贵州百花湖流域主要地表河流水质评价分析

张洁 焦树林 赵梦 赵宗权 莫跃爽

摘要：观山湖是贵州生态文明示范区，百花湖是区内最大的引用水源，也是长江上游地区的重要生态屏障。选取观山湖区百花湖流域地表河流猫跳河、麦架河、麦城河、宋家冲河和李家冲河为研究对象，采用水质污染指数法和综合水质标识指数法对2016年～2017年1月的8个水质指标进行了评价分析。结果表明：① 5条地表河流全年表层年均温度为16 ℃，水体pH值总体呈弱碱性，范围为7.52～8.19。② CODCr、BOD5、NH3-N、TP为主要污染源，综合污染指数范围为0.31～1.19，综合水质标识指数范围为2.200～5.220，污染最严重的河流是麦架河。③ 由综合污染指数法得出5条河流在3个时期中有7%的结论为重度污染，与综合水质标识指数法得出的Ⅴ类水质占7%的结论相一致。④ 水质状态由好到差为猫跳河>麦城河>李家冲河>宋家冲河>麦架河，水质最差的麦架河和宋家冲河都属外源河。

关 键 词：

水质评价; 污染指数法; 综合水质标识指数法; 地表河流; 喀斯特地貌地区

中图法分类号： X824

文献标志码： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2021.06.003

0 引 言

“十一五”规划提出将观山湖作为贵州省生态文明示范区，观山湖再次被确定为重点开发的主体功能区示范点。百花湖是区内最大的饮用水源，也是长江上游地区的重要生态屏障，因此，强化各种水源补给安全是保障百花湖水源水质处于良好状态的关键。随着农村城镇化建设步伐的加快，农村生活污水、生活垃圾以及畜禽养殖污染对饮用水源、地表水及生态环境都造成了一定的威胁[1-2]。

观山湖具有典型的喀斯特地貌特征，地表岩石主要以碳酸盐岩为主，相较于非喀斯特区，在水对可溶性岩（碳酸盐岩）的化学溶蚀以及物理侵蚀、沉积等作用下易形成洼地、洞穴、裂缝等地貌类型。地表水下渗严重，下渗后容易泄漏进入地下河，加上特殊的“二元”水环境系统，使得地表水与地下水连通性强，一旦水库、地表河流受到污染就很难治理。

李家冲河（麦西河）、宋家冲河（南门河）、麦架河、麦城河和猫跳河都属百花湖流域的主要地表河流。由于独特的喀斯特地貌类型，地表水可通过入渗、泄漏等方式进入地下水层。地表水受到污染不仅会对区内最大人工水库百花湖的饮水安全造成威胁，同时还影响着地下水的水质安全[3]。由于地下水污染后治理困难，因此对地表水的水质状况进行合理评价并制定科学有效的治理措施对百花湖水库和地下水的水质安全都有重要意义。

水质评价的方法有单因子指数法、综合污染指数法、内梅罗指数法，模糊综合分析法、主成分分析法、综合水质标识指数评价法等[4-8]。

孙涛利用综合污染指数法对锦溪上游水质进行的评价分析发现，单因子指数法的评价结果过于保守，而将其与综合污染指数相结合的评价结果更能让人接受[9]。郭晶等[10]研究发现，每种评价方法在评价水质时的侧重点不同，评价方法各有优缺点。只通过单一的水质评价方法不能准确地评价研究区的污染状况，因此不同水质评价方法的有效结合能使评价结果更客观、更加接近事实。单因子指数法虽然所得结果过于保守，但单因子指数法能得出研究区的主要污染因子和水质类别。综合污染指数法能统计出各污染指标的相对污染指数，得到具有代表性的污染数值，从而确定研究区的污染程度[9-11]。综合水质标识指数法主要是对河流水质中的各种污染因子进行定量的评价，该方法操作简单，将定性和定量相结合，可以在同一类别中比较水质的优劣，也可以对劣Ⅴ类水质做更细的划分，得出水质是否出现恶臭现象[12-13]。

本文将用单因子指数评价法、综合污染指数法和综合水质标识指数法对汇入百花湖的李家冲河、麦城河、宋家冲河、麦架河和猫跳河5处地表河进行水质评价，分析其水质污染原因、主要污染因子及污染程度，从源头上解决水质污染问题，降低汇入百花湖和地下水的水质污染程度，从源头上保护水源。研究结果可为地表水水质向良好状态发展给出有益的参考，为相关的水资源管理部门提供科学依据。

1 研究区概况

李家冲河、麦城河、宋家冲河、麦架河和猫跳河位于观山湖境内（东经106°27′49″～106°34′23″，北纬26°35′48″～26°42′20″），是百花湖流域内主要的地表河流。百花湖是观山湖区内的最大人工水库，地处乌江水系的南明河水系和猫跳河水系的分水岭地带，以西为猫跳河水系，以东为南明河水系。水库周围连接诸多河流。麦架河和麦城河汇入猫跳河，与宋家冲河和李家冲河一起汇入百花湖。猫跳河的监测断面李官电站位于百花湖下游的北部，麦城河的监测断面下麦村位于百花湖西部，麦架河的监测断面郝官桥、宋家冲河的监测断面板坡场和李家冲河的监测断面李家冲位于百花湖流域东部。这5条河流中，麦架河和宋家冲河属于外源河，由白云区流向观山湖区汇入百花湖水库（见图1）。区内属中亚热带高原季风湿润性气候，冬无严寒，夏无酷暑，全年气候温暖湿润适中，素有“第二春城”的美称[14]。其最冷月为1月，平均温度为5.1 ℃，最热月在7月，平均温度为24 ℃，多年平均降水量为1 095.6 mm[15-17]。

2 材料与方法

2.1 采样点设置

以猫跳河、麦架河、麦城河、宋家冲河、李家冲河5条地表河流为研究对象，监测点分别为李官电站（S1）、郝官桥（S2）、下麥村（S3）、板坡场（S4）和李家冲（S5）。在5个监测断面表层0.5 m处进行采样。通过实地自设断面对每个监测点每月上旬或中旬的河流进行每月一次的监测，监测期间天气晴朗。

统计得到2016年4，6，8，10、12月和2017年1月的猫跳河、麦架河、麦城河、宋家冲河和李家冲河5条河流的水质监测数据。为了更好地对5条河流各时期的水质进行评价，根据贵州降雨量的特征并结合采样时间，将采样数据划为3个水期，即丰水期（6月、8月）、平水期（4月、10月）、枯水期（2016年12月，2017年1月）[18]。

2.2 水质指标及测定方法

根据GB3838—2002《地表水环境质量标准》的水质指标要求并结合研究区的水环境特点，选取温度与pH、DO、CODMN、CODCr、BOD5、NH3-N、TP、石油类8种水质指标进行水质分析[19-21]。选用GB3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅲ类标准作为监测断面的水质评价标准限值[22]。现场通过水质仪测得T、pH、DO，通过稀释方法测出BOD5，用酚酞滴定测出CODMn，其余指标是在实验室通过相应仪器测得。

2.3 评价方法

2.3.1 单因子指数评价法

单因子指数评价法是用研究区所选的水质指标中水质最差的指标因子来表示整个断面的水质污染类别，单因子指数法对非溶解氧指标、溶解氧指标、pH的表达式不同[14]。单因子指数用Pij表示。

非溶解氧污染指标的表达式为

Pdij=Cij/Sij（1）

式中：Pdij表示第i断面第j项指标因子的污染指数;Cij为第i断面的第j项指标的实测浓度;Sij为第i断面的第j项指标的标准浓度。

溶解氧的单项污染指数表达式为

Pij（DO）=CfDO-CDO/CfDO-SODO，CDO≥SODO（2）

Pij（DO）=10-9CDO/SODO，CDO

式中：Pij（DO）为溶解氧的单因子污染指数;CDO为溶解氧的实测浓度;CfDO为饱和溶解氧的浓度;SODO为与水质污染指标对应的溶解氧浓度标准值。

pH的单因子指数评价法的表达式为

Pij（pH）=7.0-pHij7.0-pHsd，pH≤7.0，pHsd=6（4）

Pij（pH）=pHij-7.0pHsu-7.0，pH>7.0，pHsu=9（5）

式中：Pij（pH）表示pH的污染指数;pHij 表示pH的实测值;pHsd表示评价标准中pH的下限值;pHsu表示评价标准中pH的上限值。

当Pij>1时，该项指标超标，水体污染;当Pij≤1时，该项指标未超标，水体未污染[23]。

2.3.2 综合污染指数法

综合污染指数法是在单因子指数法的基础上，通过每个断面等权重求取平均值的一种方法。其表达式为

PT=1/nn1Pij（6）

式中：PT表示综合污染指数，Pij在表达式（1）中已表示。PT≤0.25，清洁;0.25

2.3.3 综合水质标识指数法

综合水质标识指数法是在单因子水质标识指数法的基础上，用整个研究区的一组水质污染指标作为研究对象。综合水质标识指数由一位整数加上3位小数点主成[24-25]。其表达式为

Iwq=X1.X2X3X4（7）

式中：X1为水体的综合水质类别，X2表示综合水质在X1类水质区间内所处的位置;X3为参与水质评价的指标中劣于水体水质指标的个数，X4为综合水质标识与功能区水质类别的比较结果[5，26]。通过水质标识指数法，可以判断水质的污染类别，判断类别见表1。

3 结果与分析

3.1 水质指标特征分析

从平水期、丰水期、枯水期及全年的水质指标来看（见图2），pH在平水期、丰水期、枯水期都呈弱碱性，取值范围为7.52～8.19，平均值为7.74，最大值在宋家冲河，为8.19，最小值在李家冲河，为7.41。全年平均温度都在16 ℃左右。以Ⅲ类水质标准为参照值，8个水质指标在5个监测断面都有超标现象，DO在S1、S4、S5监测断面上达到水质标准，而在S2的丰水期和枯水期、S3的丰水期都处于Ⅳ类水质。

其中CODMn只在麦架河的枯水期出现超标现象，其值为6.2 mg/L，达到Ⅳ类水质标准。NH3-N在S2处出现峰值，明显高于其他4个断面的水质监测值，在整个时期水质都出现超标现象，其中平水期NH3-N值达到5.81 mg/L。TP在S1处含量最低，达到水质指标范围。石油类指标出现高峰值是在S3的平水期，其值为0.15 mg/L，达到Ⅳ类水质标准，水质主要受到石油類的污染。

从全年的水质指标值看，在S2水质指标出现的高峰值最多，水质污染最严重，其中DO、CODMn、CODCr、BOD5、NH3-N、TP都超标。而在S1、S3监测断面，8个水质指标出现的超标现象较少，其中S1在8个水质指标中均未超过Ⅲ类水质标注，水质最好。S3除了DO、石油类出现超标外，其余水质指标都达Ⅲ类水质标准，水质较好。S4监测断面主要是CODCr、NH3-N、TP出现超标现象，水质达到Ⅳ类标准。总的来说，整个研究区水质污染的主要原因是CODCr、BOD5、NH3-N、TP超标[27]，其次是CODMn、DO、石油类。

3.2 水质污染指数评价

由图3～4可以看出，研究的5条河流的3个时期中，40%为较清洁，13%为轻度污染，40%为中度污染，7%的为重度污染[28]。猫跳河和麦城河的水质都处于较清洁状态。且由水质综合污染指数看出，猫跳河水质最好，水质由好到差为平水期>丰水期=枯水期，水质的综合污染指数分别为0.31，0.34，0.34，全年的污染指数为0.36，水质较清洁。其次是麦城河，麦城河水质状况为丰水期>枯水期>平水期，综合污染指数为0.35，0.36，0.40。水质仅次于猫跳河，水质较好。

麦架河在5条河流中水质最差，麦架河3个时期的水质状况为丰水期>枯水期>平水期，主要污染指标为NH3-N，水质的综合污染指数分别为0.86，0.87，1.19。水质最差的为麦架河的平水期，水质达到重度污染，综合污染指数达到1.19。

宋家冲河水质在平水期、丰水期、枯水期及全年都处于中污染状态，水质状况为丰水期>平水期>枯水期，水质污染最差的为枯水期，最好的为丰水期;水质污染指数分别为0.52，0.60，0.61。李家冲河水质低于猫跳河和麦城河，高于麦架河和宋家冲河，主要的超标指标为DO、BOD5。

李家冲河的水质状况为平水期>丰水期>枯水期，水质污染指数分别为0.47，0.49和0.53，枯水期水质表现为中度污染，其余时期都为轻度污染，全年水质呈现中度污染，污染综合指数为0.53。

通过单因子指数法和综合污染指数法看出，全年水质最差的是麦架河，最好的为猫跳河。水质由好到差为猫跳河>麦城河>李家冲河>宋家冲河>麦架河，主要的污染指标为NH3-N、CODCr、TP、BOD5。麦城河、麦架河汇入猫跳河，虽然猫跳河的水质目前处于较清洁状态，但是其支流中有水质较差的河流，如果支流的水质不能得到较好的监督和防控，将会影响猫跳河的水质状况，最终将对百花湖水质产生负面影响，造成水质富营养化状态加重。

3.3 综合水质标识指数法评价

就综合标识指数来看（见表2和图5），麦架河和宋家冲河的综合标识指数最大，麦架河在平水期、丰水期和枯水期的综合标识指数分别为5.220，4.820，4.630，宋家冲河在枯水期、丰水期、平水期的综合水质标识指数分别为3.540，3.430，3.320。判定类别为Ⅴ类的是麦架河的平水期，麦架河的枯水期、丰水期水质在Ⅳ类水质范围内。麦架河全年的水质标准为Ⅳ类，其水质标识指数为4.890，接近Ⅴ类水质，水质较差。

水质标识指数在3.0

总的来说，水质由好到差为猫跳河>麦城河>李家冲河>宋家冲河>麦架河，这与用综合污染指数法所得结果一样。除了麦架河，其余河流水质都在GB3838—2002《地表水环境质量标准》的水质指标Ⅲ类范围内，因此后期应加强监控和管理，避免水质出现恶化现象。

4 讨 论

至2012年12月建立以来，观山湖就拥有集农业、旅游、现代服务业、会展金融和商贸物流为一体的生态型、数字化、园林式的现代化新城。但由于发展的不协调，在发展过程中存在产业空间结构不明晰、生态环境和水环境保护压力大等问题。使得农村城镇化建设加快、百花湖取水量加大，生活污水、垃圾及禽畜养殖对饮用水源、地表河流及生态环境都造成了一定的威胁。

针对生活污水、垃圾及禽畜养殖对饮用水源、地表河流造成的威胁，从2016年初，政府就环百花湖村寨共设23个污水处理站，其中百花湖乡16个。采用地埋式智能微动力一体化设备+潜流人工湿地的处理工艺对乡村点源污水进行处理。对城市的面源污染物如：汽油、机油、重金属、生活垃圾及其他污染物，除对其固体污染物进行收集分类集中处理外，未来可采取海绵城市策略，种植生态草沟建立雨水花园来处理城市的不透水层带来的面源污染。

地表水水质的优劣关系到政府实施的有关污水治理的成效。由上述3种水质评价共同得出：5条地表河流在汇入百花湖前，水质由好到差为猫跳河>麦城河>李家冲河>宋家冲河>麦架河，其中猫跳河水质最好，水质最差的是麦架河，其次是宋家冲河。宋家冲河、麦架河都属外源河，在进入观山湖区前就污染严重，水质受到生活生产活动的影响，产生了含NH3-N，TP较多的生产生活污水。其中污染最严重的麦架河上游沿河有许多村寨，生活生产污水排放量大，使得上游有一处未按照相关标准进行有效处理的垃圾填埋场，再加上麦架河沿岸受保护的基本农田多，耕地面积大，使得农药化肥使用量大，严重污染当地水质。要想控制麦架河上游的污染状况，除了垃圾填埋场要严格按照国家标准处理生产生活垃圾及减少使用农药化肥外，最重要的是从源头出发，宣传保护生态环境的重要性，规定居民在固、液、气的污染物上的排放量，提高居民保护水环境的意识。

麦架河和麦城河的水先汇入猫跳河，再经猫跳河流入百花湖，麥架河水质最差，全年水质判定类别为Ⅳ类，而猫跳河水质最好，全年水质类别为Ⅱ类。麦架河的水在流入猫跳河后对其没有太大影响，原因是麦架河的水在流向观山湖过程中其自净能力发挥了作用以及在进入观山湖区后，被金百污水处理厂进行污水处理，再加上监测点S1处在百花湖生态小城镇发展范围内，污水治理水平较高，这就使得麦架河汇入猫跳河后污染物含量减少，水质提高，从而对干流猫跳河水质没有造成太大影响。

5条地表河流汇入百花湖，汇入点分别为百花湖水库的大坝、贵铝泵房和麦西河口，其水质类别在2016～2017年1月都为Ⅲ类。而在同一时期，整个百花湖的水质评价指标都为Ⅳ类，氨氮和总磷严重超标，富营养化严重，这说明百花湖水库水质差的主要原因已不是地表河流汇入所致，这与2016年该区人民政府签订及实施的《贵阳市水污染防治目标责任书》有很大的关系。说明政府的强制管理有了显著的效果，至少在地表水汇入水库前水质得到了很好的治理。而影响百花湖水质差的原因可能与红枫湖水库中的水流入百花湖有关，因此加强百花湖上游的红枫湖水库的监测管理也是保障百花湖水库水质安全的关键。

5 结 论

（1） 单因子指数得出CODCr、NH3-N、TP、BOD5为主要超标因子。综合污染指数法得出的5条河流在3个时期中有13%为轻度污染、40%为中度污染，7%为重度污染;综合水质标识指数法得出的3个时期中Ⅳ类水质占13%，Ⅴ类水质占7%。两种方法得出的重度污染与Ⅴ类水质占比一致，说明两水质评价法对于该研究区的实用性强，同时也说明本次研究所得结论具有一定的真实性。

（2） 5条地表河流全年年均温度为16 ℃，水体总体呈弱碱性，取值范围为7.52～8.19。研究区的综合污染指数范围为0.31～1.19，综合水质标识指数范围为2.200～5.220。污染指数最严重的河流都是麦架河，水质最好的河流为猫跳河。水质状态由好到差为猫跳河>麦城河>李家冲河>宋家冲河>麦架河。其中水质最差的麦架河与宋家冲河都是外源河流。

（3） 针对麦架河、宋家冲河，可加大跨区的污水处理合作，从源头上加强水源保護，实行截污减排政策，减少化肥农药的使用量，鼓励使用农家肥种植，发展有机农业。建议对百花湖采取低污染、低冲击的发展模式。

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（编辑：刘 媛）

Water quality evaluation and analysis of main surface tributaries

of Baihua Lake in Guizhou Province

ZHANG Jie，JIAO Shulin，ZHAO Meng，ZHAO Zongquan，MO Yueshuang

（School of Geography and Environmental Science，Guizhou Normal University，Guiyang 550025，China）

Abstract：

Guanshan Lake is an ecological civilization demonstration area in Guizhou Province.Baihua Lake is the largest drinking water source of Guanshan Lake and an important ecological barrier in the upper reaches of the Yangtze River.Taking the main surface tributaries of Baihua Lake basin as research objects，including the Maotiao River，Maijia River，Maicheng River，Songjiachong River and the Lijiachong River，the eight water quality indicators from 2016 to January 2017 were analyzed by water quality pollution index method and comprehensive water quality identification index.The results show that：① the surface temperature of the five surface rivers is about 16 ℃，the water is generally weakly alkaline and the pH value ranges from 7.52 to 8.19.②CODCr，BOD5，NH3-N and TP are the main pollution sources，the comprehensive pollution index ranges from 0.31 to 1.19，the comprehensive water quality identification index ranges from 2.200 to 5.220，and the most polluted river is the Maijia River.③For the five rivers，the comprehensive pollution index method shows that 7% water samples are severely polluted in three water periods，which is consistent with the 7% samples belonging to classⅤwater standard that is given by the comprehensive water quality index method.④The water quality status ranks as：Maotiao River>Maicheng River>Lijiachong River>Songjiachong River>Maijia River，the most polluted rivers，Maijia River and the Songjiachong river are alien rivers.

Key words：

water quality evaluation;pollution index method;comprehensive water quality identification index method;surface river;Karst geomorphic area