周 圓，楊樹平，黃 俊，李曉銘，張 ，李婭萍，黃麗娟，張 宇

（昆明市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，云南昆明650228）

滇池草海水質(zhì)變化趨勢(shì)和特征污染物分析

周 圓，楊樹平，黃 俊，李曉銘，張 ，李婭萍，黃麗娟，張 宇

（昆明市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，云南昆明650228）

根據(jù)滇池草海2002—2011年的年均值水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和《滇池水環(huán)境質(zhì)量地方評(píng)價(jià)規(guī)定》，運(yùn)用綜合水質(zhì)指數(shù)法 （WQI）計(jì)算得到綜合水質(zhì)指數(shù)，結(jié)合滇池治理工程，對(duì)草海10年來(lái)水質(zhì)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：①第一類重金屬指標(biāo)水質(zhì)評(píng)價(jià)優(yōu)良，2004—2007年，草海的第一類項(xiàng)目水質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2007年達(dá)到10年來(lái)最差情況。第二類分類指數(shù)為72～92，評(píng)價(jià)為嚴(yán)重污染，不安全級(jí)別。2009年水質(zhì)最差，第二類污染物指數(shù)成為WQI的貢獻(xiàn)值，是草海的主要污染物。第三類分類指數(shù)為3～32，水質(zhì)優(yōu)良，水質(zhì)安全程度為安全級(jí)。②滇池水質(zhì)波動(dòng)的主要因素是富營(yíng)養(yǎng)類污染物，特征污染物是總磷和總氮。

水質(zhì)指數(shù)；特征污染物；變化；趨勢(shì)；滇池；草海

滇池地處長(zhǎng)江、紅河、珠江三大水系分水嶺地帶，流域面積2920km2，是昆明城市飲用水源地之一，具有工農(nóng)業(yè)用水、調(diào)蓄、防洪、旅游、航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、調(diào)節(jié)氣候等多種功能。

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口的持續(xù)增加，滇池水質(zhì)一直呈惡化趨勢(shì)，影響滇池漁業(yè)養(yǎng)殖功能，使滇池水生生態(tài)系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞，給滇池流域的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城市生活等造成很大損失，嚴(yán)重影響和制約了區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

“十一五”期間，隨著草海周邊第一、第三污水處理廠的擴(kuò)建和穩(wěn)定運(yùn)行，環(huán)湖截污工程、污染底泥疏浚、入湖河道整治等治理工程的進(jìn)行，滇池水質(zhì)惡化趨勢(shì)得到有效遏制。

綜合指數(shù)法是國(guó)內(nèi)外較常采用的一種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，綜合性和可比性強(qiáng)。Summiya等運(yùn)用綜合水質(zhì)指數(shù)法，對(duì)巴基斯坦境內(nèi)的Soan河水質(zhì)進(jìn)行了重金屬方面的危害性評(píng)估［1］。西班牙馬德里的環(huán)境科學(xué)中心Enrique等用綜合水質(zhì)指數(shù)法對(duì)當(dāng)?shù)睾恿鬟M(jìn)行評(píng)價(jià)，建立了溶解氧和WQI指數(shù)的相關(guān)性［2］。馬拉維大學(xué)化學(xué)學(xué)院Elijah等用水質(zhì)指數(shù)法對(duì)水體進(jìn)行每月的采樣分析，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)［3］。

復(fù)旦大學(xué)環(huán)境學(xué)院的陳仁杰等對(duì)上海水源水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，檢測(cè)了地表水的16個(gè)指標(biāo)，運(yùn)用了綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法，對(duì)上海市區(qū)及郊區(qū)的水質(zhì)進(jìn)行了分析［4］。中科院流域生態(tài)中心的李思悅運(yùn)用水質(zhì)指數(shù)法評(píng)價(jià)南水北調(diào)工程水源地丹江口水庫(kù)的水質(zhì)［5］。復(fù)旦大學(xué)環(huán)境工程系的張弛運(yùn)用綜合指數(shù)法對(duì)浙江省慈溪市的運(yùn)用水源地進(jìn)行了安全評(píng)價(jià)和污染研究［6］。

本文運(yùn)用綜合水質(zhì)綜合污染指數(shù)法（Water Quality Index，WQI），根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》［7］和 《滇池水環(huán)境質(zhì)量地方評(píng)價(jià)規(guī)定》［8］，將地表水環(huán)境的前5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)間的限值關(guān)系，設(shè)定V類水質(zhì)有1、2、3、4和5類，將單項(xiàng)指數(shù)擴(kuò)大到200，擴(kuò)展了V類水質(zhì)以外的評(píng)定等級(jí)，進(jìn)一步完善了滇池水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

昆明城市西部片區(qū)的污水排入草海，草海一直是滇池水質(zhì)最差的區(qū)域。本文選取滇池草海2002—2012年共10年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，觀察草海變化趨勢(shì)。對(duì)滇池草海水質(zhì)數(shù)據(jù)分別計(jì)算單項(xiàng)指數(shù)、分類指數(shù)及綜合水質(zhì)指數(shù)。

根據(jù) 《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》和 《滇池水環(huán)境質(zhì)量地方評(píng)價(jià)規(guī)定》中的基本項(xiàng)目，選取如下評(píng)價(jià)項(xiàng)目，并將參與評(píng)價(jià)的項(xiàng)目分為3類：①對(duì)人體危害嚴(yán)重且經(jīng)水廠處理后難以消除的重金屬污染物 （如：砷、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、氰化物）；②經(jīng)水廠處理后出水水質(zhì)能夠達(dá)標(biāo)的污染物 （如：pH、溶解氧、CODMn、BOD5、氨氮、總磷、糞大腸菌）；③除第1、第2類以外的其他污染 （如：氟化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑）。

研究選取的進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)的18項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷、糞大腸菌、氟化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子、砷、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、氰化物。pH、溶解氧采樣現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總氮、總磷按照基本項(xiàng)目分析方法，糞大腸菌采用多管發(fā)酵法，陰離子和氰化物采用流動(dòng)注射儀測(cè)定，揮發(fā)酚采用連續(xù)流動(dòng)儀測(cè)定，砷、汞、鎘采用原子吸收儀測(cè)定。所有實(shí)驗(yàn)步驟均按照 《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法 （第四版）》［9］進(jìn)行。

1.2 評(píng)價(jià)與計(jì)算方法

《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838－2002）》將水質(zhì)分為I、II、III、IV、V類，因此將分級(jí)指數(shù)也分為對(duì)應(yīng)的5個(gè)等級(jí)，分值范圍是1～100分，對(duì)應(yīng)的5個(gè)等級(jí)的分值分別為20、40、60、80、100。

1.2.1 單項(xiàng)指數(shù)Ii的計(jì)算

每個(gè)項(xiàng)目的單項(xiàng)指數(shù)Ii為：

式中：Ci—i項(xiàng)目的實(shí)測(cè)值；Cik—i項(xiàng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的k級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度；Cik＋m—i項(xiàng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的k＋m級(jí)標(biāo)準(zhǔn)濃度；Iik＋m－1—i項(xiàng)評(píng)價(jià)項(xiàng)目的k＋m－1級(jí)指數(shù)值。

由于水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)將水質(zhì)分為I、II、III、IV、V，對(duì)應(yīng)的Ii1、Ii2、Ii3、Ii4、Ii5分別為20、40、60、80、100。m為標(biāo)準(zhǔn)中兩分級(jí)值或多分級(jí)值相同標(biāo)準(zhǔn)的個(gè)數(shù)，當(dāng)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值都不相同時(shí)，m為1，可記為如下公式：

1.2.2 單項(xiàng)指數(shù)的計(jì)算

對(duì)于第一類項(xiàng)目，IL取各單項(xiàng)指數(shù)的最高值，即：IL1＝（Ii）max

對(duì)于第二、三類項(xiàng)目，IL取各單項(xiàng)指數(shù)之和的平均值，即：

式中：n—參與評(píng)價(jià)的項(xiàng)目個(gè)數(shù)。

1.2.3 綜合水質(zhì)指數(shù)WQI的計(jì)算

取上述3種分類指數(shù)中的最大值，即：WQI＝（IL）max，評(píng)價(jià)中注意：①未檢出項(xiàng)目的單項(xiàng)指數(shù)可簡(jiǎn)單地計(jì)為0，超過(guò)等于VI類水時(shí)，單項(xiàng)指數(shù)記為Ii≥100。②當(dāng)pH值在6～9時(shí)，其單項(xiàng)指數(shù)計(jì)為0，否則為100。③溶解氧與一般指標(biāo)不同，一般地，溶解氧越大，水質(zhì)越好，所以溶解氧的計(jì)算公式與其他指標(biāo)的指數(shù)計(jì)算公式相反。

1.2.4 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)分級(jí)

將水質(zhì)分為5個(gè)等級(jí)。當(dāng)WQI≤20，為1級(jí)，表明水質(zhì)優(yōu)良。WQI在21～40，為2級(jí)，水質(zhì)良好。WQI在41～60，為3級(jí)，水質(zhì)尚好。WQI在61～80，為4級(jí)，表明已受到污染，需要深度處理后才能用于飲用。WQI在81～100，為5級(jí)，表明嚴(yán)重污染。WQI≥100，為極嚴(yán)重污染。1、2級(jí)確定為安全，3級(jí)為基本安全，4級(jí)及以上為不安全［5］。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及分類指數(shù)表

表2 滇池水環(huán)境質(zhì)量V類以上分級(jí)閾值規(guī)定限值

1.3 滇池草海水質(zhì)評(píng)價(jià)過(guò)程

運(yùn)用滇池草海2002—2011年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)滇池草海水質(zhì)數(shù)據(jù)分別計(jì)算其單項(xiàng)指數(shù)、分類指數(shù)及綜合水質(zhì)指數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表3～表6。

2004—2007年，草海的第一類項(xiàng)目水質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，2007年達(dá)到10年來(lái)最差情況，指數(shù)為32，評(píng)價(jià)為良好，屬于安全級(jí)別。2008年后草海第一類項(xiàng)目指數(shù)開始下降，其余年份水質(zhì)最好時(shí)指數(shù)為10，評(píng)價(jià)為優(yōu)良，安全級(jí)別。2009年以后，第一類水質(zhì)指數(shù)保持衡定。評(píng)價(jià)項(xiàng)目中，六價(jià)鉻全部為零。雖然鉛、鎘、氰化物分類指數(shù)較高，但是仍在安全級(jí)別范圍內(nèi)。

表3 滇池草海第一類項(xiàng)目分類指數(shù)統(tǒng)計(jì)

表4 滇池草海第二類項(xiàng)目分類指數(shù)統(tǒng)計(jì)

表5 滇池草海第三類項(xiàng)目分類指數(shù)統(tǒng)計(jì)

表6 滇池草海2002—2011年水質(zhì)指數(shù)（WQI）統(tǒng)計(jì)

第二類分類指數(shù)72～92，評(píng)價(jià)為嚴(yán)重污染，不安全級(jí)別。2009年達(dá)到最大數(shù)值，隨后兩年逐漸下降，2011年為最低值。第二類污染物中，除了pH值的單項(xiàng)指數(shù)是0以外，其余項(xiàng)目月均值都很高，總磷和總氮的分類指數(shù)均達(dá)到了5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，屬嚴(yán)重污染?？偭自?002—2010年都是最高值，超過(guò)了V類的5級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。富營(yíng)養(yǎng)情況依然嚴(yán)峻，第二類污染物指數(shù)成為了WQI的貢獻(xiàn)值，位列前三位的單項(xiàng)污染指標(biāo)是總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)。

第三類分類指數(shù)3～32。水質(zhì)優(yōu)良，水質(zhì)安全程度為安全級(jí)。2009年度草海第三類指數(shù)突然升高為32，污染物是陰離子和揮發(fā)酚，單項(xiàng)指數(shù)分別是44.03和67.20，水質(zhì)評(píng)價(jià)屬于受到污染，安全評(píng)價(jià)為不安全。在其他年份，氟化物、揮發(fā)酚、石油類和陰離子有檢出，單項(xiàng)指數(shù)評(píng)價(jià)為水質(zhì)優(yōu)良，屬于安全級(jí)別。

滇池草海10年來(lái)WQI均值范圍是72～97，水質(zhì)狀況在4～5級(jí)，2002—2005年污染指數(shù)較高，都＞90。2005年以后有污染減輕的趨勢(shì)，但是2007—2009年水質(zhì)指數(shù)升高，水質(zhì)下降，和流域旱情相關(guān)。2009年實(shí)施了一系列治理工程后，草海污染程度減輕。在三大類污染物中，富營(yíng)養(yǎng)類污染物對(duì)WQI值貢獻(xiàn)較大，即第二類污染物的變化趨勢(shì)與WQI值的變化趨勢(shì)極為相似。因此，滇池年度水質(zhì)波動(dòng)的主要影響因素是富營(yíng)養(yǎng)類污染物。

2 小結(jié)

綜合水質(zhì)指數(shù)法將水質(zhì)指標(biāo)分為三個(gè)大類，適合在調(diào)查水質(zhì)參數(shù)較多時(shí)使用，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)污染物質(zhì)的相對(duì)污染值，建立數(shù)學(xué)模式，進(jìn)行數(shù)學(xué)上的歸納和統(tǒng)計(jì)，得出一個(gè)較簡(jiǎn)單的數(shù)值，用該數(shù)值代表水體的污染程度，結(jié)果直觀易懂。

綜合水質(zhì)指數(shù)法把滇池水質(zhì)指標(biāo)分為三類分類指數(shù)。評(píng)價(jià)后得知，滇池水體在第一類金屬污染物（砷、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、氰化物）和第三類其他污染物 （氟化物、揮發(fā)酚、石油類、陰離子表面活性劑）方面，受到的污染程度較輕，均＜2級(jí)，水質(zhì)良好。第二類污染物 （溶解氧、CODMn、BOD5、氨氮、總磷、糞大腸菌）導(dǎo)致綜合水質(zhì)指數(shù)升高，是主要污染因子。

綜合水質(zhì)指數(shù)法通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算，得出一個(gè)較簡(jiǎn)單的單項(xiàng)分類數(shù)值，用該數(shù)值代表水體的污染程度，并據(jù)此進(jìn)行水體污染的分類和分級(jí)，可以準(zhǔn)確反映影響水質(zhì)的單項(xiàng)因子。

［1］SuummiyaNazeer，MuhammadZafarHashmi.Heavymetals distribution risk assessment and water qualitycharacterization by water quality index of river Soan，Pakistan［J］.EcologicalIndicators，2014（43）：262－270.

［2］EnriqueSanchez，Manuel F，Colmenarejo，Juan Vicente，et al. Use of the water quality index and dissolvedoxygen deficit as simple indicators of watersheds pollution［J］.Ecological In6dicators，2007，7（2）：315－328.

［3］Elijah M，Wanda，Lewis C，Gulula，Gift Phiri.Determination of characteristics and drinking water qualityindexin Mzuzu City Northern Malawi［J］.Physics and Chemistry of the Earth，2012（50）：92－97.

［4］陳仁杰，錢海雷，袁東，等.改良綜合指數(shù)法及其在上海市水源水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（2）：431－437.

［5］李思悅，張全發(fā).運(yùn)用水質(zhì)指數(shù)法評(píng)價(jià)南水北調(diào)工程水源地丹江口水庫(kù)的水質(zhì)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（30）：61－68.

［6］張弛.慈溪市水源地安全評(píng)價(jià)和污染研究 ［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2009.

［7］GB3838－2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［8］昆滇治發(fā)2011－6號(hào)，滇池水環(huán)境質(zhì)量地方評(píng)價(jià)規(guī)定［S］.

［9］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（4版）［M］.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

Variation Trend of W ater Quality and Analysis of Specific Pollutants of CaohaiLakeof Dianchi Lake

ZHOU Yuan，YANG Shu－ping，HUANG Jun，LIXiao－ming，ZHANG Ying，LIYa－ping，HUANG Li－juan，ZHANG Yu
（Kunming Environmental Monitoring Center，Kunming Yunnan 650228，China）

Water quality index（WQI）was adopted to evaluate the water quality of CaohaiLakeof Dianchi Lake using the 10 yearsmonitoring data of Caohai Lake in Dianchi lake from 2002 to 2011on the basis of“Environmental Quality Standard for SurfaceWater（GB3838－2002）”and“Dianchi Lake Local Evaluation Regulations on Water Environmental quality”.The results showed that the heavy metal index indicated a good water quality.The index decreased from 2004 to 2007.The water quality in terms of heavy metal was worst in 2007 during the ten years. The second kind of index scored from 72 to 92，which showed a serious pollution and unsecure status.The worst water quality occurred in the year of 2009.The second kinds of pollutants contributed most to the WOIand have become themajor pollutants in Caohai Lake.The score of the third kind of index varied between 3 and 32，which showed a good water quality status.The nutrientswere themajor factor influencing the fluctuation ofwater quality. Total nitrogen and total phosphorus are the specific pollutants of Caohai Lake.

water quality index；specific pollutants；change；trend；CaohaiLakeof Dianchi Lake

X52

A

1673－9655（2015）02－0020－06 0 引言

2014－10－28

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（2010ZX 07102－006）。

張宇。