基于水污染指数法的大冶湖水质评价

2021-04-22刘子国杨雪芬

湖北理工学院学报 2021年2期

刘子国，曹阳，杨雪芬

(1.湖北理工学院环境科学与工程学院，湖北黄石 435003；2.黄石湖理环保节能产业技术研究院，湖北黄石 435003；3.湖北省生态环境厅黄石生态环境监测中心，湖北黄石 435003)

大冶湖位于湖北省东南部，地跨大冶市、阳新县、黄石市西塞山区和开发区。大冶湖流域内河湖众多，集水面积广，流域面积为1 106 km2，水域面积为64.6 km2，属长江一级支流[1]。由于重工业和农业的发展，大量工业废水、生活污水以及农业污染物排入大冶湖，导致水质不断恶化[2]。为进一步了解大冶湖的水质现状，采用水污染指数法对大冶湖的水质状况进行评价，分析水体污染原因，提出改善水质的建议，为大冶湖综合治理提供依据。

1 研究方法

1.1 水污染指数法

水污染指数法(Water Pollution Index，简称WPI)是基于单因子评价方法基本原则，根据水质类别和WPI值(Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，劣Ⅴ类水质对应的水污染指数(WPI)值分别为20，20～40，40～60，60～80，80～100，>100)，应用内插方法计算出参加水质评价项目的WPI值，选取最高值作为某个监测点的WPI值[3]。WPI值计算方法如下：

当水质为Ⅰ～Ⅳ类时，

(1)

式(1)中，C(i)为第i个监测和评价项目的浓度值；Cl(i)为第i个评价项目所在水质类别的下限浓度值；Ch(i)为第i个评价项目所在水质类别的上限浓度值；WPI(i)为第i个评价项目的对应指数值；WPIl(i)为第i个评价项目的下限浓度值对应指数值；WPIh(i)为第i个评价项目的上限浓度值对应指数值。

当溶解氧(DO)≥7.5 mg/L时，取评分值为20分；当2≤DO<7.5时，计算公式则为：

(2)

pH(属于无量纲值)取评分值20分。当水质为Ⅴ类及劣Ⅴ类时，WPI值的计算公式为：

(3)

式(3)中，C5(i)为第i个水质项目Ⅴ类水质标准浓度限值。

采用水污染指数法可对水体主要污染指标进行识别，筛选原则和方法为：水质为Ⅲ类或优于Ⅲ类的断面不做主要污染指标筛选；水质劣于Ⅲ类的断面，从超过Ⅲ类标准限值的指标中取WPI值最大的前3个指标作为该断面的主要污染指标[4]。

1.2 数据来源

水质监测是河流水质评价的重要依据，其中氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、5日生化需氧量(BOD5)、溶解氧(DO)等指标为河流水质监测的必测项目，而总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn)为湖泊、河流等水域水质营养状态评价指标。若该类指标过高，则导致该水域出现富营养状态，造成藻类生长过旺，河湖水质变差[5]。本研究针对大冶湖(磊山湖心)2020年水质监测数据的月平均值，采用水污染指数法分析大冶湖2020年水质变化情况。

2 结果与讨论

2.1 大冶湖水质监测结果

2020年大冶湖的水质指标监测结果见表1。

表1 2020年大冶湖的水质指标监测结果

2.2 水质分析与评价

运用水污染指数法对2020年大冶湖的水质进行分析评价，其评价结果见表2。

表2 2020年大冶湖的水质评价结果

2.2.1水质类别比较

由表2可知，对大冶湖水质影响最大的是总磷(TP)和总氮(TN)两项指标。大冶湖大桥断面全年有9个月的水质劣于Ⅲ类，其中有5个月处于劣Ⅴ类，说明大冶湖大桥断面的水质较差。这与大冶市区的生活污水还未完全收集到位有一定关系。对于磊山湖心水质，全年只有7月份的水质为Ⅴ类，有6个月的水质为Ⅲ类，其余为Ⅳ类，其水质明显要优于大冶湖大桥断面。对于大冶湖闸断面，5月份的水质为劣Ⅴ类；6月份、11—12月份为Ⅴ类，虽优于大冶湖大桥断面，但比磊山湖心水质要差。

2.2.2定量评价比较

利用水污染指数法(WPI)进行定量比较，磊山湖心的WPI值全年中有9个月是低于另2个监测断面的，其全年WPI平均值最小，可见磊山湖心的水质是明显优于另2个断面。中间断面磊山湖心水质明显优于其他2个断面的水质，说明大冶湖自净能力尚可，只要在大冶湖流域持续开展环境综合治理，减少污染物入湖量，通过自净能力大冶湖水质可得到有效提升。