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┯颉笔恰八颉保彩撬?。西藏冰雪面積共有2.62萬km2,是我國冰雪總面積的一半,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,國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于對冰雪水的水質(zhì)研究微乎其微,由于我國飲用水資源不足,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,可解決我國面臨飲用水不足的問題,故本文對色季拉山的冰雪水水質(zhì)展開調(diào)查與研究。
目前,國內(nèi)外學(xué)者提出的河流水質(zhì)評價方法主要有單因子評價法、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、模糊評價法以及加拿大水質(zhì)指數(shù)法(CCME WQI)[5- 8]等;但對于冰雪水水質(zhì)的評價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)的評價,為后續(xù)冰雪水水質(zhì)的研究提供科學(xué)支撐。
CCME WQI法是國際上用于評價飲用水水質(zhì)的方法,從范圍(F1)、頻率(F2)、振幅(F3)3個方面對所有檢測地點的檢測值是否超標進行了評價,其計算公式為[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 (負向指標)
(5)
excursion=(Csi/Ci)-1 (正向指標)
(6)
式(1)~(6)中,P為未達標指標的數(shù)量;N為檢測指標的總數(shù)量;Q為未達標數(shù)據(jù)的個數(shù);M為所有檢測數(shù)據(jù)的總個數(shù);Ci為檢測指標(未達標)的實測濃度;Csi為對應(yīng)檢測指標的標準限值。
通過式(1)~式(6),計算范圍、頻率、振幅3個影響因素值,得到處于0~100區(qū)間的指數(shù)(WQI)值。再根據(jù)CCME WQI等級表[11](見表1),找出對應(yīng)的等級。
表1 CCMEWQI等級
內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧平均值和極值的計權(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指標的作用,其計算公式為[12]
(7)
(8)
式中,和的表示與上文相同;Iimax為參與評價的最大單因子指數(shù);Iiare為參與評價的單因子指數(shù)的平均值;n為檢測指標的總個數(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)量標準》[13]來評價河流水質(zhì)的方法,因本文把此方法應(yīng)用于飲用水的水質(zhì)進行評價,故取其檢測項目與地表水標準相同的作為評價因子,并以地表水Ⅲ類標準為因子限值,根據(jù)式(7)和式(8),計算出內(nèi)梅羅指數(shù)(IP)。依據(jù)內(nèi)梅羅指數(shù)等級表(見表2)和計算出的IP值,遂可得出此水質(zhì)對應(yīng)的等級。
表2 內(nèi)梅羅指數(shù)等級表[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。試驗采樣地點為色季拉山山口,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,并將其作為試驗樣本,對其進行檢測。
依據(jù)CJ 94—2005《飲用凈水水質(zhì)標準》[15]的檢測項目和標準限值,對冰雪水的水質(zhì)進行檢測兩次,并求取平均值。檢測具體項目所對應(yīng)的檢測方法和主要儀器參考GB/T 5750—2006《生活飲用水標準檢驗方法》[16]。其水質(zhì)檢測結(jié)果(詳細數(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)標準》31項檢測項目除色度、肉眼可見物和渾濁度3項不達標外,其余28項均達到標準。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)>銅>鉛>鎘>硒>砷>汞。
因為水質(zhì)不達標的3項均為物理雜質(zhì),處理起來也方便、快捷。故本試驗針對不達標的3項物理雜質(zhì),自制凈化裝置,并嘗試研究凈化裝置中的填料。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項不達標的檢測項目經(jīng)凈化后水質(zhì)檢測結(jié)果如表3所示。
表3 凈化后水質(zhì)檢測
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項不達標的檢測項目經(jīng)自制裝置凈化后均達到了直飲水的水質(zhì)標準,其處理效果也較好。其色度檢測項目從10.8度凈化為3.0度,處理效果超過了3倍;肉眼可見物檢測項目從有大量黑色沉淀凈化為沒有,其處理效果非??捎^,并達到飲用標準;渾濁度檢測項目從原有的5.30NTU經(jīng)凈化后變?yōu)?.35NTU,凈化效果達到了15倍。
根據(jù)色季拉山冰雪水的特點,本文采用CCME WQI法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法兩種不同的評價指標體系,以反映不同的評價體系對冰雪水水質(zhì)評價結(jié)果的影響。
對于CCME WQI法,31項水質(zhì)檢測項目除臭和味、肉眼可見物、總大腸桿菌和糞大腸桿菌4項外,其余27項檢測項目均作為評價因子。由水質(zhì)檢測結(jié)果可知,27項評價因子中,色度和渾濁度兩項檢測項目未達標,其余25項均達標。
根據(jù)兩種評價體系,得出冰雪水水質(zhì)的等級和水質(zhì)狀況,結(jié)果如表4所示。
表4 兩種評價體系下水質(zhì)的等級和水質(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,檢測項目很少偏離相應(yīng)標準。上述兩種評價體系對本試驗的水質(zhì)評價影響不大,兩種指數(shù)等級均為第二等級。與實際的水質(zhì)檢測結(jié)果相比,偏差不大,基本符合表3的敘述和水質(zhì)的檢測結(jié)果。這表明上述兩種評價體系對冰雪水的水質(zhì)評價均適用,然而內(nèi)梅羅污染指數(shù)法需要另外對照地表水環(huán)境質(zhì)量標準,比較費時費力,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)《生活飲用水標準檢驗方法》的檢測方法和儀器,依據(jù)《飲用凈水水質(zhì)標準》的31項檢測項目,對該山上的冰和雪進行了檢測。其中31項檢測項目中除色度、肉眼可見物和渾濁度3項不達標外,其余28項均達到標準。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)>銅>鉛>鎘>硒>砷>汞。
(2)通過自制凈化裝置,對冰雪水中色度、肉眼可見物及渾濁度3項不達標的檢測項目進行凈化。經(jīng)凈化后,冰雪水的水質(zhì)達到了直飲水的標準。其中,色度的凈化效果超過了3倍,渾濁度的凈化效果達到了15倍。這表明用3層濾料分別為1.25~2 mm 的細砂、0.16~1.25 mm的細砂以及碘值為1 000 的活性炭的凈化裝置,凈化效果較好,達到了此試驗的凈化目的。
(3)采用CCME WQI法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法兩種評價指標體系,對冰雪水的水質(zhì)進行了評價。其表明兩種評價體系對冰雪水的水質(zhì)評價均適用,且對本試驗的水質(zhì)評價影響不大。其中,兩種指數(shù)等級均為二級,與實際的水質(zhì)檢測結(jié)果相比偏差不大,基本符合水質(zhì)的檢測結(jié)果。