郝鵬鵬　陳浩

【摘 要】于2013年5月至2014年4月對長江云陽段水體的水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮和總磷共6項水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）》，選取溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮和總磷作為水質(zhì)參數(shù)，采用水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法進(jìn)行綜合水質(zhì)評價。單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果表明，總磷為長江云陽段水體主要的水質(zhì)污染指標(biāo)，全年超標(biāo)率為66.7%；溶解氧、氨氮和高錳酸鉀指數(shù)全年達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)評價結(jié)果表明，長江云陽段水質(zhì)較穩(wěn)定，綜合水質(zhì)全年為Ⅱ類，達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)；平水期、枯水期水質(zhì)總體優(yōu)于豐水期。

【關(guān)鍵詞】長江云陽段；單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)；水質(zhì)評價

【Abstract】Six water quality indicators， including water temperature， pH， dissolved oxygen， CODMn， ammonia nitrogen and total phosphorus， were monitored in the Yunyang section of Yangtze River from May 2013 to April 2014. Selecting dissolved oxygen， CODMn， ammonia nitrogen and total phosphorus as water quality parameters， the method of water quality identification index was used to assess the water quality status on the basis of environmental quality standards for surface water（GB 3838-2002）. The assessment results of single factor water quality identification index showed that total phosphorus was the main water pollution indicator and the rate that exceeded the national standard Ⅱ was 66.7%， while dissolved oxygen， CODMn and ammonia nitrogen reached the water quality standard of Ⅱ type water throughout the year. The assessment results of comprehensive water quality identification index showed that the water quality state of this water area was stable， the water quality throughout the year was Grade Ⅱ， which achieved the goal of water environmental function， and the water quality of common and low water period was generally better than wet water period.

【Key words】The Yunyang section of Yangtze River； Single factor water quality identification index； Comprehensive water quality identification index； Water quality assessment

作為中國水量最豐富的河流，長江不僅為流域居民提供生活飲用水，還為流域及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著農(nóng)業(yè)灌溉、水力發(fā)電、航運等作用，其水質(zhì)情況與流域及周邊地區(qū)的居民健康和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)。長江上游末端的云陽段橫貫重慶市云陽縣，全長68.1km，總流域面積1.34×104km2，最高洪水位128.99m，最低枯水位82.86m，水位變幅46.13m，平均徑流量4156.44m3[1]，是重要的飲用水源地，水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）》Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。三峽工程蓄水后，庫區(qū)內(nèi)的垃圾、污水、糞便等污染物排泄缺乏有效管理，且江水上漲、水流變緩、水體自凈能力變差，這些因素勢必影響到該段及下游地區(qū)的水環(huán)境質(zhì)量。

目前，河流水環(huán)境質(zhì)量的綜合評價方法主要包括單因子評價法[2-3]、污染指數(shù)法[4-5]、模糊數(shù)學(xué)評價法[6-7]、灰色系統(tǒng)評價法[8-9]、層次分析法[10-11]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[12-13]、水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法[14-15]等。其中，水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法是同濟(jì)大學(xué)徐祖信教授于2005年首次提出的水質(zhì)評價方法。與其他水質(zhì)綜合評價方法相比，水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法不僅可以對河流水質(zhì)進(jìn)行定性、定量評價，而且能夠判斷河流水質(zhì)是否達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)。本研究擬采用水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法對長江云陽段水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評價，以期為長江水資源的合理開發(fā)利用及水環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 水樣采集

依據(jù)《水質(zhì)采樣技術(shù)指導(dǎo)（HJ 494-2009）》，選取長江云陽段苦草沱斷面等距離3點采樣，采樣時間為2013年5月至2014年4月，采樣頻率為每月1次。

1.2 水質(zhì)監(jiān)測

根據(jù)庫區(qū)水體的實際情況，選取水溫、pH值、溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮和總磷共6項指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測。采集的水樣自然沉淀30 min后取上清液，按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）》規(guī)定的分析方法進(jìn)行檢測。

1.3 水質(zhì)評價

依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）》，選取溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮和總磷4項指標(biāo)作為水質(zhì)參數(shù)，采用單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法和綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法，對長江云陽段的水質(zhì)進(jìn)行評價。

1.3.1 單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)

單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)P是由1位整數(shù)和2位小數(shù)點后有效數(shù)字構(gòu)成，表達(dá)式為：

Pi=X1.X2X3

X1——第i個河流水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別，當(dāng)水質(zhì)優(yōu)于Ⅴ類水時，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)與國家標(biāo)準(zhǔn)的比較來確定。

X2——第i個河流水質(zhì)指標(biāo)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)的位置，當(dāng)水質(zhì)優(yōu)于Ⅴ類水時，其確定分為非溶解氧指標(biāo)和溶解氧指標(biāo)兩類：

其中，Ci為第i個水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測值，Cikl為第i個水質(zhì)指標(biāo)在第k類水質(zhì)區(qū)間內(nèi)的最小值，Cikh為第i個水質(zhì)指標(biāo)在第k類水質(zhì)區(qū)間內(nèi)的最大值，k=X1，X2的值四舍五入取整數(shù)。

X3——第i個河流水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別與水環(huán)境功能區(qū)類別的比較結(jié)果，用以判斷單項水質(zhì)指標(biāo)的污染程度。若水質(zhì)類別達(dá)到或優(yōu)于水環(huán)境功能區(qū)類別，則X3=0；若水質(zhì)類別劣于水環(huán)境功能區(qū)類別，則X3=X1-fi，其中fi為水環(huán)境功能區(qū)類別。

1.3.2 綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)I是由1位整數(shù)和3位小數(shù)點后有效數(shù)字構(gòu)成，表達(dá)式為：

I=X1′.X2′X3′X4′

X1′——河流綜合水質(zhì)的水質(zhì)類別；X2′——河流綜合水質(zhì)在X1′類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)的位置。X1′.X2′的取值是參與河流綜合水質(zhì)評價的所有水質(zhì)指標(biāo)的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)中X1.X2部分的平均值。

X3′——在所有參與河流綜合水質(zhì)評價的水質(zhì)指標(biāo)中，未能達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項水質(zhì)指標(biāo)的數(shù)量。

X4′——河流綜合水質(zhì)類別與水環(huán)境功能區(qū)類別的比較結(jié)果，用以判斷綜合水質(zhì)的污染程度。若河流綜合水質(zhì)類別達(dá)到或優(yōu)于水環(huán)境功能區(qū)類別，則X4′=0；若河流綜合水質(zhì)類別劣于水環(huán)境功能區(qū)類別，則X4′=X1′-f，其中f為水環(huán)境功能區(qū)類別。

2 結(jié)果與分析

2.1 長江云陽段水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

長江云陽段自2013年5月至2014年4月期間的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1，各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均為苦草沱斷面等距離3個采樣點監(jiān)測值的平均值。

2.2 長江云陽段水質(zhì)評價結(jié)果

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)（表1），計算水質(zhì)指標(biāo)溶解氧、高錳酸鉀指數(shù)、氨氮、總磷的單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)，結(jié)果（表2）表明：長江云陽段4項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別均不超過Ⅲ類；溶解氧和氨氮全年達(dá)標(biāo)，且分別有8個月、2個月達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；總磷在12個月內(nèi)的超標(biāo)率達(dá)到66.7%，是長江云陽段主要的水質(zhì)污染指標(biāo)；對于高錳酸鉀指數(shù)來說，除了2013年6月的監(jiān)測值超標(biāo)外，絕大部分月份均能達(dá)到Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)（表2），計算長江云陽段的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)，并進(jìn)行綜合水質(zhì)評價，結(jié)果（表3）表明：長江云陽段綜合水質(zhì)良好，全年12個月為Ⅱ類水質(zhì)，達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)；水環(huán)境質(zhì)量比較穩(wěn)定，除2013年6月外，綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)值在Ⅱ類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)處于距離下限0～30%的位置，惡化為Ⅲ類水質(zhì)的趨勢較弱；對于各月的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)來說，在4項水質(zhì)指標(biāo)中，最多有2項未能達(dá)到水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)；此外，平水期（2013年11月至12月）、枯水期（2014年1月至4月）的綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總體低于豐水期（2013年5月至10月），即平水期、枯水期的綜合水質(zhì)總體優(yōu)于豐水期，或因豐水期有更多地表污染物被沖刷至江中所致。

3 結(jié)論

2013年5月至2014年4月期間，長江云陽段綜合水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838-2002）》Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，基本實現(xiàn)水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)，且水質(zhì)較為穩(wěn)定，無惡化趨勢；受到陸源污染的影響，豐水期水質(zhì)總體劣于平水期、枯水期；在所選取的4項水質(zhì)指標(biāo)中，總磷為主要的污染指標(biāo)。因此，除了繼續(xù)加大長江水質(zhì)監(jiān)測力度之外，還應(yīng)大力加強長江各類污染源（尤其是營養(yǎng)性污染物磷污染源）的監(jiān)控。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李欣，王寶亮.三峽庫區(qū)云陽故陵滑坡形成機制與防治對策[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2010，7（2）：32-36.

[2]于芳，宋進(jìn)喜，殷旭旺，等.涇河陜西段水體污染特征分析[J].北京師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，49（4）：421-424.

[3]景勝元，徐明德，武春芳.汾河水庫、上游水質(zhì)分析及其污染防治措施[J].環(huán)境工程，2014（4）：18-21.

[4]Akkoyunlu A， Akiner M E. Pollution evaluation in streams using water quality indices： A case study from Turkey's Sapanca Lake Basin[J]. Ecological Indicators， 2012，18：501-511.

[5]Lai Y C， Tu Y T， Yang C P， et al. Development of a water quality modeling system for river pollution index and suspended solid loading evaluation[J]. Journal of Hydrology， 2013，478：89-101.

[6]王博，楊志強，李慧穎，等.基于模糊數(shù)學(xué)和 GIS 的松花江流域水環(huán)境質(zhì)量評價研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（6）：124-129.

[7]Liu L， Zhou J Z， An X L， et al. Using fuzzy theory and information entropy for water quality assessment in Three Gorges Region， China[J]. Expert Systems with Applications， 2010，37（3）：2517-2521.

[8]朱永蘭.灰色系統(tǒng)在地表水水質(zhì)評價及預(yù)測中的應(yīng)用研究[D].天津：天津大學(xué)，2008：12-20.

[9]Karmakar S， Mujumdar P P. Grey fuzzy optimization model for water quality management of a river system[J]. Advances in Water Resources， 2006， 29（7）：1088-1105.

[10]徐兵兵，張妙仙，王肖肖.改進(jìn)的模糊層次分析法在南苕溪臨安段水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，31（9）：2066-2072.

[11]Carbajal-Hernández J J， Sánchez-Fernández L P， Villa-Vargas L A， et al. Water quality assessment in shrimp culture using an analytical hierarchical process[J]. Ecological Indicators， 2013，29：148-158.

[12]Singh K P， Basant A， Malik A， et al. Artificial neural network modeling of the river water quality—A case study[J]. Ecological Modelling， 2009， 220（6）：888-895.

[13]卞建民，胡昱欣，李育松，等.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的遼河源頭區(qū)水質(zhì)評價研究[J].水土保持研究，2014，21（1）：147-151.

[14]李艷利，李艷粉，徐宗學(xué).渾太河流域水環(huán)境質(zhì)量綜合分析與評價[J].水土保持研究，2014，21（4）：173-178.

[15]富天乙，鄒志紅，王曉靜.基于多元統(tǒng)計和水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的遼陽太子河水質(zhì)評價研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2014，34（2）：71-74.

[責(zé)任編輯：湯靜]