西藏色季拉山冰雪水水质的分析研究

郝凯越，邱志华，段小龙，张 宁，宗永臣

(西藏农牧学院水利土木工程学院，西藏 林芝 860000)

西藏平均海拔4 000 m以上，具有数百座雪山。“雪域”是“水域”，也是水之源。西藏冰雪面积共有2.62万km2，是我国冰雪总面积的一半，亦成为巨大的天然水库[1]。冰雪水被称为地球上优质的水[2-3]。

近年来，国内外学者关于对冰雪水的水质研究微乎其微，由于我国饮用水资源不足，地表饮用水的质量已经遭到了一定程度的污染[4]，可开发的冰雪水面积极大。若把冰雪水可处理转化为饮用水，可解决我国面临饮用水不足的问题，故本文对色季拉山的冰雪水水质展开调查与研究。

1 水质评价方法

目前，国内外学者提出的河流水质评价方法主要有单因子评价法、内梅罗污染指数法、灰色聚类法、层次分析法、主成分分析法、模糊评价法以及加拿大水质指数法(CCME WQI)[5- 8]等；但对于冰雪水水质的评价方法还处于空白阶段，故本文把内梅罗污染指数法和CCME WQI应用于冰雪水水质的评价，为后续冰雪水水质的研究提供科学支撑。

1.1 加拿大水质指数法(CCME WQI)

CCME WQI法是国际上用于评价饮用水水质的方法，从范围(F1)、频率(F2)、振幅(F3)3个方面对所有检测地点的检测值是否超标进行了评价，其计算公式为[9-10]

F1=100P/N

(1)

F2=100Q/M

(2)

F3=nse/(0.01nse+0.01)

(3)

nse=∑excursion/M

(4)

excursion=(Ci/Csi)-1 (负向指标)

(5)

excursion=(Csi/Ci)-1 (正向指标)

(6)

式(1)～(6)中，P为未达标指标的数量；N为检测指标的总数量；Q为未达标数据的个数；M为所有检测数据的总个数；Ci为检测指标(未达标)的实测浓度；Csi为对应检测指标的标准限值。

通过式(1)～式(6)，计算范围、频率、振幅3个影响因素值，得到处于0～100区间的指数(WQI)值。再根据CCME WQI等级表[11](见表1)，找出对应的等级。

表1 CCMEWQI等级

1.2 内梅罗污染指数法

内梅罗指数是一种兼顾平均值和极值的计权型多因子环境质量指数，具有突出污染较重的检测指标的作用，其计算公式为[12]

(7)

(8)

式中，和的表示与上文相同；Iimax为参与评价的最大单因子指数；Iiare为参与评价的单因子指数的平均值；n为检测指标的总个数；IP为内梅罗指数。

内梅罗指数是根据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》[13]来评价河流水质的方法，因本文把此方法应用于饮用水的水质进行评价，故取其检测项目与地表水标准相同的作为评价因子，并以地表水Ⅲ类标准为因子限值，根据式(7)和式(8)，计算出内梅罗指数(IP)。依据内梅罗指数等级表(见表2)和计算出的IP值，遂可得出此水质对应的等级。

表2 内梅罗指数等级表[14]

2 试验方法与结果

2.1 水质研究

色季拉山地处西藏自治区东南部，是林芝市林芝县东部与中西部的分界带。试验采样地点为色季拉山山口，海拔超过4 300 m，北纬29°43′59″，东经94°43′30″。通过采集色季拉山上的冰和雪，使其在自然光下融化，并将其作为试验样本，对其进行检测。

依据CJ 94—2005《饮用净水水质标准》[15]的检测项目和标准限值，对冰雪水的水质进行检测两次，并求取平均值。检测具体项目所对应的检测方法和主要仪器参考GB/T 5750—2006《生活饮用水标准检验方法》[16]。其水质检测结果(详细数据略)表明，色季拉山冰雪水的水质依据《饮用净水水质标准》31项检测项目除色度、肉眼可见物和浑浊度3项不达标外，其余28项均达到标准。冰雪水中12种金属元素含量均较低，由大到小为铁>铝>锰>锌>银>铬(六价)>铜>铅>镉>硒>砷>汞。

2.2 水质净化

因为水质不达标的3项均为物理杂质，处理起来也方便、快捷。故本试验针对不达标的3项物理杂质，自制净化装置，并尝试研究净化装置中的填料。得到净化效果最佳的装置共分为3层，第一、二层填料均采用西藏本地的细砂，直径范围分别为1.25～2.00 mm及0.16～1.25 mm，第三层采用碘值1 000的活性炭。通过此装置的处理，冰雪水的水质得到净化，其3项不达标的检测项目经净化后水质检测结果如表3所示。

表3 净化后水质检测

根据表3的结果所示，冰雪水中色度、肉眼可见物及浑浊度3项不达标的检测项目经自制装置净化后均达到了直饮水的水质标准，其处理效果也较好。其色度检测项目从10.8度净化为3.0度，处理效果超过了3倍；肉眼可见物检测项目从有大量黑色沉淀净化为没有，其处理效果非常可观，并达到饮用标准；浑浊度检测项目从原有的5.30NTU经净化后变为0.35NTU，净化效果达到了15倍。

3 评价分析

根据色季拉山冰雪水的特点，本文采用CCME WQI法和内梅罗污染指数法两种不同的评价指标体系，以反映不同的评价体系对冰雪水水质评价结果的影响。

对于CCME WQI法，31项水质检测项目除臭和味、肉眼可见物、总大肠杆菌和粪大肠杆菌4项外，其余27项检测项目均作为评价因子。由水质检测结果可知，27项评价因子中，色度和浑浊度两项检测项目未达标，其余25项均达标。

根据两种评价体系，得出冰雪水水质的等级和水质状况，结果如表4所示。

表4 两种评价体系下水质的等级和水质状况

根据表4可知，色季拉山的冰雪水水质状况良好，检测项目很少偏离相应标准。上述两种评价体系对本试验的水质评价影响不大，两种指数等级均为第二等级。与实际的水质检测结果相比，偏差不大，基本符合表3的叙述和水质的检测结果。这表明上述两种评价体系对冰雪水的水质评价均适用，然而内梅罗污染指数法需要另外对照地表水环境质量标准，比较费时费力，故建议研究冰雪水的水质可采用CCME WQI法。

4 结 论

(1)以西藏主要雪山之一的色季拉山为例，依据《生活饮用水标准检验方法》的检测方法和仪器，依据《饮用净水水质标准》的31项检测项目，对该山上的冰和雪进行了检测。其中31项检测项目中除色度、肉眼可见物和浑浊度3项不达标外，其余28项均达到标准。冰雪水中12种金属元素含量均较低，其顺序由大到小为铁>铝>锰>锌>银>铬(六价)>铜>铅>镉>硒>砷>汞。

(2)通过自制净化装置，对冰雪水中色度、肉眼可见物及浑浊度3项不达标的检测项目进行净化。经净化后，冰雪水的水质达到了直饮水的标准。其中，色度的净化效果超过了3倍，浑浊度的净化效果达到了15倍。这表明用3层滤料分别为1.25～2 mm 的细砂、0.16～1.25 mm的细砂以及碘值为1 000 的活性炭的净化装置，净化效果较好，达到了此试验的净化目的。

(3)采用CCME WQI法和内梅罗污染指数法两种评价指标体系，对冰雪水的水质进行了评价。其表明两种评价体系对冰雪水的水质评价均适用，且对本试验的水质评价影响不大。其中，两种指数等级均为二级，与实际的水质检测结果相比偏差不大，基本符合水质的检测结果。