郝凱越,邱志華,段小龍,張 寧,宗永臣
(西藏農(nóng)牧學(xué)院水利土木工程學(xué)院,西藏 林芝 860000)
西藏平均海拔4 000 m以上,具有數(shù)百座雪山?!把┯颉笔恰八颉?,也是水之源。西藏冰雪面積共有2.62萬km2,是我國(guó)冰雪總面積的一半,亦成為巨大的天然水庫[1]。冰雪水被稱為地球上優(yōu)質(zhì)的水[2-3]。
近年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于對(duì)冰雪水的水質(zhì)研究微乎其微,由于我國(guó)飲用水資源不足,地表飲用水的質(zhì)量已經(jīng)遭到了一定程度的污染[4],可開發(fā)的冰雪水面積極大。若把冰雪水可處理轉(zhuǎn)化為飲用水,可解決我國(guó)面臨飲用水不足的問題,故本文對(duì)色季拉山的冰雪水水質(zhì)展開調(diào)查與研究。
目前,國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出的河流水質(zhì)評(píng)價(jià)方法主要有單因子評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、灰色聚類法、層次分析法、主成分分析法、模糊評(píng)價(jià)法以及加拿大水質(zhì)指數(shù)法(CCME WQI)[5- 8]等;但對(duì)于冰雪水水質(zhì)的評(píng)價(jià)方法還處于空白階段,故本文把內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和CCME WQI應(yīng)用于冰雪水水質(zhì)的評(píng)價(jià),為后續(xù)冰雪水水質(zhì)的研究提供科學(xué)支撐。
CCME WQI法是國(guó)際上用于評(píng)價(jià)飲用水水質(zhì)的方法,從范圍(F1)、頻率(F2)、振幅(F3)3個(gè)方面對(duì)所有檢測(cè)地點(diǎn)的檢測(cè)值是否超標(biāo)進(jìn)行了評(píng)價(jià),其計(jì)算公式為[9-10]
F1=100P/N
(1)
F2=100Q/M
(2)
F3=nse/(0.01nse+0.01)
(3)
nse=∑excursion/M
(4)
excursion=(Ci/Csi)-1 (負(fù)向指標(biāo))
(5)
excursion=(Csi/Ci)-1 (正向指標(biāo))
(6)
式(1)~(6)中,P為未達(dá)標(biāo)指標(biāo)的數(shù)量;N為檢測(cè)指標(biāo)的總數(shù)量;Q為未達(dá)標(biāo)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù);M為所有檢測(cè)數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù);Ci為檢測(cè)指標(biāo)(未達(dá)標(biāo))的實(shí)測(cè)濃度;Csi為對(duì)應(yīng)檢測(cè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)限值。
通過式(1)~式(6),計(jì)算范圍、頻率、振幅3個(gè)影響因素值,得到處于0~100區(qū)間的指數(shù)(WQI)值。再根據(jù)CCME WQI等級(jí)表[11](見表1),找出對(duì)應(yīng)的等級(jí)。
表1 CCMEWQI等級(jí)
內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧平均值和極值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù),具有突出污染較重的檢測(cè)指標(biāo)的作用,其計(jì)算公式為[12]
(7)
(8)
式中,和的表示與上文相同;Iimax為參與評(píng)價(jià)的最大單因子指數(shù);Iiare為參與評(píng)價(jià)的單因子指數(shù)的平均值;n為檢測(cè)指標(biāo)的總個(gè)數(shù);IP為內(nèi)梅羅指數(shù)。
內(nèi)梅羅指數(shù)是根據(jù)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》[13]來評(píng)價(jià)河流水質(zhì)的方法,因本文把此方法應(yīng)用于飲用水的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),故取其檢測(cè)項(xiàng)目與地表水標(biāo)準(zhǔn)相同的作為評(píng)價(jià)因子,并以地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)為因子限值,根據(jù)式(7)和式(8),計(jì)算出內(nèi)梅羅指數(shù)(IP)。依據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)等級(jí)表(見表2)和計(jì)算出的IP值,遂可得出此水質(zhì)對(duì)應(yīng)的等級(jí)。
表2 內(nèi)梅羅指數(shù)等級(jí)表[14]
色季拉山地處西藏自治區(qū)東南部,是林芝市林芝縣東部與中西部的分界帶。試驗(yàn)采樣地點(diǎn)為色季拉山山口,海拔超過4 300 m,北緯29°43′59″,東經(jīng)94°43′30″。通過采集色季拉山上的冰和雪,使其在自然光下融化,并將其作為試驗(yàn)樣本,對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。
依據(jù)CJ 94—2005《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[15]的檢測(cè)項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)限值,對(duì)冰雪水的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)兩次,并求取平均值。檢測(cè)具體項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法和主要儀器參考GB/T 5750—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》[16]。其水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果(詳細(xì)數(shù)據(jù)略)表明,色季拉山冰雪水的水質(zhì)依據(jù)《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》31項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目除色度、肉眼可見物和渾濁度3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)外,其余28項(xiàng)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。冰雪水中12種金屬元素含量均較低,由大到小為鐵>鋁>錳>鋅>銀>鉻(六價(jià))>銅>鉛>鎘>硒>砷>汞。
因?yàn)樗|(zhì)不達(dá)標(biāo)的3項(xiàng)均為物理雜質(zhì),處理起來也方便、快捷。故本試驗(yàn)針對(duì)不達(dá)標(biāo)的3項(xiàng)物理雜質(zhì),自制凈化裝置,并嘗試研究?jī)艋b置中的填料。得到凈化效果最佳的裝置共分為3層,第一、二層填料均采用西藏本地的細(xì)砂,直徑范圍分別為1.25~2.00 mm及0.16~1.25 mm,第三層采用碘值1 000的活性炭。通過此裝置的處理,冰雪水的水質(zhì)得到凈化,其3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)的檢測(cè)項(xiàng)目經(jīng)凈化后水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表3所示。
表3 凈化后水質(zhì)檢測(cè)
根據(jù)表3的結(jié)果所示,冰雪水中色度、肉眼可見物及渾濁度3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)的檢測(cè)項(xiàng)目經(jīng)自制裝置凈化后均達(dá)到了直飲水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),其處理效果也較好。其色度檢測(cè)項(xiàng)目從10.8度凈化為3.0度,處理效果超過了3倍;肉眼可見物檢測(cè)項(xiàng)目從有大量黑色沉淀凈化為沒有,其處理效果非??捎^,并達(dá)到飲用標(biāo)準(zhǔn);渾濁度檢測(cè)項(xiàng)目從原有的5.30NTU經(jīng)凈化后變?yōu)?.35NTU,凈化效果達(dá)到了15倍。
根據(jù)色季拉山冰雪水的特點(diǎn),本文采用CCME WQI法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法兩種不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,以反映不同的評(píng)價(jià)體系對(duì)冰雪水水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響。
對(duì)于CCME WQI法,31項(xiàng)水質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目除臭和味、肉眼可見物、總大腸桿菌和糞大腸桿菌4項(xiàng)外,其余27項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目均作為評(píng)價(jià)因子。由水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果可知,27項(xiàng)評(píng)價(jià)因子中,色度和渾濁度兩項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目未達(dá)標(biāo),其余25項(xiàng)均達(dá)標(biāo)。
根據(jù)兩種評(píng)價(jià)體系,得出冰雪水水質(zhì)的等級(jí)和水質(zhì)狀況,結(jié)果如表4所示。
表4 兩種評(píng)價(jià)體系下水質(zhì)的等級(jí)和水質(zhì)狀況
根據(jù)表4可知,色季拉山的冰雪水水質(zhì)狀況良好,檢測(cè)項(xiàng)目很少偏離相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。上述兩種評(píng)價(jià)體系對(duì)本試驗(yàn)的水質(zhì)評(píng)價(jià)影響不大,兩種指數(shù)等級(jí)均為第二等級(jí)。與實(shí)際的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果相比,偏差不大,基本符合表3的敘述和水質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果。這表明上述兩種評(píng)價(jià)體系對(duì)冰雪水的水質(zhì)評(píng)價(jià)均適用,然而內(nèi)梅羅污染指數(shù)法需要另外對(duì)照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力,故建議研究冰雪水的水質(zhì)可采用CCME WQI法。
(1)以西藏主要雪山之一的色季拉山為例,依據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》的檢測(cè)方法和儀器,依據(jù)《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的31項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目,對(duì)該山上的冰和雪進(jìn)行了檢測(cè)。其中31項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目中除色度、肉眼可見物和渾濁度3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)外,其余28項(xiàng)均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。冰雪水中12種金屬元素含量均較低,其順序由大到小為鐵>鋁>錳>鋅>銀>鉻(六價(jià))>銅>鉛>鎘>硒>砷>汞。
(2)通過自制凈化裝置,對(duì)冰雪水中色度、肉眼可見物及渾濁度3項(xiàng)不達(dá)標(biāo)的檢測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行凈化。經(jīng)凈化后,冰雪水的水質(zhì)達(dá)到了直飲水的標(biāo)準(zhǔn)。其中,色度的凈化效果超過了3倍,渾濁度的凈化效果達(dá)到了15倍。這表明用3層濾料分別為1.25~2 mm 的細(xì)砂、0.16~1.25 mm的細(xì)砂以及碘值為1 000 的活性炭的凈化裝置,凈化效果較好,達(dá)到了此試驗(yàn)的凈化目的。
(3)采用CCME WQI法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法兩種評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)冰雪水的水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。其表明兩種評(píng)價(jià)體系對(duì)冰雪水的水質(zhì)評(píng)價(jià)均適用,且對(duì)本試驗(yàn)的水質(zhì)評(píng)價(jià)影響不大。其中,兩種指數(shù)等級(jí)均為二級(jí),與實(shí)際的水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果相比偏差不大,基本符合水質(zhì)的檢測(cè)結(jié)果。