基于水污染指数法的鹤地水库水质评价研究

奎淑霞

(广东省水文局湛江水文分局，广东 湛江 524000)

1 研究方法

1.1 水污染指数法的简介

水污染指数法是我国近年来水质评价工作中较为常用的一种方法，也称为Water Pollution Index(简称为WPI水质评价法)[1-2]。该水质评价方法延续了单因子指数法的主要评价做法，即把污染最严重的水质指标作为水质类别鉴定的主要依据[3]。采用该方法评价水质的主要优点就是可以对水质污染的情况进行量化分析，根据具体的数据分析结果就可以很直观地看出某湖泊的水质变化情况，同时也能准确地反映出水资源的时空变化特征。

1.2 水污染指数法的应用原理

此方法就是以单因子指数评价法的基本原则为基础，根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的水质类别和WPI值(Ⅰ～Ⅴ类、劣Ⅴ类水质对应的WPI值依次为20、20～40、40～60、60～80、80～100、>100)，在具体计算过程中采用线性内插法计算出具体参加水质评价各项目对应的WPI值，最终该断面或监测点的WPI值选取最高值。此次共选择了17项水质指标，分别是溶解氧(DO)、高锰酸盐指数、COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、F、Cu、Zn、Xi、Cr、As 、Cd、Pb 、Hg和氰化物。

1.3 污染指标WPI值的计算

(1)Ⅰ～Ⅴ类水质所对应WPI值的计算。采用水污染指数法对鹤地水库水质的污染情况进行评价和分析时，Ⅰ～Ⅴ类水质所对应的WPI值计算如式(1)：

(C(i)-Cl(i))

Cl(i)

(1)

式中：WPI(i)为该湖泊水质评价的项目中对应的第i个水质评价项目的最终指数值；WPIh(i)、WPIl(i)分别为该湖泊水质评价的项目中第i个水质评价项目在水质类别标准中对应的上限、下限浓度值的指数值；Ch(i)、Cl(i)为该湖泊水质评价的项目中第i个水质的评价项目在水质类别标准中对应的上限、下限浓度值；C(i)为该湖泊水质评价的项目中对应的第i个水质评价项目的实际监测浓度值。

溶解氧(DO)比较特殊，其值越大则水质就越好，所以要区别于(1)式，应选择适合的方法来计算。当DO浓度≥7.5 mg/L时则水质评价标准为20分，当2.0 mg/L≤DO浓度<7.5 mg/L时，如式(2)：

(C(i)-Cl(i))

(2)

(2)劣Ⅴ类水质对应WPI值的计算。采用该方法对鹤地水库水质污染的情况进行水质评价分析时，劣Ⅴ类水质对应的WPI值计算如式(3)：

(3)

式中：C5(i)是该湖泊水质评价项目中第i个水质评价项目及相应监测项目Ⅴ类水质标准对应的浓度限值。

此外，如果该湖泊中水的pH<6时，劣Ⅴ类水质对应WPI值则按照式(4)来进行计算：

WPI(pH)=100+6.67×(6-pH)

(4)

当该湖泊中水的pH>9时，劣Ⅴ类水质对应WPI值则按照式(5)来进行具体计算：

WPI(pH)=100+8×(pH-9)

(5)

当该湖泊中的DO浓度<2 mg/L时，按照式(6)计算WPI值：

(6)

(3)水质监测站点或者断面WPI的计算如式(7)：

WPI=MAX(WPI(i))

(7)

2 结果与讨论

2.1 近10年来鹤地水库水质变化趋势

按照水污染指数法的评价思想及理论，对鹤地水库2012—2021年的水质进行整体的评价，其水质变化趋势见图1。

图1 近10年来鹤地水库水质变化趋势

图1可见，2012—2021年鹤地水库的水质都是Ⅳ类，水质最好的时候能达到Ⅲ类标准，鹤地水库的水质比较稳定，变化比较小，总体上呈现慢慢变好的趋势，其中2021年的水质最好，2014年的水质最差。

2.2 各水质站点的水质变化趋势

对各水质监测断面的水质变化趋势进行分析，坝前、库尾、库心的水质变化趋势见图2。

图2 鹤地水库坝前、库尾、库心2012—2021年的水质变化趋势

图2可知，鹤地水库坝前2012—2021年的水质均为Ⅳ类，水质比较稳定，变化比较小，总体上呈现慢慢变好的趋势，其中2020年的水质最好，2014年的水质最差。鹤地水库库尾2012年、2014年的水质为Ⅴ类，2019年的水质为Ⅲ类，其余年份的水质都为Ⅳ类，鹤地水库库尾的水质变化较大，但整体上在向好的方向发展。其中2019年的水质最好，2014年的水质最差。鹤地水库库心2012—2021年水质均为Ⅳ类，但整体上呈现出慢慢变好的趋势。其中2020年的水质最好，2012年的水质最差。

总结鹤地水库三个水质监测站点的水质变化趋势，发现近10年来整体上水质在往好的方向变化，鹤地水库坝前和库心的水质比较稳定，但鹤地水库库尾的水质变化有点大，主要原因在于库尾采样点位于河道断面，水流情况变化较大，且周围居民聚集，导致水质较差，变化较大。

2.3 鹤地水库水质的主要污染物及其变化趋势

采用水污染指数法还可以识别各水质监测断面的主要污染指标，主要污染指标的筛选原则主要有以下两点：(1)水质为Ⅲ类或者优于Ⅲ类的断面则可不做主要的污染指标筛选。(2)而对于水质差于Ⅲ类的断面，从超过Ⅲ类水质标准的指标中选取WPI值最大的前2个指标作为该水质断面的主要污染指标。根据上面的筛选原则，鹤地水库的五个水质监测站点的筛选结果详见表1。

表1 2009—2017年鹤地水库五个水质监测站点的主要污染物情况

表1可知，鹤地水库各监测站点的主要污染物为TP、TN、BOD5。在2012—2021年中，影响鹤地水库坝前水质的主要污染指标为TP、TN；影响鹤地水库库尾水质的主要污染指标为TP、TN、BOD5；影响鹤地水库库心水质的主要污染指标为TP、TN。

2.4 鹤地水库主要污染物分析

图3可知，鹤地水库TP的浓度整体上变化较小，但是2014年却比较高，从2014年开始，TP的浓度整体上是持续下降的。其中2014年TP浓度最高，年内变化也最大，2013年TP浓度最低，2021年TP浓度年内变化最小。

图3 鹤地水库2012—2021年TP浓度的变化趋势

图4可知，鹤地水库TN的浓度整体上变化较小，但是2014年却比较高，从2014年开始，TN的浓度整体上是持续下降的。其中2014年TN的浓度最高，年内变化也最大，2020年TN的浓度最低，年内变化也最小。

图4 鹤地水库2012—2021年TN浓度的变化趋势

总结鹤地水库近10年TP、TN浓度的变化，整体上在向好的方向发展，但是中间个别年份变化较大，由此看来，对鹤地水库的保护作用还是比较大的，继续加强保护，水质会越来越好。

3 结 论

鹤地水库2012—2021年的水质均为Ⅳ类，水质较稳定，变化较小，总体上呈现慢慢变好的趋势，其中2021年的水质最好，2012年的水质最差；鹤地水库库心的水质最好，其次是坝前，库尾的水质最差；鹤地水库的主要污染物是TP和TN，近10年来从总体上看，鹤地水库的TP和TN浓度整体上呈现下降的趋势。