朱瑞瑞 楊道軍 潘紅澈 水慶賀

(1.南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份公司，江蘇 南京 210000；2.蚌埠市懷遠(yuǎn)縣生態(tài)環(huán)境分局，安徽 懷遠(yuǎn) 233400)

引言

芡河，古稱(chēng)沙水，亦稱(chēng)濮水。芡河發(fā)源于亳州市利辛縣，位于淮河、渦河和茨淮新河之間，屬于平原坡水區(qū)，流經(jīng)蒙城縣，于找母橋流入懷遠(yuǎn)縣。懷遠(yuǎn)縣境內(nèi)芡河湖全長(zhǎng)44km，流域面積546km2，流經(jīng)萬(wàn)福鎮(zhèn)、徐圩鄉(xiāng)、河溜鎮(zhèn)、蘭橋鄉(xiāng)、荊山鎮(zhèn)5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，經(jīng)六孔閘入茨淮新河[1]。河流平均比降0.022‰，流域多年平均降水深878.6mm，多年平均徑流深198.5mm。芡河湖流域內(nèi)地形西北高，東南低，地面高程一般為26.5米，下游為20米，自萬(wàn)福大橋以下地勢(shì)低洼，河面開(kāi)闊，形成芡河湖。懷遠(yuǎn)縣境內(nèi)芡河湖入湖河流主要為人工開(kāi)鑿的灌溉溝渠，主要入湖溝渠共有28條，芡河湖流域溝渠總面積為31.11km2，主要功能為農(nóng)業(yè)灌溉，溝渠寬度較窄約15m。

據(jù)2018年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，懷遠(yuǎn)縣芡河湖流域總?cè)丝跒?78760人，農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诒戎貫?9%，城鎮(zhèn)人口占比低于安徽省平均水平52%；人口密度約為719.35人/km2，高于安徽省人口密度503.4人/km2；地區(qū)生產(chǎn)總值約為24.64億元，人均GDP低于安徽省平均水平。

芡河湖作為懷遠(yuǎn)縣水源地，具有供水、防洪滯澇、養(yǎng)殖、旅游等多種功能[1-3]，在淮河下游地區(qū)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面具有重要地位。隨著湖區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和湖區(qū)人口城鎮(zhèn)化趨勢(shì)加強(qiáng)，工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)污染、生活污染等對(duì)湖區(qū)水域的污染日益嚴(yán)重。

1 評(píng)價(jià)材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

芡河湖水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)共設(shè)置4個(gè)斷面，懷遠(yuǎn)萬(wàn)福大橋、懷遠(yuǎn)三水廠取水口(例行監(jiān)測(cè))、楊圩村、鄭崗村(補(bǔ)充監(jiān)測(cè))。監(jiān)測(cè)時(shí)段為2017～2018年，監(jiān)測(cè)指標(biāo)涵蓋24項(xiàng)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目和反映湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的指標(biāo)項(xiàng)目，包含：水溫、pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、BOD5、氨氮、總氮、總磷、銅、鋅、硒、砷、汞、鎘、六價(jià)鉻、鉛、氟化物、氰化物、揮發(fā)酚、石油類(lèi)、陰離子表面活性劑、硫化物、糞大腸桿菌、透明度、電導(dǎo)率和葉綠素a等指標(biāo)。

1.2 評(píng)價(jià)方法

(1)水質(zhì)評(píng)價(jià)

地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)24項(xiàng)基本項(xiàng)目中，除水溫、pH外，其余22項(xiàng)均參與水質(zhì)評(píng)價(jià)，按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)》中的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)法對(duì)各斷面水質(zhì)類(lèi)別進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)水質(zhì)類(lèi)別確定各斷面水環(huán)境質(zhì)量狀況。單因子污染指數(shù)計(jì)算公式為：

Pij=Cij/Csj

式中：Pij—第i種污染物在第j點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；

Cij—第i種污染物在第j點(diǎn)的監(jiān)測(cè)平均濃度值，mg/L；

Csj—第i種污染物的地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。

綜合污染指數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：P——綜合污染指數(shù)；

Pij—第i種污染物在第j點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；

n——參加評(píng)價(jià)的污染物項(xiàng)目數(shù)。

(2)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法》(試行)，選取透明度、CODMn、總磷、總氮、葉綠素a五項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)，其濃度為年均值，按如下公式計(jì)算芡河湖綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)：

式中：TLI(∑)——綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；

Wj——第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；

TLI(j)——第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

m——評(píng)價(jià)參數(shù)的個(gè)數(shù)。

中國(guó)湖泊(水庫(kù))的chla與其它參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系及見(jiàn)下表。

圖1 芡河湖監(jiān)測(cè)斷面分布圖

表1 中國(guó)湖泊(水庫(kù))部分參數(shù)與chla的相關(guān)關(guān)系及

※：引自金相燦等著《中國(guó)湖泊環(huán)境》，表中來(lái)源于中國(guó)26個(gè)主要湖泊調(diào)查數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果。

各項(xiàng)參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為：

(1)TLI(chl)=10(2.5+1.086lnchl)

(2)TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

(3)TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

(4)TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

(5)TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCODMn)

式中：葉綠素chla單位為mg/m3，透明度SD單位為m；其它指標(biāo)單位均為mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 綜合污染指數(shù)

根據(jù)2017-2018年芡河湖水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果可知，除總磷、總氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量外，其余18項(xiàng)指標(biāo)水質(zhì)濃度符合III類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。22項(xiàng)指標(biāo)的綜合污染指數(shù)為10.39。影響水質(zhì)的10項(xiàng)主要污染因子為總磷、總氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氟化物、石油類(lèi)、溶解氧、六價(jià)鉻、氨氮，分擔(dān)率之和占全部污染指標(biāo)分擔(dān)率的88.6%?？偭诪檐秃雍滓廴疚?，分擔(dān)率為18.6%，總氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量、高錳酸鹽指數(shù)分列第2至第5位，分擔(dān)率依次為15.1%、10.9%、9.8%和9.6%。

各項(xiàng)主要污染指標(biāo)中，總磷、總氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量、平均濃度分別超III類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.9、0.6、0.14、0.01倍，達(dá)標(biāo)率分別為31.6%、26.3%、47.4%和57.9%；高錳酸鹽指數(shù)、氟化物、石油類(lèi)、溶解氧、六價(jià)鉻的年均濃度雖然符合或優(yōu)于III類(lèi)，但污染指數(shù)均較高，分別為0.99、0.83、0.52、0.44、0.42；氨氮年均濃度為II類(lèi)，污染指數(shù)相對(duì)較低，為0.36；作為反映水質(zhì)狀況的重要指標(biāo)，芡河湖溶解氧年均濃度較高，為8.99mg/L，接近相應(yīng)溫度下的飽和溶解氧濃度，污染指數(shù)僅為0.44。

表2 芡河湖水質(zhì)污染指數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.2 水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)

2017-2018年芡河湖水體營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)為57.9，處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。各評(píng)價(jià)參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI(j)由大到小依次為T(mén)LI(TN)>TLI(SD)>TLI(chla)>TLI(TP)>TLI(CODMn)。其中，總氮、透明度、葉綠素a、總磷年均值的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均大于50，分別為62.2、61.7、59.9、56.4。由此可知，芡河湖水體透明低、總氮、總磷和葉綠素a濃度較高是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。因此，必須嚴(yán)格控制氮磷的外源及內(nèi)源污染，降低水體總氮、總磷濃度，“降氮控磷”成為控制芡河湖富營(yíng)養(yǎng)化重要抓手。

表3 芡河湖湖體綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)

2.3 主要因子相關(guān)性分析

通過(guò)pearson相關(guān)性分析，研究TN、SD、DO、TP、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a、pH間的相關(guān)性。各因子間的pearson相關(guān)系數(shù)及雙側(cè)檢驗(yàn)顯著性見(jiàn)表4。結(jié)果顯示，透明度與總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、葉綠素a及水溫之間存在顯著的負(fù)相關(guān)；水溫與溶解氧、透明度呈顯著負(fù)相關(guān)，與總磷、葉綠素a呈顯著正相關(guān)。

表4 芡河湖湖體各主要污染因子的pearson相關(guān)性

注：**.在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)，*.在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)2017～2018年芡河湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)》中Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，采用單因子評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)法和綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法對(duì)芡河湖水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，在總磷、總氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量不參與評(píng)價(jià)的情況下，芡河湖湖體水質(zhì)整體為優(yōu)；各指標(biāo)的綜合污染指數(shù)為10.39，總磷為芡河湖首要污染物，湖水中總磷、總氮、化學(xué)需氧量、生化需氧量污染比較嚴(yán)重，濃度均劣于Ⅲ類(lèi)水質(zhì)要求。芡河湖水體營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)為57.9，水質(zhì)處于輕度富營(yíng)養(yǎng)水平。

芡河湖流域農(nóng)業(yè)人口占比達(dá)79%，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)仍占主導(dǎo)地位，以種植業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖為主的農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重，區(qū)域污染源較為分散，環(huán)保設(shè)施落后，治理難度大。芡河湖污染防治措施要以入湖污染物總量控制為原則，擬定具有針對(duì)性的分階段投資行動(dòng)方案。發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖，推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖污染物的資源化，循環(huán)利用，減小養(yǎng)殖業(yè)氮磷污染；加強(qiáng)面源整治，大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，推廣科學(xué)施肥，實(shí)施農(nóng)村環(huán)境綜合整治，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)持續(xù)好轉(zhuǎn)。