“十三五”期间上塘河(海宁段)水质监测及评价

陈李庆，刘 莹，陈新乐，刘 奇

(1. 杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 311121； 2. 浙江省环境工程有限公司，浙江 杭州 310012； 3. 海宁市环境保护监测站，浙江 嘉兴 314400)

0 引言

地表水水质监测结果表明我国水体总体为中度污染，水污染相对严重，为此国家在不断加大水污染防治的力度[1].随着防治工作的开展，“十二五”期间全国水环境质量持续改善，但不平衡、不协调的问题十分突出[2].为解决此类问题，“十三五”期间细化了“水十条”相关要求和流域分区管理体系，对项目实施动态管理并第一次将实施范围覆盖到全国[3].浙江省政府响应号召，实施“五水共治”战略来改善水环境质量[4].根据2019年浙江省221个省控断面检测结果，Ⅰ～Ⅲ类水质断面占91.4%，与上年同比增加6.8%，总体水质已明显改善[5].为推进“十三五”水污染防治工作，浙江省生态环境厅发布了2020年水污染防治行动实施方案[6]，明确指出“五水共治只能加强，不能放松”，确保水质不断改善.

近年来，海宁市政府根据“十三五”规划和“五水共治”战略，坚持绿色发展理念，以改善环境质量为主线，因地制宜大力推进水污染防治工作，水环境质量得到持续改善.“十二五”期间对海宁市辛江塘等10处河流断面的检测结果表明，各河段均未达到相应水质功能要求，其中上塘河污染情况最为严重[7].上塘河(海宁段)西起许村莫家堰，经杨家渡、长安镇、石井、春富庵到盐官，最后经上河闸排入钱塘江[8]，是海宁市规划的第一批重要水域.“十三五”期间，海宁市政府对上塘河污染源进行排查分析，并针对不同污染物采取植物修复、清淤等多种方式综合治理[9]，其水质已有改善，但缺乏相关水质动态变化的研究.因此，对上塘河(海宁段)流域水质现状进行分析评价，可为其在“十四五”期间水环境质量改善提供数据支持和理论参考，具有重要的现实意义.

国内外水质评价方法主要有单因子评价法[10-11]、综合水质标识指数法[12-13]、模糊综合评价法[14]、人工神经网络法[15-16]、内梅罗污染指数法[17]和修正内梅罗污染指数法[18]等.各种评价方法都有其使用特点和条件，如单因子评价法计算简单、方便，能够确保水体安全，各污染因子污染程度一目了然，但不能综合反映水体质量[19-20]；内梅罗污染指数法是在单因子评价法的基础上兼顾极值的计权型指数，但过于考虑最大污染因子，忽视了其他污染因子的影响，评价不够准确[21]；修正内梅罗污染指数法在内梅罗指数法的基础上考虑了各污染因子的权重，解决了最大污染因子对水质评级的影响，能较全面地反映水质现状[22].本文选择上塘河(海宁段)为研究对象，采用单因子评价法和修正内梅罗污染指数法，对2016—2020年该区域内地表水环境质量进行监测和评价，为其水污染防治提供参考.

1 研究方法

1.1 监测位点布设

根据上塘河(海宁段)流域分布情况和河流断面布点要求(在有大量废水排入河流的主要居民区、工业区及入海河流河口处等地设置监测断面)，综合考虑断面的代表性、可控性和经济性等因素，在该流域上、中、下游设置3个监测点，分别位于许村大桥、水泥厂桥、上河闸(图1)，评价河段长22 km.

图1 上塘河(海宁段)流域监测点示意图Fig.1 The surface water monitoring sites of Shangtang River (Haining Section)

1.2 地表水环境监测指标及评价标准

本研究于2016—2020年每月上旬对水体中的溶解氧、氨氮、总磷、5日生化需氧量、高锰酸盐指数、化学需氧量、总氮和氟化物等8项污染指标进行监测，每次每个断面取3个平行样.按照上塘河的功能类别，选用《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅳ类水质标准对其监测结果进行评价.

1.3 评价方法

先采用单因子评价法对3个监测点的溶解氧、氨氮、总磷、5日生化需氧量等8项指标进行评价，再结合修正内梅罗污染指数法对上塘河(海宁段)各监测点进行综合评价.

1.3.1 单因子评价法

1.3.2 修正内梅罗污染指数评价法

修正内梅罗指数评价等级计算公式[25]为：

2 污染等级的划分标准

本研究选用《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅳ类水质标准进行相应评价，具体评价因子的标准限值如表1所示.

表1 地表水环境质量标准值Tab.1 Environmental quality standard value of surface water mg/L

单因子评价法和修正内梅罗污染指数法根据所选水质指标的标准值和实际浓度，按公式计算污染指数.修正内梅罗标准污染指数[25](以下简称“Pi”)评价标准见表2.

表2 修正内梅罗污染指数评价标准值Tab.2 Evaluation standard value of modified Nemero pollution index

单因子评价法根据水体污染最严重的单项指标来评价水质类别，分为清洁和污染两种情况.若单因子评价污染指数(以下简称“p”)<1，表明水体洁净，未受到污染；若p≥1，则表明水体受到污染，河道水质不符合其功能区划分且数值越大污染程度越大.修正内梅罗污染指数法计算出的数值与标准数值进行对照，分为清洁、较清洁、轻污染、中度污染和严重污染5种情况，污染指数大小直接反映其污染程度.

修正内梅罗污染指数法在计算公式上考虑了污染因子的权重，根据所选水质指标折算出文中8项污染因子的权重值，结果列于表3.

表3 污染因子的权重值Tab.3 Weight value of pollution factor

权重值的大小取决于各污染因子评价标准的大小，即标准值越小的污染因子权重越大.以Ⅳ类地表水为标准，文中8项污染因子中的总磷标准仅为0.3 mg/L，而权重高达0.56，占比最大，即相较于其他污染因子，评价水体的总磷污染越严重，污染指数越大.

3 结果与讨论

3.1 单因子评价法的评价结果与分析

2016—2020年对上塘河(海宁段)3个监测断面进行水质检测，对照相应的标准值，计算出各污染因子的相对污染值，结果见表4.

表4 2016—2020年3处断面各污染因子的相对污染值Tab.4 The relative pollution value of different pollution factors of three sections from 2016 to 2020

由表4可知，许村大桥监测点在2016年期间氨氮、总氮和总磷超标，2017—2019年则是氨氮和总氮超标，2020年仅剩总氮超标.这表明，该断面水环境质量改善显著，其中氨氮污染由2.06降至0.88，降幅达57.3%，已达到地表水Ⅳ类标准；总氮污染由3.28变为2.56，下降幅度达22%.水泥厂桥监测断面在2016年时氨氮、总氮超标，2017—2020年间仅总氮超标.分析历年数据，该断面所有指标均有不同程度下降，其中氨氮因子污染指数从1.26下降到0.65最为明显，下降幅度达48.4%，已达到地表水Ⅳ类标准；总氮因子污染指数从3.13下降到2.27，下降幅度达27.5%.上河闸监测断面在2016—2020年间仅总氮超标，在3个断面中水质最好.分析历年数据，该断面高锰酸盐指数、5日生化需氧量、氨氮、化学需氧量均下降40%以上；总氮因子污染指数从2.74下降到1.95，下降幅度达28.8%，在3个断面中降幅最大，但仍未达到地表水Ⅳ类标准且超标严重.

“十三五”期间，3个监测断面的溶解氧、高锰酸盐指数、5日生化需氧量、化学需氧量和氟化物均未超标，总磷除2016年许村大桥监测断面外未超标，但总氮5年内均未达标且超标严重.根据单因子评价法原则，以最差指标总氮来评价水质类别，即3个监测断面均未达到上塘河Ⅳ类功能区的标准.“十三五”期间上塘河虽未达到Ⅳ类水质标准，但流域水质持续改善，其中上河闸水质最好且5年内水质改善最为明显.

3.2 修正内梅罗污染指数评价法的结果与分析

根据修正内梅罗污染指数法的公式计算“十三五”期间各个断面每年的环境污染指数，对照污染等级标准，评价其污染程度.由图2可知，“十三五”期间许村大桥监测断面除2018年相比于2017年污染指数升高外，其他年份均逐年下降，污染指数从2.51降至1.94.其水质改善的主要原因是近年来海宁市政府把该断面作为河道治理的重点对象，通过新建调水闸站、疏浚河道等一系列措施，实现上塘河流域西片水系活水畅流[9].“十三五”期间水泥厂桥监测断面污染指数从2.35逐年下降至1.72，水质持续改善，主要原因是近年来周王庙镇政府定期对河道进行水质监测，及时发现问题并针对性采取河道清淤、植物修复等多项措施[26].“十三五”期间上河闸监测断面污染指数逐年下降，其中2016年到2018年从2.05降至1.49，水质改善明显.其主要原因是盐官镇对上塘河展开集体巡河，采取改造提升污水处理设备如增加曝气方式等措施来改善水质，但总氮污染问题仍有待于进一步处置.

图2 “十三五”期间监测断面Pi值变化Fig.2 Variation of Pi in different sections during the 13th Five Year period

综上所述，上塘河(海宁段)中氨氮和总氮污染为主要污染因子，水质主要受农污和上游水质影响[27].在实施源头治理、生物滤墙等措施后，氨氮和总氮等指标已得到改善，3处断面的污染指数在“十三五”期间持续下降，虽仍未达到地表水Ⅳ类标准，但水质已逐年改善.

4 结论

根据“十三五”期间的监测数据，利用单因子评价法和修正内梅罗污染指数法对上塘河(海宁段)的3个监测断面进行评价，发现各断面均有不同程度的污染，其中许村大桥监测断面污染最为严重，需加大整治力度.单因子评价法表明，氨氮和总氮为上塘河(海宁段)最主要的污染物，“十三五”期间许村大桥、水泥厂桥和上河闸氨氮污染因子分别从2.06、1.26、0.57下降至0.88、0.65、0.23，总氮污染因子分别从3.28、3.13、2.74降至2.56、2.27、1.95，不符合地表水Ⅳ类标准.其他污染物均有不同程度的下降，虽5年内5项指标(溶解氧、高锰酸盐指数、5日生化需氧量、化学需氧量、氟化物)均符合Ⅳ类标准，但单因子评价法以最差指标为基准，即以最差指标总氮来评价上塘河(海宁段)水质类别，结果表明其水质不符合地表水Ⅳ类标准.修正内梅罗污染指数显示，许村大桥、水泥厂桥和上河闸监测断面的污染指数持续下降，分别从2.51、2.35、2.05下降至1.94、1.72、1.47.对照修正内梅罗污染指数标准，“十三五”期间由于海宁市政府大力推进水污染防治工作，上塘河(海宁段)虽仍不符合地表水Ⅳ类标准，但水质已逐年得到改善.