邯郸大型水库水体质量及富营养化综合评价

李春燕

(河北省邯郸水文勘测研究中心，河北 邯郸 056001)

邯郸市有大型水库两座，分别是岳城水库和东武仕水库，两座水库相距25km，均在邯郸市磁县境内，均以防洪为主，兼顾邯郸市的生活、工业、农业、生态用水。两座水库作为邯郸市的饮用水源地和备用水源地，水质状况的好坏影响着城市的饮用水安全和经济发展。水库的富营养化程度是水库水质好坏的一个重要指标，水体富营养化主要是由磷、氮超标引起的。天然环境下，水库水体从贫营养水体发展到富营养水体是一个较为缓慢的过程，但在湖库水产养殖、污水排放等人类活动影响下，会加速湖库的这个变化过程。岳城水库是邯郸市的饮用水水源地，也是邯郸东部生态水网的主要供给者，东武仕水库为邯郸市部分工业用水和农业灌溉用水提供保障。因此，保护好邯郸市水库水源是实现水资源可持续利用，保障邯郸市经济持续、稳定、健康发展的重要条件。

为掌握邯郸市大型水库水体质量和营养化状态，改善水库水环境，为邯郸市水资源科学管理、合理利用提供科学依据，对水库水环境进行分析评价十分必要。

1 评价方法

分别采用综合污染指数法和综合营养状态指数法对邯郸市两座大型水库的水环境质量和富营养化状态进行评价。

1.1 综合污染指数法

先计算相关评价参数的分指数，即相关评价参数的监测值与其评价标准值的比，然后通过数学计算将相关评价参数的分指数进行综合计算，运算结果即为水体的综合指数，水体的污染程度用综合指数值代表。其中单项分指数的计算可以采用均值型指数法、叠加型指数法、Brown水质指数法、Ross水质指数法、加权均值法、内梅罗污染指数法、指数聚类法等不同的方法进行。计算过程中采用的计算方法不同，评价污染指数法的表达形式也不同，均值型指数法是最常用的一种计算方法，计算步骤简单，且计算过程中能直观地反映出水体中最大污染因子，故本文采用均值型评价法进行计算。

a.分指数指的是水质单项评价指标对水体水环境的影响程度。根据水样化验结果，污染分指数采用单项评价指标的实测浓度与允许水环境标准浓度的比值进行计算：

(1)

式中：Ii为单项污染分指数；Ci为评价项目的监测浓度,mg/L；Csi为评价项目的标准值,mg/L，为地面水环境质量标准Ⅲ类水数值。

b.因溶解氧浓度值越高其污染危害程度越低，故其评价参数的分指数计算公式为

(2)

式中：Cimax为溶解氧的饱和浓度。

c.因pH值存在最高和最低允许范围，故pH值的分指数计算公式为

(3)

(4)

式中：Csip为pH值容许值界限间平均值；Csimax为pH值最大容许值；Csisma为pH值最小容许值。

Csip值计算公式为

(5)

d.氯化物、溶解性总固体、总硬度3项指标在地表水环境质量标准中未被列入，本文中其评价参数按照生活饮用水标准进行。

e.综合污染指数法按照算术平均的方法计算，根据前面计算结果求各评价参数的分指数的算术平均值，公式如下：

(6)

式中：I为综合污染指数；Ii为单项污染分指数；N为参加评价的项目个数。

根据式(6)计算结果，按照综合污染指数的大小，把地表水环境分为6个级别，见表1。

表1 地表水环境质量分级标准

1.2 综合营养状态指数法

先计算出选取参数的分指数，每个参数的分指数之和即为综合营养状态指数。依据计算结果，参照水体营养状态分级标准评价水库水体的富营养化程度。

a.综合营养状态指数计算公式为

(7)

式中：TLI(∑)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为第j种参数的营养状态指数。

把叶绿素(chla)作为基准，则第j种参数的相关权重计算公式为

(8)

式中：rij为第j种参数与基准参数chla的相关系数；m为评价参数的个数。湖泊(水库)部分参数与叶绿素的相关关系见表2。

表2 湖泊(水库)部分参数与叶绿素的相关关系rij及值

营养状态指数计算公式为

TLI(chla)=10(2.500+1.086lnchla)

TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

TLI(SD)=10(5.118-1.940lnSD)

TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

(9)

b.本次水库富营养化状态评价中选取TN、TP、CODMn、chla和SD 5个参数进行评价。

c.根据计算指数的大小，把水库的营养化程度分为6个级别：TLI(∑)<30为贫营养，30≤TLI(∑)≤50为中营养，TLI(∑)>50为富营养，5070为重度富营养。

2 评价结果

2.1 综合污染指数法评价水体状况

根据邯郸市两座水库水源地水质状况，用综合污染指数法中相应的公式分别计算出每个参数的单项污染分指数，然后计算两个水库全年、汛期、非汛期3个不同时期的综合污染指数，最后根据表1对其水质状况进行分级。评价结果见表3，岳城水库汛期、非汛期、全年平均的水质级别均为尚清洁，综合污染指数在0.28～0.30之间，其中汛期的污染指数较高，为0.30；东武仕水库汛期、非汛期、全年平均的水质级别也是尚清洁，但综合污染指数在0.37～0.40之间，其中非汛期因来水量减少，污染指数较高，为尚清洁级别的上限值0.40，汛期和全年平均的污染指数分别为0.37和0.38。两座水库水体质量较好，仅有总氮的含量较高，超地表水Ⅲ类水标准值，其他各因子均在标准值内，因此影响两座水库水体质量的主要因子为总氮。

表3 邯郸市大型水库水质评价结果

续表

2.2 综合营养状态指数法评价水体状况

采用综合营养状态指数法中相应的计算公式进行计算，分别得出5个参数的分指数，然后计算两个水库汛期、非汛期以及全年3个不同时期的综合营养状态指数，最后根据水库营养状态分级标准对两个水库不用时期的营养状态进行分级，结果见表4。

表4 邯郸市大型水库富营养化评价结果

岳城水库和东武仕水库全年平均、汛期、非汛期的富营养化程度都为中营养。岳城水库的总评分值在42～48之间，汛期最大，非汛期略小；东武仕水库的总评分值为50(见图1)。两座水库水体中总氮评分值最高，岳城水库为12.7，东武仕水库为13.6，故影响两座水库富营养化状态的主要因子是总氮。

图1 富营养化评价柱状图

3 结 语

本文采用了综合污染指数法和综合营养状态指数法对邯郸市两座大型水库进行了水体质量和富营养化评价。结果表明：两种方法的评价结果一致，与实际水体状况较为吻合，综合污染指数法能判断水体的污染状况，综合营养状态指数法能判断出水体的富营养化状态。两种方法的计算步骤简单，实用性较强，能比较全面地反映水库的水环境状况，所以两种评价方法相结合的评价方式更适合水库水环境评价。

综合污染指数法和综合营养状态指数法评价水库水环境质量的主要影响因子均为总氮。经过对岳城水库上游匡门口、刘家庄两个断面的数据进行检测，发现入库河流清漳河总氮的含量高于岳城水库中水体总氮的含量，而东武仕水库上游南留旺站总氮的含量也高于水库中水体总氮的含量，故上游来水总氮含量较高是水库总氮超标的原因之一。另外，我国农田中使用的化肥主要是以含氮的尿素为主，农药化肥的残余量通过地表径流以及下渗到地下水通过地下径流直接对水库水质进行污染，所以农业面源污染也是水库总氮含量超标的原因之一。建议相关部门积极制定相关防治措施，控制总氮含量，以改善水库水环境质量。