广通河2012-2021年水质评价分析

缪彦霞

(甘肃省临洮水文站,甘肃 临洮 730500)

0 引言

水乃万物生存之根本,人类的生产生活都离不开水,尤其是在生活方面,水资源不仅关系着人类的生命健康,还影响着人类生命的延续,但伴随着人类生产生活的推进,水资源环境在不同程度上遭受着来自人类的“威胁”,为了保护人类赖以生存的水资源,我国政府相关部门不断从各方面推进水资源保护。本文以甘肃境内的广通河为研究对象,以广通河流域三甲集水文站近十年来的水质监测数据为依据,结合不同的水质评价方法及污染因素,研究广通河流域近年来水质变化情况,并就需要完善的地方提出相应建议,以期为广通河水资源的保护提供参考。

1 广通河流域概况

广通河,黄河支流洮河的支流,位于甘肃省和政县和广河县境内。发源夏河县境内太子山北麓,河源高程3 600 m,上游称新营河,由南向北东流,经和政、广河等县,在广河县高家崖处注入洮河。广通河流域主要有牙塘河、南岔河、达浪河、八岘河等主要支流组成,流域为扇形,上游宽、下游窄,最大支流八岘沟在下游汇入,上游地处太子山林地,海拔在3 000 m以上、主峰在4 000 m以上,吊滩是暴雨中心,植被覆盖较好,水源充沛,山地以外主要为黄土丘陵,中部为广通河谷冲积平地、地面切割较零碎,下游八岘河植被很差,沟壑纵横,水土流失极为严重,是广通河的主要产沙区。河长88.5 km,河口高程1 799 m,平均比降8.65‰,流域面积1 573 km2,年平均径流量2.746亿 m3。广通河流域和政、广河两县是传统的农业县,广通河水系,是两县人民生产生活的重要水资源。因此,为了保障流域附近人民生活的用水安全,对整个广通河流域区域的水质监测就显得尤为重要[1]。

2 三甲集水文站监测数据选取

三甲集水文站设于1966年4月,位于甘肃省广河县三甲集镇,东经103°44′09.17″,北纬35°33′16.16″。距离河口6.7 km,为黄河流域洮河水系广通河下游控制站,担负着搜集各项水文要素的重任。水质监测开始于2001年1月,监测河段为买家集(62.5 km)入洮河口。监测河段顺直,周围无杂物。本文选取的评价指标为主要污染水体水质的氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数( CODMn)、总磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)和化学需氧量(COD)。选用数据来源于甘肃省水环境监测中心临洮分中心,取2012-2021年三甲集监测断面全年的平均值(见表1)。

表1 2012-2021年三甲集监测断面水质监测数据

3 水质监测评价分析

3.1 水质监测项目

地表水主要监测项目有水温、气温、pH、电导率、溶解氧、高锰酸盐指数、化学需氧量、氨氮、五日生化需氧量、总磷、总氮、氟化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、硫化物、氰化物、六价铬、砷、汞、硒、铅、镉、铁、锰、铜、锌、钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、氯化物、硫酸盐、硝酸盐氮、碳酸盐、重碳酸盐、总硬度、总碱度、粪大肠菌群、矿化度等40项。

3.2 水质评价依据

水质评价标准是水质评价的依据,不同的水体有不同的评价标准,因此,在评价之前,首先要确定水体的功能及用途。广通河属于地表水范畴,其评价标准依据《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)。该标准将水体水质可分为五类,广通河三甲集监测断面主要污染水体评价指标标准限值(见表2)。

表2 地表水环境质量标准限值 mg/L

3.3 水质评价方法

当前,针对地表水水质的评价方法有很多种,常见的有单因子评价法以及污染指数法等。单因子评价法又可分为标准指数法以及污染超标倍数法;污染指数法又可以分为3种:有机污染综合指数法、内梅罗指数法、均值污染综合指数评价法。具体介绍如下。

3.3.1 单因子评价法[2]

为了了解广通河水质污染状况,本文通过分析2012年-2021年广通河三甲集监测断面大量监测数据的主要污染指标氨氮、溶解氧、高锰酸盐指数、总磷的年平均值绘制出各指标随年际的变化过程(图1)。

图1 广通河三甲集断面单一指标年际变化

通过图1得出:三甲集断面氨氮浓度年平均值在0.559～0.900 mg/L之间,最大值出现在2012年,最小值出现在2017年,氨氮随时间变化整体呈缓慢下降趋势;溶解氧浓度年平均值在6.5～9.6 mg/L,最大值出现在2021年,最小值出现在2012年,溶解氧随时间变化整体呈上升趋势;高锰酸盐指数浓度年平均值在1.88～2.71 mg/L之间,最大值出现在2012年,最小值出现在2021年,高锰酸盐指数随时间变化整体呈下降趋势;总磷浓度年平均值在0.026～0.097 mg/L之间,最大值出现在2015年,最小值出现在2019年,总磷随时间变化整体呈先下降后增加的趋势。溶解氧浓度的最小值和氨氮、高锰酸钾指数的最大值均出现在 2012年,溶解氧浓度的最大值和氨氮、高锰酸钾指数的最小值均出现在2021年。结果表明:从检测值的变化过程可以看出,随着时间的推移溶解氧浓度增大的同时氨氮、高锰酸钾指数以及总磷的浓度减小,广通河水质总体呈现越来越好的趋势,主要原因是近年来,随着生态文明建设的不断加强和最严格水资源管理制度的落实,黄河流域广通河的水环境不断得到改善。

为了研究流域水质指标变化特征,利用单因子评价法对2012-2021年汛期、非汛期及全年的水质进行评价(见表3)。

表3 三甲集断面水质评价结果表(单因子评价法)

通过对广通河三甲集断面2012-2021年水质监测数据的单因子评价分析,可以看出非汛期>汛期,主要影响因素是氨氮,氨氮非汛期均值大于汛期均值,而高锰酸盐指数、总磷等则是汛期>非汛期,这是因为非汛期降水量减小,水位下降,对河道中污染物的稀释能力降低、动物粪便排放等因素所致;而汛期降水较多,雨水汇流将大量污染物携带至河道,河水流动带走部分污染物,河底浮游生物、鱼类等增加耗氧量。

单因子评价方法是通过将水质监测各指标的实测值与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的标准限值相比较来判断水质类别;通过地表水环境质量标准中众多的评价指标的依次对比,选择其中水质评价等级最低的指标类别作为该处断面或水体的最终评价水质等级。单因子评价指数越大,就表示该水质指标对水环境的污染程度越重,反之越轻。

(1)

式中:Pi表示第i个评价指标的标准指数;Bi表示第i个评价指标的实测浓度值;Si表示第i个评价指标的标准值

(2)

式中:Qi表示第i个评价指标的倍数;Bi表示第i个评价指标的实测浓度值;Soi表示第i个评价指标的标准值。

3.3.2 污染指数法

(1)有机污染综合指数法[3]:其主要是对水体中有机污染物的评价,例如五日生化需氧量、化学需氧量、氨氮以及溶解氧等,计算工作见式(3):

(3)

式中:A表示有机污染综合指数,BODi表示五日生化需氧量实测浓度,BODo为标准值,CDOi表示化学需氧量实测浓度,CDOo为标准值,NH3-Ni表示氨氮实测浓度,NH3-No为标准值,DOi表示溶解氧实测浓度,DOo为标准值。当 BOD5、COD、NH3-N 的实测值均超过各自的允许标准,而 DO的实测值又低于其卫生要求时,则A值必大于2,因此将A≥2定位为受到有机污染的标志。具体分级标准(见表4)

表4 有机污染综合评价水质分级评判标准

按照有机污染综合评价法的需求,三甲集监测断面选择四个指标作为水质分析参数,包括氨氮 (NH3-N) 、溶解氧(DO) 、五日生化需氧量( BOD5) 、化学需氧量(COD),为了便于分析,取广通河三甲集监测断面2012年-2021年水质浓度的年平均值作为分析数据(见表1)。本文采用《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅲ类水质标准作为污染指标的标准值(表5)。

表5 三甲集监测断面水质评价结果表(有机污染综合指数法)

由表5可以看出有机污染综合指数评价法中2012-2015年水质状况为较好,2016-2021年水质状况为良好,随着时间变化整体呈逐渐减少的趋势,水质越来越好。

(2)内梅罗指数法[4],其在国内外水质综合评价中广泛应用,可应用于综合污染的评估(见表6)。

表6 内梅罗综合污染指数大小与水质关系

(4)

根据单因子指数评价法评价结果,选择氨氮、溶解氧、高锰酸盐指数、总磷共4个监测项目作为内梅罗综合污染指数参评指数,广通河三甲集监测断面水质评价结果(见表7)。

表7 三甲集监测断面水质评价结果表(内梅罗综合污染指数)

由表7可以看出内梅罗综合污染指数评价法中2012-2021年整体水质状况为清洁,Fn值随着年份增加整体逐渐减小,水质也逐渐变好。

(3)均值综合指数评价法[5]:均值综合污染指数法是指算术平均值的综合污染指数,是对水质的多指标综合评价,尽量规避了单一数据指标水质综合评价的影响,同时降低了水质监测数据异常造成的整体评价误差(见表8)。

表8 均值综合污染物指数与水质关系

(5)

式中:P为均值综合污染物指数;Pi为单因子污染指数;n为参与评价的监测项目个数。

根据广通河三甲集断面水质特点,选取主要污染指标氨氮(NH3-N)、高锰酸盐指数(CODMn)、总磷(TP)3个监测项目的单因子指数作为均值综合污染指数,三甲集断面的水质评价结果(见表9)。

表9 三甲集断面水质均值综合污染指数法评价结果

根据均值综合污染指数法评价结果,广通河三甲集断面2012-2016年的水质状况为重污染,2017

-2021年的水质状况为中度污染,明显从2017年起,水质状况越来越好,这跟这几年的水环境治理工作脱不了关系,由此证明水环境的治理也取得了很大的成绩。

4 评价方法及结果分析

根据以上4种评价方法的评价结果及分析, 可以看出: 单因子指数评价法对于水质是否达到目标水质比较直观,计算简单,可以直观反映超标污染物和超标倍数, 能够快速地获取污染信息, 但是它也存在着一些不可忽略的弊端,比如:它只关注最差因子而忽略了其他指标对水质的影响,造成水资源浪费,这种“一票否决制”的评价结果较为片面、悲观,不能对水质进行综合评价;均值综合污染指数法是根据污染物和重点监测项目进行综合评价水质污染程度的监测方法,能够反映各参评项目的变化趋势,具有评价均衡、重点突出的优点, 但由于各参评指数的权重一致, 所以经常会出现水质评价的污染程度较高的情形;内梅罗综合污染指数法不仅可以通过计算, 突出每个时期最大污染物对水质的影响, 同时还能够将平均值考虑在内、确定最大污染项目,兼顾其他参评指标,其评价结果相对单因子指数评价法和均值综合污染指数法更加综合、具体。

5 结语

(1)通过对广通河范围内的三甲集监测断面近几年来的地表水用不同评价方法研究发现,单因子指数评价法得出近十年广通河水质状况属于Ⅲ类水质,主要污染因子是氨氮,而氨氮的值整体逐年减小;有机污染综合指数评价法中2012-2015年水质状况为较好,2016-2021年水质状况为良好;内梅罗综合污染指数评价法中2012-2021年整体水质状况为清洁,Fn值随着年份增加整体逐渐减小;均值综合污染指数评价法中,2012-2016年的水质状况为重污染,2017 -2021年的水质状况为中度污染,由此可见广通河的水质在逐年好转,这些变化与近年来当地政府对排污口污水的集中综合治理以及人们对环境的保护治理息息相关。

(2)广通河三甲集监测断面的主要污染因子是氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、总磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)。由2012-2021年的基础数据的评价结果得出,氨氮对水质的影响最大,最大值出现在2012年,最小值出现在2021年,最大值是最小值的1.6倍。

(3)虽然广通河水质越来越好,但是对于水污染的防治还是不可松懈,一方面,我们要加强水质监测:首先,要加强对采样工作人员的技术培训,保证工作人员在各个采样环节严格按照技术规范要求进行采样,确保采样数据的可靠性;其次,保证实验室检测工作规范,适当增加加标回收、标准控制样等质控措施,以保证监测数据真实、准确,为广通河流域水污染治理工作提供有力的数据支撑;最后,对于发生污染事件的断面,要增加水质监测频次,避免因污染面的扩大造成污染治理的复杂性、困难性。另一方面,加强人们的环保意识,通过向人民群众宣传“科学用水”方法,使其树立“绿色”用水理念,减少因人类生产生活对水环境造成的不良影响,从根源上保护水环境资源。