宝鸡峡灌区水源地水质综合评价

黄毓林，王双银，樊镕鑫，马雪燕，李 鑫

(西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨陵 712100)

中国是一个农业大国，农业用水安全问题不容忽视，加强水质管理是保障灌溉用水安全的重要途经[1-3]。近年来，随着经济社会的快速发展，灌区灌溉水源地附近交通运输日益频繁、水污染风险源不断增加，必然会导致水源地水质污染风险增加以及灌区农业水环境状况发生变化，灌区灌溉水源地保护面临诸多挑战[3-6]。

目前，保障灌区水源水质要求，防止农田土壤环境、地下水污染，降低农产品安全风险等已成为灌区水源保障的重要任务[6-7]。宝鸡峡灌区农业供水工程以渭河来水为主要水源，灌区灌溉主要依靠渭河沿线灌溉水源地供水，环境风险较大，为保障灌区农业供水安全，需及时掌握水源地水质状况、加强水源地水质保护和综合管理[1-3]。

水质评价方法及其结果的合理性一直是学术界的研究热点，目前最常见的水质方法有单因子评价法、模糊评价法、综合评价法以及水污染指数法(WPI)等[8-14]。其中，单因子评价法操作简单，但以单一水质指标为水质评价、分级依据，存在一定片面性[9-11]；而综合评价法中的内梅罗污染指数法在凸出污染贡献率最大指标的同时兼顾了其他较好指标，在水质综合评价方面具有较好效果[12-14]。因此，文章通过宝鸡峡灌区水源地水资监测资料，利用单因子评价法筛选出异常水质指标，结合内梅罗污染指数方法对灌区水源地水质进行综合评价，为灌区生态环境和水源地保护提供依据。

1 资料来源与研究方法

宝鸡峡灌区位于陕西省关中平原西部，西起宝鸡峡口，东至泾河右岸，南临渭水，北抵渭北高原腹地。灌区承担着宝鸡、杨凌、咸阳、西安4市(区)14个县(市、区)的近300万亩的农田灌溉任务。灌区分为塬下(渭惠渠、渭高抽)与塬上(宝鸡峡)两大灌溉系统，现有林家村渠首枢纽和魏家堡渠首枢纽两处引水口；林家村水库、王家崖水库、信邑沟水库、大北沟水库、泔河水库、泔河二库6座中型水库沿宝鸡峡灌区输水干渠分布如图1所示。

图1 宝鸡峡灌区灌溉水源地平面布置图

1.1 资料来源

目前，宝鸡峡灌区引渭管理局共监测辖区内灌溉水源地6处，分别为林家村渠首、林家村水库、王家崖水库、大北沟水库、泔河水库和魏家堡渠首，其中林家村渠首和魏家堡渠首属于河流型水源地，取水水源为渭河；水库型水源地包括林家村水库、王家崖水库、大北沟水库和泔河水库。考虑林家村水库和林家村渠首监测断面距离较近，监测结果相近，因此在后续评价计算分析过程中合并为同一监测断面，统称为林家村水库。

宝鸡峡引渭灌溉管理局委托不同监测单位对监测断面进行水源地水质监测，见表1，严格按照《水和废水监测分析方法》对水样进行监测，监测时段集中在灌季，其中春灌时期监测频次较高。根据获取的水质资料，选取的评价指标有悬浮物、全盐量、CODcr、BOD5、砷、六价铬、铅、汞、阴离子洗涤剂、硫化物、粪大肠菌群数、蛔虫卵数、氟、锰、铜、锌、硒和石油类等共计29项水质指标[15-16]。

表1 水源地水质监测情况一览表

1.2 研究方法

单因子评价法是以各水质指标与水质标准的比较结果为基本单元，通过评价指数、超标率、超标倍数等进行水质评价，将各因子分别与水质标准进行比对分析，计算公式如下[9-11]：

Pi=Ci/Si

(1)

式中，Pi—第i项污染物的污染指数；Ci—第i项污染物的实测值；Si—第i项污染物的评价标准值。

内梅罗污染指数法是一种在突出最严重污染指标的同时，也一定程度上兼顾其他质量较好指标的综合水质评价方法，是在单因子评价结果的基础上用各种污染物的相对污染指数进行数学上处理，得到综合污染指数[12-14]，从而来评价水环境质量。计算公式为：

(2)

(3)

式中，P综—内梅罗指数;Pmax—监测点单因子污染指数最大值;Pave—监测点各项单因子污染指数平均值;n—参与评价的水质指标个数。

在水质评价中P综<1说明水体质量较水质标准的要求为好；P综=1说明水体质量处于临界状态；P综>1说明水体质量已不能满足水质标准的要求，P综越大，表明水质污染情况越严重。

2 结果与分析

2.1 单因子评价成果

对各水源地监测结果进行单因子污染指数计算，将各水源地的水质指标监测结果的污染指数计算出，最大值见表2。选择接近或超过标准的水质项目进行监测结果与标准限值分灌季(冬灌：12月—次年3月，春灌：4—7月，夏灌：8—11月)进行对比分析，分别绘制箱型图，对比分析各指标在3个灌季异常情况的区别。

根据收集到的水质资料，经分析本研究调查的所有水源地中出现异常的指标主要有：悬浮物、总氮、氟和硫酸盐。

(1)河源型水源地

林家村渠首和魏家堡渠首于2020年7月悬浮物指标仅一次严重超标，检测值分别达到480、2504mg/L，指标污染指数分别为4.8、25.04，其余时间检测值均明显小于标准限值，且呈减小趋势，未存在超标情况，如图2所示。

(2)水库型水源地

林家村水库、王家崖水库、大北沟水库、泔河水库2017—2021年间水质监测项目中常出现超标情况的指标主要是：总氮指标、硫酸盐指标和氟指标如图3—6所示。总氮指标于王家崖水库(10次)、大北沟水库(7次)水质监测中多次出现超标情况，最高达到了7.9mg/L(王家崖水库)，超过标准限值2倍以上，但其整体呈现微弱下降趋势；硫酸盐指标和氟指标仅出现过一两次超标情况，属于偶然性水环境污染情况，其中硫酸盐指标四个水库均出现超标情况，分别达到334.6(林家村水库)、346(王家崖水库)、257(大北沟水库)、291.8和281mg/L(泔河水库)均超过标准不足一倍，并且整体呈现显著下降趋势，近几次检测结果均远远小于标准限值；氟指标仅于林家村水库出现一次达到了2.25mg/L，是突发偶然性情况，并且整体呈现下降的趋势，近几次均远远小于标准限值。

表2 各水源地监测指标污染指数最大值

图2 悬浮物指标监测结果

图3 宝鸡峡灌区林家村水库近五年易超标项目监测结果

各水源地悬浮物指标接近或超过标准的箱型图清晰表现出悬浮物指标在3个灌季所有实际监测值的分布情况，林家村水库、魏家堡渠首悬浮物超标情况仅出现在春灌时期如图7所示。

将宝鸡峡灌区4个水库是水源地水质监测中的易超标项目进行不同灌季对比分析可以得到：总氮指标、氟指标和硫酸盐指标呈现出的规律是冬灌时期水源水质指标超标最严重的，其次是春灌时期和夏灌时期。

林家村水库如图8所示、王家崖水库如图9所示的总氮指标呈现出的规律是冬灌时期水源水质指标超标最严重，其次是夏灌时期，最后是春灌时期；氟指标呈现出的规律是冬灌时期水源水质指标超标最严重，其次是春灌时期，最后是夏灌时期；硫酸盐指标呈现出的规律是春灌时期水源水质指标超标最严重，其次是冬灌时期，最后是夏灌时期。

图4 宝鸡峡灌区王家崖水库近五年易超标项目监测结果

图5 宝鸡峡灌区大北沟水库近五年易超标项目监测结果

图6 宝鸡峡灌区泔河水库近五年易超标项目监测结果

图7 悬浮物指标不同灌季箱型图

大北沟水库如图10所示的总氮指标、氟指标和硫酸盐指标呈现出的规律是冬灌时期水源水质指标超标最严重，其次是春灌时期，最后是夏灌时期。泔河水库如图11所示的总氮指标和硫酸盐指标均呈现出的规律是春灌时期水源水质指标超标最严重，其次是冬灌时期，最后是夏灌时期；氟指标呈现出的规律是夏灌时期水源水质指标超标最严重的，其次是冬灌时期和春灌时期。

各水源地中常出现的异常指标有悬浮物、总氮、氟和硫酸盐4项水质指标。其中，悬浮物与氟指标出现超标情况频率极低，属于突发偶然情况；总氮指标其大部分接近标准限值，但仍出现超标情况，是4项水质指标中出现超标数量与次数最多的；硫酸盐指标在多个水源地多次出现接近或超标情况；以上4种水质指标超标情况大部分在冬灌时期好于其他两个时期。

图8 宝鸡峡灌区林家村水库易超标项目不同灌季对比结果

图9 宝鸡峡灌区王家崖水库易超标项目不同灌季对比结果

图10 宝鸡峡灌区大北沟水库易超标项目不同灌季对比结果

图11 宝鸡峡灌区泔河水库易超标项目不同灌季对比结果

2.2 综合评价成果

为保证水质综合评价结果能够充分反映各灌区水质情况，本文根据单因子水质评价结果，选择常用指标及易超标指标共6项：悬浮物、全盐量、CODcr、BOD5、总氮和硫酸盐进行水质综合评价。

文章采用宝鸡峡灌区4个水库、2个渠首近一年的水质数据进行综合水质评价，因林家村水库和林家村渠首距离很近，所以将他们的水质数据合并，统称林家村水库，水质综合评价结果见表3—4。

表3显示宝鸡峡灌区水库型水源地2020—2021年间水质综合评价结果，其中沿宝鸡峡灌区输水干渠分别为王家崖水库、大北沟水库和泔河水库。3个水源地内梅罗污染指数值排序为大北沟水库>王家崖水库>泔河水库。

表3 宝鸡峡灌区水库型水源地综合水质评价结果

表4 宝鸡峡灌区河源型水源地综合水质评价结果

宝鸡峡灌区3个水库型水源地2020—2021年间，只有大北沟水库2021年3月的水质指标内梅罗指数为1.735，不能满足水质标准的要求，其均值型指数为0.786；王家崖水库2020—2021年间内梅罗污染指数有所上升，但上升幅度较小。

表4显示宝鸡峡灌区河源型水源地2020—2021年间2个渠首取水口林家村水库和魏家堡渠首的水质状况。林家村水库、魏家堡渠首的水质均值型指数和内梅罗指数均在2020年7月超标，其中林家村水库的水质均值型指数和内梅罗指数分别为1.339、3.524，魏家堡渠首的水质均值型指数和内梅罗指数分别为6.407、18.276。

2020年8月—2021年6月，林家村水库的均值型指数均小于0.30，且月际间未有明显变化。这是由于渭河上游段水质较好，上游地区人烟稀少、水环境受人类活动影响较小。同时林家村水库的内梅罗指数均小于0.63，于2021年1月达到最大值0.624，与2020年9月相比上升幅度为48.69%，2021年1月之后内梅罗指数有所下降，均小于0.60，水质向好发展。魏家堡渠首2020年8月至2021年6月，其均值型指数均值为0.266，内梅罗指数均值为0.461，与上游林家村水库的污染指数值较为接近，水质相对较好。

各水源地综合水质评价结果为：王家崖水库、泔河水库水质均值型指数和内梅罗指数达标率为100%；林家村水库与魏家堡渠首均值型指数和内梅罗指数达标率均为88.9%，2020年7月综合水质指数超标为偶发性事件；大北沟水库水质内梅罗指数达标率为66.7%，均值型指数达标率为100%。研究表明宝鸡峡灌区水源地综合水质满足农田灌溉水质要求。

3 结语

在分析宝鸡峡灌区水源地水质监测资料的基础上，运用单因子评价法分析水源地异常指标，采用水质综合评价法对水源地水质进行综合评价。评价结果为探讨引起灌区灌溉水源水质变化的情况分析，为改善生态环境，加强灌区水源地综合管理，提高农业综合生产能力和保障农田土壤环境质量提供科学依据。

需要说明的是，上述的水源地水质综合评价，仅利用最近一年的水质监测资料，对于灌区水源地水质年变化规律的认识有所不足。文章后续研究的主要方向将围绕分析灌区水源地不同年份间水质年变化和不同灌季的变化规律，以此来掌握灌区水源水质演变规律。