張海柱，蔡斌琴，楊永安，蔣書琴，蔣紅斌

(四川省遂寧生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，四川 遂寧 629000)

前 言

觀音湖位于涪江干流，是由北固-犀牛堤河段和過軍渡電站形成的人工湖泊，是遂寧市著名的景區(qū)，湖邊濕地公園成為旅游風(fēng)景名勝區(qū)。由于遂寧市城鎮(zhèn)化和工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，大量的廢水排入觀音湖及其支流，過軍渡水利樞紐工程導(dǎo)致的涪江水流速變緩，致使觀音湖庫區(qū)每到春季就會發(fā)生富營養(yǎng)化[1]。明月河、聯(lián)盟河、開善河和米家河城區(qū)四河受到遂寧市城區(qū)生活污水、工業(yè)廢水的影響，水質(zhì)狀況逐年惡化[2]。城區(qū)四河不同程度的形成了黑臭水體，嚴(yán)重影響周邊居民的工作和生活，進(jìn)入觀音湖污染了觀音湖水質(zhì)。2015年以后，隨著生態(tài)修復(fù)、濕地凈化、濱河景觀打造等措施加強(qiáng)整治，城區(qū)四河全面消除了黑臭水體，部分河流水質(zhì)不能達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3]Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)輕度污染。對觀音湖流域水質(zhì)進(jìn)行分析和評價，研判水質(zhì)發(fā)展趨勢具有十分重要的意義。常用的水質(zhì)評價的方法有物元分析法[4]、單因子評價法[5]、灰色系統(tǒng)評價法[6]、模糊數(shù)學(xué)評價法[7]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[8-9]、層次分析法[10-11]、水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法[12]、污染指數(shù)法[13-14]等。本文采用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)相結(jié)合的方法對觀音湖及其四條主要支流進(jìn)行了分析，研究了觀音湖水質(zhì)狀況，采用《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》總站生字[2001]090中的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)對觀音湖的富營養(yǎng)化進(jìn)行了分析。同時，對支流水體污染現(xiàn)狀和黑臭水體消除情況進(jìn)行了研究。

1 調(diào)查內(nèi)容和方法

1.1 調(diào)查點(diǎn)位

選取了觀音湖上游黃連舵渡口、觀音湖內(nèi)涪江三橋、臨仙閣、觀音湖下穿隧道、涪江二橋、過軍渡壩前和過軍渡大壩下游老池輪渡，支流明月河、聯(lián)盟河、開善河和米家河匯入觀音湖前100m，共計11個點(diǎn)位(圖1)。

圖1 觀音湖水系及監(jiān)測點(diǎn)位示意圖 Fig.1 The watershed of Guanyin Lake and its monitoring points

1.2 調(diào)查指標(biāo)

現(xiàn)場測定的水溫、pH、溶解氧和實(shí)驗(yàn)室分析的總磷、總氮、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、葉綠素a、化學(xué)需氧量。分析方法均采用標(biāo)準(zhǔn)分析方法和規(guī)范[15～20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)現(xiàn)狀

2.1.1 評價標(biāo)準(zhǔn)和方法

采用單因子污染指數(shù)Di和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)Pi等級劃分標(biāo)準(zhǔn)(表1)對水質(zhì)進(jìn)行分析和評價。

表1 綜合污染指數(shù)劃分等級

式中：n為水質(zhì)個數(shù)，Ci為水質(zhì)實(shí)際監(jiān)測值，Si為地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.1.2 結(jié)果與討論

以現(xiàn)場調(diào)查為基礎(chǔ)，參照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)確定了水體主要污染指標(biāo)，計算和運(yùn)用單因子污染指數(shù)得出內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，對觀音湖及其4條主要支流2019年的水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行綜合評價，結(jié)果見表2。

表2 水質(zhì)綜合污染指數(shù)和水質(zhì)評價Tab.2 Comprehensive water quality pollution index and water quality evaluation

觀音湖上游黃連舵渡口、湖庫區(qū)和下游老池輪渡處，2019年實(shí)測水質(zhì)類別為Ⅱ類(過軍渡壩前為Ⅲ類)，利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)進(jìn)行綜合評價，水質(zhì)清潔。水體水質(zhì)總體為Ⅱ類，水質(zhì)良好。四條支流除明月河為Ⅳ類水質(zhì)外，其他水體均為Ⅴ類水質(zhì)，利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)進(jìn)行綜合評價，水質(zhì)為輕度污染。觀音湖上游來水、庫區(qū)水質(zhì)和下游出水均良好，未見污染，只在壩前由于水利樞紐工程的建設(shè)，水體流速變緩，水質(zhì)有所變差。由于生活污水、農(nóng)村面源污染、初期雨水等進(jìn)入河道，四條支流不同程度受到污染，主要污染因子為溶解氧和氨氮，呈現(xiàn)輕度污染狀態(tài)。

2.2 庫區(qū)富營養(yǎng)化

2.2.1 富營養(yǎng)化現(xiàn)狀

觀音湖水庫庫區(qū)水質(zhì)總體滿足水環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)要求。但是，每年春季時，由于大壩建設(shè)造成的流速變緩、生活污染源和面源污染進(jìn)入庫區(qū)，個別監(jiān)測指標(biāo)在時空和測次上會出現(xiàn)超標(biāo)情況[21]，水質(zhì)污染表現(xiàn)為溶解氧呈現(xiàn)過飽和狀態(tài)，總磷和總氮(以湖、庫計)等富營養(yǎng)化指標(biāo)超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。

2019年4月，觀音湖及其支流水質(zhì)出現(xiàn)不同程度的發(fā)黃和顏色變深，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，初步認(rèn)定發(fā)生了水華現(xiàn)象。利用《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》中的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(表3)對觀音湖的富營養(yǎng)化的程度進(jìn)行調(diào)查，選取了明月河和聯(lián)盟河入涪江前500m，觀音湖下穿隧道、涪江二橋和過軍渡壩前5個點(diǎn)位作為研究對象，以高錳酸鹽指數(shù)、總氮、總磷、Do和葉綠素a作為監(jiān)測指標(biāo)，計算綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI[1]，根據(jù)TLI對上述點(diǎn)位作圖，結(jié)果如圖2所示。

表3 湖泊(水庫)營養(yǎng)狀態(tài)分級Tab.3 Classification of nutritional status in lake or reservoir

圖2 各點(diǎn)位營養(yǎng)狀態(tài)評價Fig.2 Evaluation of nutritional status in each point

按照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價，明月河水質(zhì)為Ⅴ類，其余點(diǎn)位水質(zhì)均為劣Ⅴ類，超標(biāo)項(xiàng)目為總磷和總氮。從圖2分析可以得知，聯(lián)盟河和明月河為中度富營養(yǎng)化，過軍渡壩前富營養(yǎng)化最為嚴(yán)重，湖庫區(qū)總體平均為輕度富營養(yǎng)。

2.2.2 富營養(yǎng)化年度變化趨勢

遂寧市觀音湖富營養(yǎng)化調(diào)查始于2010年，最嚴(yán)重的是2011年，其次是2015年，湖庫區(qū)平均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別是65和63，均達(dá)到了中度富營養(yǎng)化水平。2012年和2013年水質(zhì)良好，未發(fā)生富營養(yǎng)化，從2013年到2015年水質(zhì)逐年變差，水體富營養(yǎng)化逐年加重。2015年到2018年由于支流水質(zhì)逐年改善，湖庫區(qū)生態(tài)景觀管理和生物調(diào)控技術(shù)的加大，觀音湖富營養(yǎng)化呈現(xiàn)逐年減輕態(tài)勢。只有2019年富營養(yǎng)化現(xiàn)象有所反彈。近幾年湖庫區(qū)平均綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化見圖3。

圖3 觀音湖綜合營養(yǎng)指數(shù)變化趨勢Fig.3 Trend of comprehensive nutrition index of Guanyin Lake

2.3 支流水質(zhì)變化趨勢

為摸清支流污染物變化趨勢和分布特征，對2019年的水質(zhì)情況進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查，選取了四條支流入涪江前500米作為研究對象，利用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對四條支流的水質(zhì)進(jìn)行了分析(圖4)。

圖4 支流綜合污染指數(shù)變化趨勢Fig.4 Trend of comprehensive pollution index of tributaries

明月河綜合污染指數(shù)最高值是4.09，出現(xiàn)在2月，重污染水質(zhì)占全年的16.7%，水質(zhì)清潔月份占全年的58.3%。聯(lián)盟河綜合污染指數(shù)最高值是3.78，出現(xiàn)在2月，重污染水質(zhì)占全年的41.7%，水質(zhì)清潔月份占全年的16.7%。開善河綜合污染指數(shù)最高值是5.30，出現(xiàn)在1月，嚴(yán)重污染水質(zhì)占全年的16.7%，重污染水質(zhì)占全年的33.3%，水質(zhì)清潔月份占全年的25%。米家河綜合污染指數(shù)最高值是4.14，出現(xiàn)在11月，重污染水質(zhì)占全年的16.7%，水質(zhì)清潔月份占全年的41.7%。四條河流重污染集中分布于12月到次年2月。

四條河流在枯、豐、平水期綜合污染指數(shù)變化趨勢都是先降后升，呈現(xiàn)V字型變化，溶解氧變化趨勢都是先升后降，呈現(xiàn)Λ字型變化，嚴(yán)重污染和重污染集中分布在枯水期。流域內(nèi)廣大鄉(xiāng)村、集鎮(zhèn)的生活污水、垃圾和農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖廢水形成污染直排入河，進(jìn)入枯水期，河道基流較小，河道自身抗污能力敏感脆弱，水體稀釋和凈化能力弱，導(dǎo)致水質(zhì)明顯惡化。

2.4 支流黑臭水體情況

黑臭水體治理是當(dāng)前工作的重點(diǎn)和公眾關(guān)注的熱點(diǎn)[22]。初期雨水、生活污水和工業(yè)廢水未經(jīng)收集和處理直排入河，不可避免產(chǎn)生了黑臭水體[23～26]。

依據(jù)城市黑臭污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)(表4)，對四條支流進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查和監(jiān)測，確定了明月河和米家河為輕度黑臭水體。導(dǎo)致黑臭的主要污染因子為氨氮和溶解氧(圖5)。

表4 城市黑臭水體污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.4 Standard for classification of pollution degree of urban black and odorous water bodies

圖5 近幾年氨氮和溶解氧變化趨勢圖Fig.5 Trend of ammonia nitrogen and dissolved oxygen in recent years

2015年以前，明月河片區(qū)城市管網(wǎng)覆蓋不徹底，大量的生活污水進(jìn)入河道，導(dǎo)致明月河氨氮超標(biāo)嚴(yán)重，以致形成黑臭水體。

采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對明月河和米家河的水質(zhì)進(jìn)行了研究，明月河近五年綜合污染指數(shù)的范圍是1.15～8.29，米家河近五年綜合污染指數(shù)的范圍是1.39～8.99，綜合污染指數(shù)兩條河流均是2015年最高，達(dá)到8.0以上，2017年下降到6.0以下。綜合污染指數(shù)逐年下降，水質(zhì)逐年轉(zhuǎn)好。

2018年，明月河的氨氮和溶解氧分別為3.22mg/L和5.4mg/L，米家河的氨氮和溶解氧分別為4.33mg/L和8.0mg/L，綜合污染指數(shù)分別為2.70和3.46，依據(jù)城市黑臭污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法[27]判定，兩河已經(jīng)基本消除了黑臭。

3 結(jié)論與建議

采用單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對觀音湖水域水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析和評價，觀音湖庫區(qū)水質(zhì)達(dá)到了地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。進(jìn)入春季，庫區(qū)部分年份會發(fā)生輕度富營養(yǎng)化。四條支流不能滿足水環(huán)境功能區(qū)要求，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)等級為Ⅱ級，呈現(xiàn)輕度污染狀態(tài)。

采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)對觀音湖及其四條支流進(jìn)行了污染趨勢分析，2019年湖庫區(qū)水體水質(zhì)總體為Ⅱ類，水質(zhì)良好，2015年以來內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢，但不顯著，水體水質(zhì)類別穩(wěn)定Ⅱ類，湖庫區(qū)在春季偶爾發(fā)生富營養(yǎng)化，觀音湖富營養(yǎng)化呈現(xiàn)減輕態(tài)勢。近十年來，四條支流中明月河和米家河的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)均是2015年最高，明月河和米家河為輕度黑臭水體，主要污染因子為溶解氧和氨氮。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)變化趨勢呈現(xiàn)先增高，后下降趨勢。

自2015年以來，通過采取治理措施，觀音湖庫區(qū)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢，四條支流內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)下降趨勢明顯，水體水質(zhì)明顯改善，觀音湖四條支流消除了黑臭水體。

針對存在的問題，建議采取如下措施。

(1)庫區(qū)春季發(fā)生的水華現(xiàn)象，應(yīng)采取綜合協(xié)調(diào)措施，增加觀音湖上游來水流量，加大庫區(qū)的水體流速。建立濕地生態(tài)系統(tǒng)，提高湖泊生態(tài)調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)和環(huán)境控制等功能，加強(qiáng)水體自凈能力。

(2)消減支流污染源輸入。結(jié)合內(nèi)澇整治工作進(jìn)行清淤疏浚，結(jié)合海綿城市建設(shè)[28]構(gòu)建雨水調(diào)蓄池、興建雨水調(diào)節(jié)池，解決初期雨水污染問題。加大對工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)生活污水和生活垃圾統(tǒng)一收集和集中處理工作。結(jié)合河長制，形成上下聯(lián)動機(jī)制，實(shí)施長效治理。

(3)利用生物調(diào)控技術(shù)，通過種植各種水生植物，實(shí)現(xiàn)對水生營養(yǎng)物的去除，擴(kuò)大了水生生物的生存空間，保持水生生態(tài)的穩(wěn)定。