陶 冶，崔 楷，楊子彥，鄔紅娟

(1.華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢430074；2.河南省環(huán)境保護(hù)廳環(huán)境監(jiān)控中心，河南 鄭州450004； 3.華北水利水電大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南 鄭州 450046；4.華北水利水電大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，河南 鄭州450011)

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河南省湖庫型飲用水源地水質(zhì)安全評(píng)價(jià)

陶 冶1,2，崔 楷3，楊子彥4，鄔紅娟1

(1.華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢430074；2.河南省環(huán)境保護(hù)廳環(huán)境監(jiān)控中心，河南 鄭州450004； 3.華北水利水電大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南 鄭州 450046；4.華北水利水電大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院，河南 鄭州450011)

根據(jù)河南省2012年8月到2013年8月監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)河南省6個(gè)日供水量10萬t以上湖庫型水源地的水質(zhì)、生物毒性、富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行分析。結(jié)果表明：水質(zhì)總體狀況良好，6個(gè)湖庫型水源地營養(yǎng)狀態(tài)均為中度營養(yǎng)，沒有富營養(yǎng)化狀況的發(fā)生；生物毒性發(fā)光抑制率均小于30%，表現(xiàn)為無毒或低毒，符合水源地安全性要求。

湖庫；飲用水源地；水質(zhì)評(píng)價(jià)；河南

飲用水安全與人民群眾的生命健康息息相關(guān)，是一件關(guān)系到社會(huì)政治穩(wěn)定的民生大事[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)和生活污水的大量排放，使水環(huán)境污染問題變得日益嚴(yán)重，已經(jīng)直接影響到生活飲用水和城市集中供水的安全，而且突發(fā)性環(huán)境污染事故時(shí)有發(fā)生，對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)和人體健康構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅[2]。因此，為了保證飲用水的安全，需要利用現(xiàn)代化環(huán)境監(jiān)控手段，對(duì)水源地水質(zhì)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的理化監(jiān)測(cè)手段在面對(duì)突發(fā)性水污染事故時(shí)，不能快速有效地檢測(cè)到所有的毒性物質(zhì)，出現(xiàn)漏檢而造成危害的可能性較大；而且也不能直接說明各種有毒物質(zhì)混合后對(duì)生物體和人體產(chǎn)生的拮抗作用、復(fù)合作用等影響，無法有效判斷污染物對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境的危害程度[3]。利用生物毒性在線監(jiān)測(cè)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水源地水質(zhì)毒性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)水質(zhì)情況出現(xiàn)惡化時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)快速的預(yù)警，保證水質(zhì)安全，避免可能產(chǎn)生的嚴(yán)重后果。目前該監(jiān)測(cè)技術(shù)已在國內(nèi)許多地區(qū)和領(lǐng)域得到推廣，被應(yīng)用于飲用水[4，5]、工業(yè)廢水[6]、生活污水[7]和其他環(huán)境水體[8]中，從而彌補(bǔ)了傳統(tǒng)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的不足。2012年Toxcontrol 生物綜合毒性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于天津市飲用水源地，王海英等[4]根據(jù)與毒性監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行的其他4項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，判斷出所取位點(diǎn)水體質(zhì)量達(dá)到生活飲用水質(zhì)要求，其結(jié)果與 TOXcontrol 生物綜合毒性監(jiān)測(cè)儀所監(jiān)測(cè)的結(jié)果相一致；蔣增輝等[5]運(yùn)用生物毒性監(jiān)測(cè)儀，對(duì)上海市黃浦江上游水源地各斷面污染程度進(jìn)行分析，并提出水源地突發(fā)性水污染事件分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。河南省于2009年建成了全省范圍內(nèi)的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)全省14個(gè)日供水量10萬t以上的集中式地表水飲用水水源地實(shí)施了在線實(shí)時(shí)監(jiān)控。本研究根據(jù)2012年8月到2013年8月6個(gè)湖庫型水源地的生物毒性(Toxicity)、總磷(TP)、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)等5類指標(biāo)的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析，旨在了解各水源地在不同時(shí)期的水質(zhì)狀況，在豐水期、平水期、枯水期的毒性指標(biāo)分布規(guī)律，對(duì)水源地的生物毒性狀況進(jìn)行分析，為河南省飲用水源地水質(zhì)生物綜合毒性分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)的建立提供依據(jù)。

1 水源地概況

河南省是全國水資源嚴(yán)重短缺的省份之一。水資源分配嚴(yán)重不均衡，西南山丘區(qū)多，東北平原區(qū)少。全省境內(nèi)共規(guī)劃集中式飲用水源地113個(gè)，其中地下水型飲用水源地 72個(gè)、地表水型飲用水源地41個(gè)(湖庫型飲用水源地 26個(gè))。全省施行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控的日供水量10萬t以上的集中式地表水飲用水水源地14個(gè)。其中，湖庫型飲用水源地有三門峽朱乙河水庫、鶴壁寒坡洞水庫、鶴壁盤石頭水庫、平頂山白龜山水庫、信陽南灣水庫、駐馬店板橋水庫共6個(gè)。

2 評(píng)價(jià)方法

2.1 單因子評(píng)價(jià)

以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)為依據(jù)，采用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)各水源地的水質(zhì)情況進(jìn)行分析。參與單因子評(píng)價(jià)的指標(biāo)有總磷(TP)、高錳酸鉀指數(shù)(CODMn)、氨氮(NH3-N)、總氮(TN)。

2.2 富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

水體的營養(yǎng)狀態(tài)受多種因素的影響和控制，各參數(shù)之間相互影響，相互制約。雖然根據(jù)單一參數(shù)對(duì)水體進(jìn)行富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)具有指標(biāo)簡單、明確等特點(diǎn)，但這種評(píng)價(jià)不能反映出水體真實(shí)的營養(yǎng)狀態(tài)，需要對(duì)富營養(yǎng)化程度進(jìn)行多種參數(shù)的綜合評(píng)價(jià)。因此，中國學(xué)者提出了相關(guān)加權(quán)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[9]，該評(píng)價(jià)方法是根據(jù)各參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)的相關(guān)性，對(duì)不同參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)進(jìn)行適當(dāng)加權(quán)，用加權(quán)后的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來判斷水體的營養(yǎng)狀態(tài)。本文采用TP、TN和CODMn3項(xiàng)指標(biāo)分析。

(1)

式中：TLI(∑)為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的相關(guān)權(quán)重。

TLI(j)為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，計(jì)算公式為：

(2)

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)水體的營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)(表1)。在同一營養(yǎng)狀態(tài)下，水體的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)值越高，說明其營養(yǎng)程度越嚴(yán)重。

表1 湖泊水庫營養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 水質(zhì)安全性評(píng)價(jià)

采用生物毒性評(píng)價(jià)法[10]，對(duì)各水源地的水質(zhì)安全進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。選用TOXcontrol4.40 型在線生物毒性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(荷蘭MicroLan公司)，該系統(tǒng)采用發(fā)光細(xì)菌綜合毒性檢測(cè)方法[11]，全自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)水體的生物毒性。毒性物質(zhì)的生物毒性通常用EC50來表示，即發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光抑制率50%相對(duì)應(yīng)的毒性物質(zhì)的濃度。在數(shù)據(jù)處理過程中，對(duì)于樣品毒性太大，則用對(duì)細(xì)菌抑制率100%來表示；如果毒性太小，沒有達(dá)到50%的抑制率則直接用抑制率來表示。根據(jù)自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備使用手冊(cè)(TOXcontrl Manual versie 4.40)和國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 11348的推薦，選用生物毒性30%作為水質(zhì)生物毒性報(bào)警限值。因此，測(cè)試水樣的生物毒性在30%以下一般可認(rèn)為無毒或低毒。

3 水源地水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

河南省6個(gè)日供水量10萬t以上的湖庫型飲用水水源地的水質(zhì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，來源于各飲用水源地在2012年8月至2013年8月的在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，主要包括Toxicity、TP、CODMn、NH3-N、TN等5項(xiàng)指標(biāo)。各水源地的水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果見圖1～圖6。

圖1 三門峽朱乙河水庫的水質(zhì)評(píng)價(jià)

圖2 鶴壁寒坡洞水庫的水質(zhì)評(píng)價(jià)

圖3 鶴壁盤石頭水庫的水質(zhì)評(píng)價(jià)

圖4 平頂山白龜山水庫的水質(zhì)評(píng)價(jià)

3.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

利用水源地2012年8月—2013年8月期間在線自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)TP、CODMn、NH3-N和TN進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，三門峽朱乙河水庫、鶴壁寒坡洞水庫、鶴壁盤石頭水庫、平頂山白龜山水庫、信陽南灣水庫和駐馬店板橋水庫這6個(gè)湖庫型水源地的TP、COD濃度和NH3-N濃度均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)II類水質(zhì)要求，整體水質(zhì)合格。其中鶴壁盤石頭水庫和信陽南灣水庫水源地的這3項(xiàng)指標(biāo)與其他水源地相比，濃度相對(duì)較低，水質(zhì)更好。但是6個(gè)水源地的TN濃度只達(dá)到了III類水質(zhì)的要求，且監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，部分月份的TP濃度超標(biāo)，但超標(biāo)幅度不大。造成這種現(xiàn)象的原因可能是飲用水源地周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用化肥和農(nóng)藥，以及農(nóng)作物秸稈和枯枝爛葉被雨水沖涮帶入湖庫，造成總磷濃度增高，或者是個(gè)別水源地管理不嚴(yán)格，附近居民在近岸從事洗衣、游泳、垂釣等活動(dòng)，造成了一定程度的污染。

圖5 信陽南灣水庫的水質(zhì)評(píng)價(jià)

圖6 駐馬店板橋水庫的水質(zhì)評(píng)價(jià)

3.2 富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

根據(jù)上述方法算出河南省6個(gè)湖庫型水源地1個(gè)監(jiān)測(cè)年的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，評(píng)價(jià)結(jié)果如表2所示。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)的結(jié)果顯示，三門峽朱乙河水庫、鶴壁寒坡洞水庫、鶴壁盤石頭水庫、平頂山白龜山水庫、信陽南灣水庫和駐馬店板橋水庫這6個(gè)水源地的富營養(yǎng)化指數(shù)分別為39.54、36.42、37.47、37.22、36.44和36.65。數(shù)值都在30～50之間，屬于中營養(yǎng)水平，水質(zhì)良好，均符合飲用水水源地水質(zhì)要求。

表2 湖庫型水源地富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

3.1 水質(zhì)安全性評(píng)價(jià)

由圖1～圖6可以看出，在2012年8月—2013年8月的1個(gè)監(jiān)測(cè)年中，三門峽朱乙河水源地的發(fā)光抑制率變化幅度不大，且均在零以下；鶴壁寒坡洞水庫水源地的發(fā)光抑制率呈波動(dòng)性變化，數(shù)值在-17%～12%，平水期的發(fā)光抑制率為負(fù)；鶴壁盤石頭水庫水源地2012年的發(fā)光抑制率為負(fù)值，2013年水源地的發(fā)光抑制率為正值，且均未超過15%；平頂山白龜山水庫水源地除2013年2月外，水源地的發(fā)光抑制率均為負(fù)值；信陽南灣水庫和駐馬店板橋水庫水源地的發(fā)光抑制率也呈波動(dòng)性變化，變化范圍分別為-15%～14%和-22%～10%。全省6個(gè)湖庫型飲用水源地生物毒性均小于30%，表現(xiàn)為無毒和低毒，符合水源地安全性要求。另外，三門峽朱乙河水庫和平頂山白龜山水庫全年發(fā)光細(xì)菌發(fā)光抑制率變化幅度較小，水質(zhì)生物毒性穩(wěn)定，并且在檢測(cè)結(jié)果中三門峽朱乙河水庫整個(gè)監(jiān)測(cè)年的生物毒性都在零以下。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是當(dāng)水樣的毒性較小或者當(dāng)水樣中沒有毒性物質(zhì)時(shí)，水樣中的某些營養(yǎng)物質(zhì)會(huì)使發(fā)光細(xì)菌的代謝活動(dòng)增強(qiáng)，發(fā)光性能增加，所以水樣對(duì)發(fā)光細(xì)菌的抑制率會(huì)出現(xiàn)負(fù)值。

4 結(jié)論

1)河南省湖庫型水源地水質(zhì)總體狀況良好，3個(gè)出現(xiàn)超標(biāo)情況的飲用水源地分別是三門峽朱乙河水庫、鶴壁寒坡洞水庫、平頂山白龜山水庫；6個(gè)湖庫型水源地營養(yǎng)狀態(tài)均為中度營養(yǎng)，沒有富營養(yǎng)化狀況的發(fā)生。

2)在2012年8月—2013年8月的1個(gè)監(jiān)測(cè)年中，6個(gè)湖庫型水源地發(fā)光抑制率均小于30%，表現(xiàn)為無毒或低毒，符合水源地安全性要求。三門峽朱乙河水庫和平頂山白龜山水庫的生物毒性監(jiān)測(cè)結(jié)果中發(fā)現(xiàn)部分月份發(fā)光抑制率小于零，而三門峽朱乙河水庫整個(gè)監(jiān)測(cè)年的生物毒性都在零以下，可能是當(dāng)水樣的毒性較小或者當(dāng)水樣中沒有毒性物質(zhì)時(shí)，水樣中的某些營養(yǎng)物質(zhì)使發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光性能增加。

[1] 李杭芬, 周麗蓉, 何 慶, 等 . 四川古藺河水質(zhì)的生物毒性評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì), 2013(7): 182-185.

[2] 司 鏹, 武 丹, 王海英. 水質(zhì)生物毒性在線監(jiān)測(cè)的必要性和常用方法探討[J]. 綠色科技, 2013(4): 205-207.

[3] 李婧梅, 鵬 蔚, 卞少偉. 引灤輸水中的生物毒性監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)建研究[J]. 綠色科技， 2013(8): 218-220.

[4] 王海英. 生物毒性在線監(jiān)測(cè)在水源地的應(yīng)用研究[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理，2014, 39(5): 125-127.

[5] 蔣增輝, 曾次元, 韓敏奇, 等. 黃浦江上游水源地水質(zhì)污染分析與突發(fā)性水污染事件分級(jí)[J]. 凈水技術(shù)， 2013, 32(4):15-20.

[6] 鄒葉娜,蔡煥興,薛銀剛，等. 常州市典型工業(yè)廢水綜合急性毒性評(píng)估[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2012, 37(7): 167-169.

[7] 王 敏, 唐景春, 朱文英，等. 大沽排污河生態(tài)修復(fù)河道水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)及生物毒性影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(14): 4535-4543.

[8] 張鈴松, 王業(yè)耀, 孟凡生. 基于生物毒性的松花江氨氮水質(zhì)評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究. 2012, 25(12): 1344-1350.

[9] 王明翠, 劉雪芹, 張建輝. 湖泊富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測(cè), 2002, 18(5): 49-51.

[10]吳泳標(biāo), 張國霞, 許玫英，等.發(fā)光細(xì)菌在水環(huán)境生物毒性檢測(cè)中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].微生物學(xué)通報(bào), 2010, 37(8): 1222-1226.

[11]國家環(huán)境保護(hù)局,國家技術(shù)監(jiān)督局. GB/T 15441—1995 ，水質(zhì)急性毒性的測(cè)定發(fā)光細(xì)菌法[S]. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 1995.

(責(zé)任編輯：蔣國良)

Assessment of water quality in lake/reservoir-based drinking water sources in Henan Province

TAO Ye1,2, CUI Kai3, YANG Ziyan4, WU Hongjuan1

(1.School of Environmental Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074, China; 2.Department of Environmental Protection of Henan Province, Zhengzhou 450004, China； 3.School of Management and Economics， North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046, China； 4.School of Environment and Municipal Engineering,North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450011, China)

The on-line monitoring data of 6 lake/reservoir-based drinking water sources (daily water supply more than 100 000 ton) from August 2012 to August 2013 were used to evaluate the water quality, biological toxicity and eutrophication status. The results showed that the overall source water quality was good, with only 3 reservoirs having excessive phosphorus contents. In addition, the results suggested that 6 lake reservoirs were mesotrophic and none appeared eutrophication, and all the tested toxicities were lower than 30%, which meets the security requirements of water sources.

lake and reservoir; drinking water sources; water quality assessment； Henan

2015-01-12

河南省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(142400410443)

陶 冶(1966-)，男，河南鄲城人，博士研究生，從事水處理技術(shù)和環(huán)境生物工程方面的研究。

鄔紅娟(1960-)，女，湖北武漢人，教授。

1000-2340(2015)04-0505-06

X131.2

A