基于单因子评价法和比值法解析水库水质状况

罗 芳 伍国荣

（岳麓区环境监测站 湖南长沙 410013）

引言

随着经济社会的发展，水体污染问题日趋严重，其中氮、磷等营养物质富集导致的水体富营养化是较常见的水污染类型。当水体中容纳过量氮、磷等营养物质时，就会出现藻类及其它水生生物异常繁殖现象，导致水体透明度下降、溶解氧减少、水质恶化等一系列问题，从而引起水体生态系统破坏、功能受损等。

茅栗冲水库，位于长沙市岳麓区莲花镇华宝村境内，总库容194万立方米，集雨面积约2.78平方公里。泉水冲水库，位于长沙市岳麓区雨敞坪镇，总库容量1040立方米，集雨面积约18.6平方公里。为了有效保护水资源，当地政府实施了针对城市水资源质量状况进行的水质监测工作。本文首次将水库水质评价与污染特征研究相结合，以期为地方政府提供水库治理和保护的理论依据。

1 监测及评价方法

于2017年1月-10月对茅栗冲水库和泉水冲水库进行采样监测，每个水库在近坝处设立1个采样点。项目为《地表水环境质量标准》表1中24项及表2中5项，合计29项。

评价方法：利用单因子评价法评价两水库的年度水质类别，利用比值法（CODcr/TN、TN/TP、NH3-N/TN）评价两水库的氮、磷污染特征。

评价标准：《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）中III类水质标准[1]。

2 监测及评价结果

2.1 单因子评价法

式中：m为单因子指数；Ci为第i项因子的实测值；Co为第i项因子的标准值。

单因子评价法即根据评价时段内该断面参评的指标中类别最高的一项来确定[2]。两水库测算单因子污染指数见表1。

表1 单因子污染指数m

两水库中污染指数最高的分别为总磷和石油类，但是总磷和石油类的年均浓度均达到了III类标准，满足评价标准的水质要求。

根据地表水环境质量评价办法，地表水水质评价指标为：《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的21项指标。因此，在对茅栗冲水库和泉水冲水库进行水质评价的时候，未纳入总氮的影响。鉴于此，本文利用比值法详细分析两水库的氮磷污染状况。

2.2 比值法

比值法在水污染方面的应用早已屡见不鲜，包括碳氮比、氮磷比、碳磷比等。碳氮比在污水处理中作为重要的调控指标，现有多种表述方式，如CODcr／TN、CODMn／TN、TOC／NO3-N 等，氮磷比是评价湖泊、水库等封闭性水体富营养化以及浮游植物生长研究的重要参数[3]。聂泽宇[4]等人就利用氮磷比指标探讨我国太湖主要入湖河流的营养状况；李哲[5]等人研究了不同TN/TP水平下氮素形态分布和循环特点；赵联芳[6]等研究了人工湿地处理低碳氮比污水的脱氮原理。

根据氮、磷监测数据的统计结果，计算各水库氮磷比值，逐月变化如图1-图3所示，图中无数据的月份为某项指标未检出。

图1 水库NH3-N/TN逐月变化情况

当水体中氨氮百分含量≥50%，具有一般城市生活污水特征[7-8]。图1数据显示，两水库氨氮百分含量在3%-12%之间，远远小于50%且走势基本相同，不具备一般城市生活污水的特征，说明茅栗冲水库和泉水冲水库均没有受到生活污水污染。

图2 水库TN/TP逐月变化情况

根据 GuildFord 等[9]提出的 TN／TP(质量比)≥22.6为磷限制状态，TN／TP(质量比)≤9.0为氮限制状态作为参考，当 9＜TN／TP＜22.6，春夏季处于藻类适宜的生长范围。图2数据显示，茅栗冲水库2月、8月的TN／TP 分别为 14.5、21，泉水冲水库 3 月、8 月的 TN／TP 分别为22.5、15，说明两水库在春夏季的2月、3月、8月存在藻类生长的潜在风险。茅栗冲水库总氮超标主要出现3月、4月、5月、6月；泉水冲水库总氮总磷均未出现超标。根据气象资料，长沙市1月-10月的降雨量分 别 为 46.4、61.2、239.8、105.2、121.4、526.5、246.5、152.9、65.4、31.2 mm，总氮超标主要在丰水期，其原因为降雨径流产生的农业面源污染而引起，只要严格控制库区的氮、磷肥使用，水库水质富营养化潜在风险可得到有效控制。

图3 水库CODcr/TN逐月变化情况

Xu等[10]发现当水体中CODcr/TN≤3时，会降低污水中营养物的去除效率。Yan等[11]发现当水体中CODcr/TN=2.5时，TN的去除效率最高，当CODcr/TN处于2.5～5之间，可产生相对较低的温室气体。图3数据显示，两水库的CODcr/TN在4.26～37.78之间，说明水库中碳源充足，水体自净能力较强。

结语

根据2017年1月-10月两水库水质监测数据，两水库的水质良好，全年水质保持在国家GB3838—2002《地表水环境质量标准》III类，达到执行标准。为使水库的优良水质得到长期保持，提出以下建议：

（1）加强水库水质监测，实现定期监测与不定期监测相结合，在丰水期增加监测频次，及时掌握水库的氮磷污染状况。

（2）在水库的水质评价中要将地表水水质评价指标和营养状态评价指标相结合，方能全面反映水库的水质状况。

（3）严格控制水库集雨范围内的氮、磷肥使用，有效降低水库水质富营养化的潜在风险。

[1]（GB3838-2002）《地表水环境质量标准》[S].2002.

[2]罗芳，伍国荣，王冲，张琳.内梅罗污染指数法和单因子评价法在水质评价中的应用 [J].环境与可持续发展，2016,42(4)：87-89.

[3]傅杨，谢捷，陈璐艳等.基于比值法解析老城区河段氮磷污染特征[J].中国环境监测，2017，33（3）：165-170.

[4]聂泽宇，梁新强，邢波等.基于氮磷比解析太湖苕溪水体营养现状及应对策略[J].生态学报，2012，32（1）：48-55.

[5]李哲，郭劲松，方芳等.三峡水库小江回水区不同TN/TP水平下氮素形态分布和循环特点[J].湖泊科学，2009，21（4）：509-517.

[6]赵联芳，朱伟，赵建.人工湿地处理低碳氮比污染河水时的脱氮机理[J].环境科学学报，2006，26（11）：1821-1827.

[7]张翔凌，姜应和，叶舟，等．武汉黄孝河地区城市污水水质特征分析[J]．市政技术，2007，25(2)：128 一 133．

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[10]XU B，CHENG P，YAN C，et a1．The effect of varying LED light sources and influent carbon／nitrogen ratios on treatment of synthetic sanitary sewage using Chlorella vulgaris[J]．World J Microbiol Biotechnol，2013，29：1289—1 300．

[11]YAN C，ZHANG H，LI B，et a1．Effects of influent C／N ratios on CO2and CH4 emissions from vertical subsurface flow constructed wetlands treating synthetic municipal wastewater[J]．Journal of Hazardous Materials，2012，203(204)：188—194．