沣河流域水环境质量评价及其趋势分析

董祥芝,杨 清,李 迎

(西安工程大学 环境与化学工程学院,陕西 西安 710048)

0 引 言

沣河属于黄河流域渭河水系的一条支流,也是西安地区的第三大河流[1].第七个国家级新区——西咸新区是关中天水经济区的核心区域,沣渭新区是西咸新区的重要组成部分,沣河作为沣渭新区内的重要河流,也成为重点规划对象.将沣河改造与沣渭新区的建设结合起来,让其成为沣渭新区的一条彰显城市特色的“蓝色多瑙河”,是沣渭新区的规划理念之一[2].同时,沣河也是西安主要的供水河道和排污受纳水体之一,其水环境质量状况直接影响该区域社会、经济、环境的协调发展.因此,关注沣河水环境质量,加强沣河流域的综合治理与保护,是沣渭新区经济社会发展的当务之急,也是贯彻落实党的十八大提出的大力推进生态文明建设，实现“八水润西安”的重要举措,对加强西安生态保护具有重要意义.水环境质量评价,对于正确了解水环境现状,合理利用和开发水环境资源,科学预测未来水环境变化趋势具有重要意义[3].采用模糊综合评价方法能够较为客观地反映水质的实际状况[4-5],它将系统中的不确定性通过隶属度加以量化,并确定出各污染指标的权重,已成为当前水质综合评价的一种常见方法.

本文通过对沣河流域的沣峪口、秦渡镇、马王镇、咸阳沣河大桥、渭河入口等5个监测断面的水质进行监测调查,采用模糊数学法对其水质进行综合评价,测定高锰酸钾指数、六价铬、氨氮含量和总硬度等4个污染因子,并对其变化趋势进行分析,为制定区域规划、环境管理及水环境治理提供科学依据,并对流域地区的健康发展提供借鉴.

1 材料与方法

1.1 监测断面的选择与设置

根据地面水监测方案的制定原则[6]进行代表断面及分析项目的选择:沣峪口为沣河的水山口断面,秦渡镇、马王镇都有该河的水文监测站,咸阳大桥为重大设施,渭河入口处为与干流充分汇合处,所以确定沣峪口、秦渡镇、马王镇、咸阳沣河大桥、渭河入口处等5个取样断面.

1.2 监测因子的选取

考虑河流的污染来源,实验选取河流高锰酸钾指数、六价铬、氨氮和总硬度等必测项目的4个常规因子进行监测.

为了使采集的水样具有代表性,能够反映水质在时间和空间上的变化规律,必须确定合理的采样时间和采样频次,对于较大水系的干流中小河流全年采样不少于6次,丰、平、枯每次至少采样两次.实验在沣河的平水期(9，10，11月)、枯水期(3，4，5月)两期采样,取样频率为两周一次,监测水样采用综合水样.对每个水样进行4个污染因子的监测,总共为300个监测数据,然后用每个断面每个污染因子的平均值作为评价的最终数据.

1.3 水质监测结果

由于沣河是常年性河流,且上游支流较多，根据5个断面6次采样监测结果比较,每期各监测数据相差不大,取其平均值进行计算比较科学合理.平水期和枯水期各断面实验数据(平均值)见表1.

表1 平枯两期实验数据

1.4 水质模糊数学评价

在地面水质综合评价[7-9]中,通常采用一般型水环境指数和分级型水环境指数.在实际工作中采用这些指数进行综合评价时会造成分级不够确切.本文采用的模糊数学法[10]能弥补它们的不足,采用隶属函数描述水质的分级,体现了实际界限的模糊性,使评价结果更接近客观实际.权重的大小是根据超标多少确定的,也比较客观,它考虑了各项参数在总体污染中的作用差异,而且最终结果不仅能够反映出此水体的水质级别,还能反映出该水体对应于各级水质的隶属情况.

1.5 水环境容量估算及水质趋势分析

水环境容量概念源于环境容量,是指某一水环境单元在特定的环境目标下所能容纳污染物的量,也就是指环境依靠自身特性使本身功能不至于被破坏的前提下,能够允许的污染物的量[11].在理论上,水环境容量是环境的自然规律参数在于社会效益参数的多变量函数;它反映污染物在水体中的迁移、转化规律,也满足特定功能条件下水环境对污染物的承受能力.同时,对河流纵向的污染因子作水质趋势分析,讨论各污染因子沿河道的污染程度及可能的变化趋势.

2 结果与讨论

2.1 水质评价结果与分析

文中水质评价所使用GB3838—2002地表水环境质量标准,其中总硬度的标准限值采用地表水资源质量评价技术规程(SL395—2007)中的参考限值.由实验计算结果可得,整个沣河平枯两期水质均情况较好,尤其是上游河段,达到国家Ⅲ类以上水质标准,丰水期下游水质较差主要是是因为夏天两岸农田施肥等结果所致,造成氨氮的含量较高.

平枯两期水质隶属级别见表2，由表2可以看出，在沣河5个监测断面中,沣峪口的水质最好,平水期、枯水期水质级别均为Ⅰ类.咸阳大桥和渭河入口监测断面的水质最差,平水期、枯水期水质级别均为Ⅲ类.沣河水体下游水质较上游污染严重,最严重的是咸阳断面.为保证沣河水质良好,必须采取有效的控制措施.另外,在影响沣河水质的各指标中,从权重的计算过程中可以看出,污染物高锰酸钾指数和氨氮含量对水质的影响程度相对较大,说明水体中的4个污染因子中主要污染物是高锰酸钾指数和氨氮.

表2 平枯两期水质隶属级别

2.2 容量估算及水质趋势

2.2.1 水环境容量估算 计算河流的环境容量所采用的水质标准为国家地表水环境质量标准的Ⅲ类水质标准值见表3.4个污染因子在5个监测断面的平水期，枯水期的监测计算结果如图1～4所示.

表3 4个监测污染因子的Ⅲ类水质标准值mg·L-1

参数总硬度高锰酸指数氨氮六价铬 Ⅲ级标准值35061.00.05

从图1～4可以看出，平水期总硬度在第一段面的容量最大,第二断面的有所减小;第三、第五断面趋于饱和,第四段面较第三、第五断面的容量又有所增加.高锰酸钾指数的容量在第一段面比较大,第二、四断面明显减少,第三断面基本趋于饱和,而第五段面则没有容量,质量浓度高于三级水质标准;氨氮的容量在第一段面比较大,三、四、五断面约有0.1mg/L的容量,而第二段面则没有容量;六价铬和氨氮的情况基本一致.枯水期的情况大致和平水期相同,平水期和枯水期的环境容量差别不大,个别断面的个别因子平水期的容量还小于枯水期的容量,可能是因为平水期和枯水期水量不是特别明显,平水期排污较多,人为活动较多(比如旅游、农业等等)的原因所致.

2.2.2 水质趋势分析 整条河流来看,河水的水质较好,基本满足国家Ⅲ类标准的要求,中间河段水质较两头差,主要原因可能是因为排污比较集中,具体5个断面各污染因子浓度趋势如图5～8所示.

从图5～8可以看出,总硬度随着河流的流向逐渐升高至咸阳断面,甚至不能达到Ⅲ级水质标准值,到达渭河口又稍有下降.高锰酸钾指数从沣峪口至马王镇断面持续升高,马王镇水质超出Ⅲ级水质标准,然后又下降,到咸阳断面至渭河入口又开始升高.氨氮的浓度从沣峪口到马王镇一直持续上升,到咸阳桥略有下降,之后又迅速上升,到达渭河口时水质超出Ⅲ级水质标准.六价铬由沣峪口断面上升,沣峪口断面浓度超出Ⅲ级水质标准,至秦渡镇断面后略有下降,到马王镇后基本呈平缓趋势.

图5 总硬度浓度趋势图 图6 高锰酸钾指数趋势图—■—平水期；—●—枯水期；——三级水质标准

图7 氨氮浓度趋势图 图8 六价铬浓度趋势图—■—平水期；—●—枯水期；——三级水质标准

以上各污染因子的变化趋势与其权重值进行比较,污染程度及其超标情况基本一致,进一步说明模糊数学评价中的权重计算客观合理.

从沣河水质及沿线情况的调查来看沣河水质基本趋于良好,但水质趋势总体存在从上游到下游水质有所下降,尤其是从秦渡镇段开始河水水质明显趋下降趋势,到渭河入河口处时,水质明显不如上游,仅达国家Ⅲ水质标准,特别是氨氮浓度已严重超出Ⅲ级标准值,并有继续上升的趋势;而在上游尤其是靠近水源地的地方,河水水质良好为国家Ⅰ、Ⅱ类水基本达到饮用水标准.其原因主要是沣河上游地处深山,天然林丰富,水源地受天然林庇护良好,所以上游水质很好,且水源丰富.

沣河水质趋势除沿上游至下游呈下降趋势外,还表现为从无人区至生活区水质逐渐变坏的趋势.无人区人为活动较少,所以其受人为影响也较少,水质较好.但在河水进入人口密集的城市后河水水质明显下降,由一开始的国家Ⅰ类水下降为Ⅲ类水.对于其上级河流——渭河而言将会是很严重的污染源.

3 结论及建议

(1) 从监测的结果看,整个河流氨氮的含量较高,尤其是渭河入口断面达到平、枯水期别为1.08mg/L和1.1mg/L.所以要严格控制引起氨氮浓度增高的行为.比如禁止在河水中洗涮装过农药,化肥等容器,适量使用化肥以及农药,来控制氨氮含量的增高.

(2) 水质污染程度是一个模糊概念,模糊数学法采用隶属函数划分水质级别,可较好的解决水质评价中的模糊性,避免了单因子综合评价中撘黄狈窬鰯的不合理性,结果更为合理可靠,为沣河水环境综合治理和保护规划提供了依据.

(3) 通过估算河流的环境容量,得出河流的纳污能力,高锰酸钾指数的容量在第一段面比较大,第二、四断面明显减少,第三断面基本趋于饱和,而第五段面则没有容量,浓度高于三级水质标准;氨氮的容量在第一段面比较大,三、四、五断面约有0.1mg/L的容量,而第二段面则没有容量.

(4) 从整个沣河河段的水质变化情况来看,沣河的中下游水质较差,尤其是马王镇断面,平枯两期只能达到国家三级标准,所以应该减少中下游的排污总量,同时也要严格控制上游的排污量,对上游旅游景点等的污水排放应该采取处理,达标以后才可排放.

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