王以堯, 王雅潞，陳新拓，李 君

(成都市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院, 成都 610065)

前 言

目前，《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)[1]內(nèi)部以及與其他標(biāo)準(zhǔn)之間存在一些管理上的問題。如《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)總磷在湖泊和河流中標(biāo)準(zhǔn)限值存在不一致的地方，湖泊要求更加嚴(yán)格，對于流入湖泊的河流，在管理時是按照河流標(biāo)準(zhǔn)還是湖庫標(biāo)準(zhǔn)，按照前者，湖庫管理壓力較大，如按照后者，河流管理壓力較大[2]。在河口水環(huán)境管理中，由于河口區(qū)域連接著上游河流和下游沿海水域，我國目前主要使用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)與《海水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097—1997)[3]兩個標(biāo)準(zhǔn)，兩個標(biāo)準(zhǔn)為河流水域及沿海水域水環(huán)境質(zhì)量管理及污染控制發(fā)揮了不可替代的作用，但是河口究竟按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》還是《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行管理備受爭議，兩個標(biāo)準(zhǔn)的混亂使用，通常會導(dǎo)致同一水體的評價結(jié)果截然不同，給管理上帶來諸多不便[4-5]。

河口區(qū)具有復(fù)雜的環(huán)境特征，污染物濃度較高，受入海徑流等因素影響，污染物環(huán)境背景值遠(yuǎn)高于外海。因此，中國主要入海河口水質(zhì)評價結(jié)果長期超標(biāo)，30年間水質(zhì)未發(fā)生明顯改觀[6～8]，這正是水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)體系的不完善及方法的不合理導(dǎo)致的結(jié)果[9]。

水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是水環(huán)境管理工作的重要準(zhǔn)繩，只有科學(xué)確定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為水環(huán)境管理提供基礎(chǔ)依據(jù)，才能有助于水生態(tài)系統(tǒng)健康穩(wěn)定發(fā)展[10-11]。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程中帶來的管理問題的解決，需要從環(huán)境基準(zhǔn)出發(fā)，因?yàn)榄h(huán)境基準(zhǔn)具有較高的科學(xué)性、基礎(chǔ)性及區(qū)域性，不同區(qū)域的生物區(qū)系可能導(dǎo)致不同的水質(zhì)基準(zhǔn)，水質(zhì)基準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)制訂的依據(jù)[12～14]。環(huán)境基準(zhǔn)研究始于19世紀(jì)末，發(fā)達(dá)國家相關(guān)工作開展較早，現(xiàn)已形成了相對完整的環(huán)境基準(zhǔn)體系[15-16]，為環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的制定和頒布奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。我國相關(guān)工作起步晚，目前只是發(fā)布了《淡水水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)—鎘》[17]和《淡水水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)—氨氮》[18]2個基準(zhǔn)。該文《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)銜接中常見問題，通過分析國外水質(zhì)基準(zhǔn)來具體探討。

營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)值限定包括湖庫和河流二大類別，為了體現(xiàn)基準(zhǔn)值的差異性，美國劃定了13個不同生態(tài)區(qū)(環(huán)境資源的類型、水環(huán)境質(zhì)量和水量大致相似的區(qū)域)進(jìn)行區(qū)分[19]。湖庫基準(zhǔn)值涉及TN、TP、Chla和透明度4個指標(biāo)，河流基準(zhǔn)值涉及TN、TP、Chla和濁度4個指標(biāo)，透明度和濁度分別針對湖庫和河流[20]。

1 流營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)分區(qū)及差異

1.1 TP

美國13個分區(qū)TP基準(zhǔn)值變化范圍為10～128μg/L(圖1)[21]，其中西部森林山區(qū)(Ⅱ區(qū))、中西部和東北部貧瘠冰川(Ⅷ區(qū))、中部和東部森林高地(XI區(qū))3個區(qū)的基準(zhǔn)值低于國標(biāo)I類水標(biāo)準(zhǔn)；德克薩斯州、路易斯安那州海岸和密西西比州沖積平原(X區(qū))基準(zhǔn)值高于國標(biāo)Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。13個分區(qū)平均值41μg/L顯著高于國標(biāo)I類水的20μg/L[1,22]，說明國標(biāo)TP參考的基準(zhǔn)值低于美國推薦的總體水平。

注：I區(qū)～威拉米特和中央山谷；Ⅱ區(qū)～西部森林山區(qū)；Ⅲ區(qū)～西部干旱地區(qū)；Ⅳ區(qū)～北美中西部的草原和叢林；V區(qū)～中南部平原種植區(qū)；Ⅵ區(qū)～北部平原區(qū)；Ⅶ區(qū)～冰川地區(qū)；Ⅷ區(qū)～中西部和東北部貧瘠冰川；IX區(qū)～東南溫帶森林平原和丘陵；X區(qū)～德克薩斯州、路易斯安那州海岸和密西西比州沖積平原；XI區(qū)～中部和東部森林高地；Ⅻ區(qū)～南部海岸平原；ⅩⅢ區(qū)～佛羅里達(dá)南部海岸平原；XⅣ區(qū)～東部沿海平原(以下同)。圖1 美國不同生態(tài)區(qū)河流TP基準(zhǔn)值與國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)比較圖Fig.1 Comparison of TP benchmark values of rivers in different ecological regions in the United States and China’s standards

1.2 TN

美國13個分區(qū)TN基準(zhǔn)值變化范圍為0.12～2.18mg/L(圖2)[21]，其中西部森林山區(qū)(Ⅱ區(qū))1個基準(zhǔn)值低于國標(biāo)I類水標(biāo)準(zhǔn)濃度；4個生態(tài)區(qū)基準(zhǔn)值位于國標(biāo)I～Ⅱ類濃度之間；7個生態(tài)區(qū)基準(zhǔn)值在國標(biāo)Ⅱ～Ⅲ類濃度之間；北部平原區(qū)(Ⅵ區(qū))基準(zhǔn)值甚至高于國標(biāo)V類水。13個分區(qū)平均值0.67mg/L顯著高于國標(biāo)Ⅱ類水的0.5mg/L[1,22]，說明國標(biāo)TN參考的基準(zhǔn)值顯著低于美國推薦的總體水平。

圖2 美國不同生態(tài)區(qū)河流TN基準(zhǔn)值與國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)比較圖Fig.2 Comparison of TN benchmark values of rivers in different ecological regions in the United States and China’s standards

1.3 其他

美國13個分區(qū)Chl a基準(zhǔn)值變化范圍為0.4～3.75μg/L(圖3)[21]，其中中西部和東北部貧瘠冰川(Ⅷ區(qū))、東南溫帶森林平原和丘陵(IX區(qū))和南部海岸平原(Ⅻ區(qū))濃度值低于1μg/L，屬于非常低的水平。13個分區(qū)濁度(NTU)基準(zhǔn)值變化范圍較大，為1.3～17.5 NTU，其中Ⅱ區(qū)～西部森林山區(qū)、Ⅶ區(qū)～冰川地區(qū)、中西部和東北部貧瘠冰川(Ⅷ區(qū))、東南溫帶森林平原和丘陵(Ⅸ區(qū))、南部海岸平原(Ⅻ區(qū))基準(zhǔn)濃度值低于2NTU，屬于較低水平，但德克薩斯州、路易斯安那州海岸和密西西比州沖積平原(X區(qū))基準(zhǔn)濃度值非常高，達(dá)到了17.5NTU(圖4)。

圖3 美國不同生態(tài)區(qū)河流Chla基準(zhǔn)值圖Fig.3 Chla benchmark values of rivers in different ecological regions in the United States

圖4 美國不同生態(tài)區(qū)河流濁度(NTU)基準(zhǔn)值圖Fig.4 NTU benchmark values of rivers in different ecological regions in the United States

2 湖庫營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)分區(qū)及差異

2.1 TP

美國12個分區(qū)湖泊TP基準(zhǔn)值變化范圍為8～37.5μg/L(圖5)[21]，其中西部森林山區(qū)(Ⅱ區(qū))、中西部和東北部貧瘠冰川(Ⅷ區(qū))、中部和東部森林高地(XI區(qū))和東部沿海平原(XⅣ區(qū))4個區(qū)的基準(zhǔn)值低于國標(biāo)I類水標(biāo)準(zhǔn)濃度；中南部平原種植區(qū)(V區(qū))；北部平原區(qū)(Ⅵ區(qū))基準(zhǔn)值高于國標(biāo)Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)濃度。12個分區(qū)平均值16.9μg/L顯著高于國標(biāo)I類水的10μg/L[1,19,23]，說明國標(biāo)TP參考的基準(zhǔn)值低于美國推薦的總體水平。

圖5 美國不同生態(tài)區(qū)湖泊TP基準(zhǔn)值與國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)比較圖Fig.5 Comparison of TP benchmark values of lakes in different ecological regions in the United States and China’s standards

2.2 TN

美國12個分區(qū)TN基準(zhǔn)值變化范圍為0.1～1.27mg/L(圖6)[21]，其中西部森林山區(qū)(Ⅱ區(qū))基準(zhǔn)值低于國標(biāo)I類水標(biāo)準(zhǔn)濃度；佛羅里達(dá)南部海岸平原(ⅩⅢ)基準(zhǔn)值高于國標(biāo)Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。12個分區(qū)平均值0.5mg/L顯著高于國標(biāo)I類水的0.2mg/L[1,19,23]，說明國標(biāo)TN參考的基準(zhǔn)值低于美國推薦的總體水平。

圖6 美國不同生態(tài)區(qū)湖泊TN基準(zhǔn)值與國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)比較圖Fig.6 Comparison of TN benchmark values of lakes in different ecological regions in the United States and China’s standards

2.3 其他

美國EPA對12個分區(qū)湖泊Chl a基準(zhǔn)值變化范圍為1.9～12.35μg/L(圖7)[21]，9個分區(qū)基準(zhǔn)濃度值低于4μg/L，但北部平原區(qū)(Ⅵ區(qū))和中西部和東北部貧瘠冰川(Ⅷ區(qū))基準(zhǔn)濃度值較高，大于8μg/L。12個分區(qū)透明度基準(zhǔn)值為0.79～4.93m(圖8)，其中佛羅里達(dá)南部海岸平原(ⅩⅢ區(qū))透明度低于1m，但西部森林山區(qū)(Ⅱ區(qū)～V區(qū))、中西部和東北部貧瘠冰川(Ⅷ區(qū))和東部沿海平原(XⅣ區(qū))透明度較高，都大于4 m。

圖7 美國不同生態(tài)區(qū)湖泊Chla基準(zhǔn)值圖Fig.7 Chla benchmark values of lakes in different ecological regions in the United States

圖8 美國不同生態(tài)區(qū)湖泊透明度基準(zhǔn)值圖Fig.8 Transparency benchmark values of lakes in different ecological regions in the United States

3 河流與湖泊營養(yǎng)鹽標(biāo)準(zhǔn)對比分析

國標(biāo)中河流和湖泊對于營養(yǎng)鹽指標(biāo)TP的要求不一致[1]，一些管理人員和科研人員認(rèn)為進(jìn)入湖泊的河流水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與湖泊標(biāo)準(zhǔn)差異是湖泊管理難點(diǎn)[24-25]，但是河流和湖泊水動力等條件相差較大，存在差異是正?，F(xiàn)象。如美國11個分區(qū)TN、TP和Chl a三個指標(biāo)基準(zhǔn)濃度的平均值，河流分別是湖泊的1.9倍、1.6倍和0.5倍(圖9)。TP指標(biāo)

圖9 美國河流和湖泊不同地理分區(qū) TP、TN和Chla平均值比較Fig.9 Comparison of the average values of TP, TN and Chla in different geographic regions of rivers and lakes in the United States

11個分區(qū)的變化范圍，河流是湖泊的1.1～4倍，變化非常大(圖10)，總體來說河流基準(zhǔn)值顯著高于湖泊。TN指標(biāo)11個分區(qū)的變化范圍，河流是湖泊的0.82～2.79倍(圖11)，有3個分區(qū)河流基準(zhǔn)濃度小于湖泊，有8個分區(qū)河流基準(zhǔn)濃度大于湖泊。

圖10 美國不同地理分區(qū)TP值河流與湖泊比值變化Fig.10 Changes of TP ratio between rivers and lakes in different geographic regions of the United States

圖11 美國不同地理分區(qū)TN值河流與湖泊比值變化Fig.11 Changes of TN ratio of rivers and lakes in different geographic regions of the United States

4 地表水與海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)差異

目前國標(biāo)地表水和海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)存在指標(biāo)和限值上的差異。一是指標(biāo)數(shù)量，針對水生生物影響，海水和淡水因?yàn)闈B透壓等生理作用不同，所以產(chǎn)生毒性等影響的指標(biāo)本身就存在一定差異性。如氯化物在淡水是限定性指標(biāo)，在海水中則不是。二是指標(biāo)限值，從指標(biāo)基準(zhǔn)值原則上來講，不同水生態(tài)體系中限值濃度不一致也是正?，F(xiàn)象，河口區(qū)上游鏈接河流，下游鏈接海洋，該區(qū)域具有較高的污染物濃度，受自然徑流等因素影響，河流環(huán)境背景值遠(yuǎn)高于外海[26-27]。如美國EPA中水生生物急性中毒淡水基準(zhǔn)限值濃度高于海水濃度的指標(biāo)有21個，氯丹、氰化物的倍數(shù)大于20(圖12)，而低于海水濃度的指標(biāo)有6個(圖13)。

圖12 美國EPA水生生物急性中毒基準(zhǔn)限值中

圖13 美國EPA水生生物急性中毒 基準(zhǔn)限值中(淡水/海水)比值(<1)Fig.13 The ratio (freshwater/seawater) of baseline limit of U.S. EPA's acute aquatic organism poisoning(<1)

5 小 結(jié)

5.1 美國河流營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)值分為13個生態(tài)分區(qū)，每個分區(qū)基準(zhǔn)值差異較大?？傮w上，TN和TP指標(biāo)美國基準(zhǔn)值高于國標(biāo)I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，國標(biāo)相對嚴(yán)格。此外美國生態(tài)分區(qū)基準(zhǔn)值還涉及葉綠素和濁度兩個指標(biāo)。

5.2 美國湖庫營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)值分為12個生態(tài)分區(qū)，每個分區(qū)基準(zhǔn)值差異較大?？傮w上，TN和TP指標(biāo)美國基準(zhǔn)值高于國標(biāo)I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，國標(biāo)相對嚴(yán)格。此外美國生態(tài)分區(qū)基準(zhǔn)值還涉及葉綠素和透明度兩個指標(biāo)。

5.3 美國生態(tài)分區(qū)中，TP指標(biāo)河流基準(zhǔn)值都顯著高于湖泊，但TN指標(biāo)不一樣，有3個分區(qū)河流基準(zhǔn)濃度小于湖泊。

5.4 美國EPA中淡水和海水基準(zhǔn)值差異較大，急性中毒基準(zhǔn)中淡水限值濃度高于海水濃度的指標(biāo)有21個，低于海水濃度的指標(biāo)有6個。

致謝：生態(tài)環(huán)境部張波總工程師，水生態(tài)環(huán)境司郭鵬副司長、王謙處長等專家給予文章寫作過程中的幫助與指導(dǎo)。