深约为25 m，深层水体几乎不存在植物光合作用对水体溶解氧的补充，深层水体中获取溶解氧主要过程为水体上下的对流扩散。但较深的水体使深层水体很难获得上层水体中溶解氧的补充，且深层微生物不断消耗溶解氧导致深层溶解氧浓度不断下降。

底质是水库中氮、磷等营养盐的天然储藏库，在一定条件下，底泥沉积物中氮、磷等营养盐会通过一定的化学反应向上覆水体扩散[8]，使水体不同层次的氮、磷营养盐出现浓度上的差异。由图2可知，表层水体氨氮浓度平均值为2.02 mg/L、TP浓度平均值为0.18 mg/L；深层水体氨氮浓度平均值为2.39 mg/L、TP浓度平均值0.24 mg/L。出现这种情况的原因可能是深层水体溶解值较低，底质中释放大量的氮、磷等营养盐使水体受到污染，这与卢金锁等[9]的研究结果相符合。

COD作为水体中有机质的代表性指标，其值的高低表示水体受有机质的污染程度。由图2可知，表层水体中COD浓度平均值为37.8 mg/L，深层水体中COD浓度平均值为32.1 mg/L。在湖库中，由于水体中的植物、鱼类、微生物的死亡，这部分有机物就沉入水体，相对不容易从底泥中释放出来，而进入到水体的有机质基本都是从表层进入，因此出现了表层水体中COD浓度大于深层水体中COD浓度的现象。

表2 研究区域水体水质污染指标描述性统计结果

图2 不同层次水体有机质和营养物质浓度分析

4.3 水体污染评价

采用GB 3838-2002《水环境质量标准》Ⅲ类标准风险筛选值对研究水库水体各污染指标进行了分析评价，其评价结果见表3。结果表明：相对于GB3838-2002《水环境质量标准》Ⅲ类标准风险筛选值，在研究水库的水质指标中，除pH值为无污染外，别的指标均受到不同程度上的污染，其中DO、BOD5属于重度污染状态。这与前文研究结果相符，说明该水库的有机质污染对水环境影响较大，在水库的管理中需要引起重视。