基于综合污染指数法的宁夏阅海湖水质评价

曾世玉，于新花，李思齐，陈恩民

(宁夏大学 土木与水利工程学院，宁夏 银川 750021)

1 引言

城市湿地作为生态系统的宝贵资源，具有水质净化、气候调节、美化城市环境等功能[1]，同时城市湿地对区域生态环境的建设也起着非常重要的作用。但随着经济与社会的不断发展，人类经济及社会活动也越来越频繁，久而久之对城市湿地的水环境及当地的生态系统构成一定的威胁。

本文以宁夏阅海湖为研究对象，选取10个具有代表性的采样点，并确定水环境的监测指标：总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、溶解性固体总值(TDS)、溶解氧(DO)、电导率(EC)、透明度(SD)、pH值，根据地表水环境质量标准(GB3838-2002)及相关国家标准方法对水体进行采样及检测。对阅海湖的主要环境污染因子总氮、总磷、高锰酸盐指数及氨氮进行了数据采集与分析，运用单因子评价法和综合污染指数法对水质进行了分析评价，最后为其水体治理提出有关建议[2]。

2 材料与方法

2.1 研究区概况

阅海湖位于宁夏回族自治区银川市金凤区偏北部，是银川市面积最大的一块生态湿地，具有独特的湿地旅游资源[3]，享有“银川之肾”“城市绿肺”之美誉。总面积约1600 hm2，水域面积达到12 km2，平均水深约1.8 m，具有生态改善、湿地保护、美化环境等功能。阅海湖沿岸农业灌溉退水、阅海欢乐岛游船运营以及少量生活污水均排入该湖[4]，使原有的水体环境受到影响。

2.2 水样采集及水样处理方法

2.2.1 水样采集

结合遥感影像、谷歌地图、GPS定位技术以及实地考察等手段[5]，在综合考虑周边水文环境、湖泊空间距离以及芦苇植被分布等情况的基础上，根据水深、芦苇分布、进水口及排水口空间分布状况等[6]，2021年4、7、10、12月份在阅海湖分5个区域布设采样点10个进行水样监测。其中水深超过1.2 m的深水区域布设3个监测点，入水口布设1个监测点，水深小于1 m的浅水区域布设3个监测点，出水口布设1个监测点，芦苇区域布设2个监测点，详见图1。

图1 阅海湖采样点分布

2.2.2 水样指标测定方法及标准

水样指标测定分为野外测定及室内分析测定两个部分，其中水深、水体温度、pH值、TDS、EC以及透明度指标在现场测定，氨氮、溶解氧、高锰酸盐指数、总氮、总磷指标在室内检测，水样监测指标及处理方法见表1。

表1 水样处理方法

2.3 评价与分析研究方法

目前，对水体环境质量的分析评价方法通常有两种。一是定量评价，将特定水域的各污染指标的实测值无量化，进行不同时间和空间的水质比较，体现差异性[7]；二是定性评价，把检测的水体实测值与地表水环境质量标准(GB3838-2002)的各类别水质限值进行比较，得出水质的所属类别[8]。

2.3.1 单因子评价法

单因子评价法也称作单因子指数法，即取某一个评价因子实测值除以该因子的水质评价标准值，从而判断水质的级别[9]。该方法较为简单，根据比值与1的大小来判定水质是否达到评价标准，最后选择水质最差指标的所属类别作为水质综合评价的标准和结果[10]。计算公式如下：

(1)

式(1)中：Pi为各污染物单项污染指数，Ci为各污染指标实测浓度，Si为污染物i的Ⅲ类水质评价标准。

2.3.2 综合污染指数法

综合污染指数是在单因子评价法的基础上统计得到的，它能够定性反映湖泊水体的综合污染程度[11]并依据相关标准划分等级，是一种重要的水环境质量评价方法。计算公式如下：

(2)

式(2)中，P为水体的综合污染指数；n为参加评价的污染物指标数目；Pi同上。

水污染物的评价标准选用《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅲ类水质标准限值。根据选取的污染物指标特点，综合污染指数与水质状况分级关系[12]如表2。

表2 综合污染指数法评价分级标准

3 评价结果与分析

3.1 污染物单项污染指数评价

2021年4月份(春季)、7月份(夏季)、10月份(秋季)、12月份(冬季)分别对阅海湖10个采样点的水样进行水质指标处理和分析，运用单因子评价法对各季度各点位单项污染指数变化进行分析评价，再运用综合污染指数法对各季度各点位的整体水质进行分析评价。经计算，4个不同季节各点位每类污染物的单项污染指数存在一定的差别。

由图2可知：春季高锰酸盐指数污染程度相对较高，在深水区S2、S3点位，芦苇区及浅水区Q1、Q2点位均高于其他3项污染物指数，浅水区Q3点位的总磷污染指数高于其他3项污染物的污染指数，氨氮污染指数在所有监测点位均低于其他3类污染物的污染指数，同时各点位的单项污染指数均未超过1.0，表明4月份整体水质状况达到Ⅲ类水质标准。夏季总氮、高锰酸盐指数、总磷污染程度差异不大，但相比于4月份污染指数来看，均有较大幅度上升，除氨氮污染指数外，大部分点位污染指数超过1.0，表明整体水质较差，受到污染，水体水质未达到Ⅲ类水质标准。可能是夏季水体温度较高适合浮游植物及水生植物生长，植物生物量升高，导致水质较差，4月份浮游植物生物量下降[13]，水质相对较好。秋季高锰酸盐指数污染程度相对较高，除浅水区Q3点位及排水口外，其余监测点位均高于其他3项污染物指数，和春季水质一样，各点位单项污染指数均未超过1.0，说明整体水质状况“良好”，达到Ⅲ类水质标准。冬季各点位单项污染指数除入水口、排水口及深水区S1点位外，单项污染指数从大到小依次是高锰酸盐指数、总氮、总磷、氨氮，几乎所有点位污染指数均小于春季、夏季和秋季污染物单项污染指数，各点位单项污染指数均未超过1.0，说明整体水质状况较好，达到Ⅲ类水质标准。

图2 阅海湖4个不同时期各点位单项污染指数

3.2 各点位的综合污染指数分析

2021年春季、夏季、秋季、冬季4个时期对布设的10个采样点进行综合污染指数分析，详见图3。阅海湖4个不同采样时期，各点位的综合污染指数具有一定的差别：从季节角度来看，7月份即夏季各点位综合污染指数值相对偏高[14]，大多数点位综合污染指数超过1.0，表明阅海湖水质受到轻度污染，水质未达到III类标准，但各点位的综合污染指数变化不明显，综合污染指数在0.865～1.135范围之间。春季和秋季各点位综合污染指数均未超过1.0，表明各点位水质较好，达到“良好”级别，水质差异变化很小。冬季各点位综合污染指数也均未超过1.0，并低于春季和秋季的综合污染指数，表明水体水质好，优于其他3个季节水质。综合可以得出，2021年阅海湿地水体在4个不同时期的水体质量存在一定变化，其中夏季水质较差，受到轻度污染，冬季水质相对最好，春季和秋季水质次之。

图3 阅海湖各点位4个采样时期的综合污染指数

3.3 综合污染指数分析

根据综合污染指数法对宁夏阅海湖水体各项检测指标进行计算，结果如表3所示，阅海湖7月份整体水质属于“轻污染”级别，4月份和10月份水质达到Ⅲ类水质标准的“良好”级别，12月水质达到“优”级别。其中7月份水质综合污染指数为1.03，4月份和10月份综合污染指数均为0.69，12月水质综合污染指数为0.56。

表3 综合污染指数法计算结果

4 结论

综合污染指数法得出的结论较为合理，与实际污染状况较为吻合[15]。通过对各点位污染物的单项污染指数、各点位的综合污染指数及季度综合污染指数的计算和分析可知，从时间分布上看，阅海湖春季、秋季和冬季的整体水质达到Ⅲ类标准，夏季整体水质较差未达到Ⅲ类水质标准，为“轻污染”级别。其中阅海湖水体在春季、秋季和冬季高锰酸盐污染指数最高，夏季总氮污染指数与高锰酸盐污染指数基本持平，其次总氮污染指数最高，总磷污染指数夏季最高，冬季最低，氨氮污染指数一直处于相对较低水平，这与阅海湖浮游植物及水生植物的生物量变化相一致。从空间分布上看：芦苇区、浅水区及排水口的水质要略差于入水口和深水区水质。

5 建议

内陆型湖泊水体污染具有延缓性、难逆性和长期性等特点，一旦遭受污染物污染将很难恢复水体原样。因此，社会在发展经济的同时，也应注重对城市湿地的水体环境质量加以防治和保护，建议如下：

(1)加大对阅海湖生态补水的次数及水量，以达到改善阅海湖水质的目的。

(2)水环境污染治理问题要遵循预防为主原则，积极引导周边农民合理使用氮、磷化肥。

(3)要针对性地对阅海湖内源性污染加以治理，谨防突发重大内源性污染。

(4)提高水体环境监测的频率次数，并建立水环境污染预警机制，一旦发现水体遭受污染，就需要及时采取有效应对措施，防止污染物对湖泊水体质量造成不可估量的破坏。