基于单因子评价法和比值法解析驴溪河水质状况

屈佳欣，罗 伟

(1.成都理工大学地球物理学院，成都 610059;2.四川省环境保护科学研究院，成都 610041)

1 引 言

水环境质量评价是环境管理的依据，客观的评价结果有赖于科学的评价方法[1]。国内外在水质评价方面的研究成果较多，概括起来，国外水质评价研究比较注重多介质、多参数水质数据分析[2-3]，较早采用GIS手段研究水质变化[4-5]，后来改进引入灰色聚类方法(GCA)和区间值模糊集的区间聚类方法(ICA)[6]。国内水质评价方法虽然较多，但理论上并无明显突破[1]，对水环境质量现状的描述和评价通常采用两种方法，一是定性评价，即进行水质类别的判定 ；二是定量评价，即综合污染指数评价方法对水质进行比较[7]。目前对于河流水质类别的判定大多采用单因子评价方法[8]，对于水污染方面的研究，比值法是简单高效的[9]。

随着经济的发展，河流污染普遍，水体污染问题日趋严重[10]。有研究表明，城区是城市内河污染的主要来源，城市生活污水和地表径流多数经管道被直接排入河流，造成了严重的污染[9]，其中氮、磷等营养物质富集导致水体富营养化是常见的污染类型，水体富营养化会出现藻类及其他水生生物异常繁殖现象，导致河流水质恶化，溶解氧减少，水体透明度下降，从而引起生态系统破坏[10]。

为了得到有效保护水资源的方法，前锋镇政府于2017年实施了针对水资源质量状况进行的水质监测工作，本文将分析驴溪河5个断面水质监测结果，并将碳氮比( CODCr/TN) 、氮磷比( TN /TP，质量浓度比) 和氨氮百分含量( NH3-N /TN 的百分数) 等主要指标应用于城镇三个水流相对平缓的河段，将河流水质评价与污染特征研究相结合，以期为驴溪河和其他类似河流的治理提供依据。

2 评价方法

于2017年1月～10月进行监测，根据驴溪河流域的情况，设置5个断面进行水质监测，包括源头的前锋镇自来水厂取水口、前锋镇下游500m、新桥镇下游的曾家桥、新桥污水处理厂下游的张家河坝、驴溪河入渠江处涌溪。

评价方法：利用单因子评价法评价驴溪河两年度水质类别，利用比值法(CODCr/TN、TN/TP、NH3-N/TN)评价驴溪河的氮、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。

3 评价结果

3.1 单因子评价法

水质参数评价采用单因子标准指数法，各参数标准指数计算方法如下[11]：

溶解氧(DO)标准指数的计算式：

SDoj= (DOf-DOj)/(DOf-DOs) (DOj≥DOs时)

(1)

SDoj= 10-9×DOj/DOs(DOj

(2)

式中：SDoj—— 单项水质参数DO在j点的标准指数；

DOj—— DO在j点的浓度(mg/L)；

DOf—— 饱和溶解氧浓度(mg/L)按下式计算：

DOf=468/(31.6+T)

DOs—— 溶解氧的地表水水质标准(mg/L)。

pH值标准指数计算公式：

SpH，j= (7.0-pHj)/(7.0-pHsd) (pHj≤7.0时)

(3)

SpH，j= (pHj-7.0)/(pHsu-7.0) (pHj>7.0时)

(4)

式中：SpH，j—— pH在j点的标准指数；

pHj—— pH在j点的值；

pHsd—— 地表水水质标准中规定的pH值下限；

pHsu—— 地表水水质标准中规定的pH值上限。

其它单项水质参数i在j点的标准指数的计算公式：

Sij=Cij/Csi

(5)

式中：Sij—— 单项水质参数i在j点的标准指数；

Cij—— 污染物i在j点的浓度(mg/L)；

Csi—— 水质参数i的地表水水质标准值(mg/L)。

当标准指数≤1时，表明该参数满足规定的水质标准；当标准指数>1时，则不能满足。

根据水质监测结果，计算各断面的水质参数标准指数，结果见下表。

表 单因子污染指数Tab. Single factor pollution index

续表1

水质参数前锋镇自来水厂取水口驴溪河前锋镇下游500m驴溪河曾家桥驴溪河张家河坝驴溪河涌溪(入江口)DO7.685.376.846.727.48CODCr10.910.8711.9620.211.25氟化物(F-)0.080.100.090.090.08氰化物(CN)/////总砷/////总汞/////铜/////锌/////石油类/////挥发酚/////阴离子表面活性剂0.060.080.080.070.07粪大肠菌群0.100.100.250.200.10

驴溪河污染指数最高分别是总氮和氨氮，流经前锋镇场镇之前的水质较好，可达到Ⅱ类。流经前锋、新桥、禄市、代市4个场镇，以及前锋工业园区、新桥工业园区，受城镇、工业园区污水影响较大，其水质为劣Ⅴ类。观塘镇内段流域基本无工业污染源和场镇污染影响，水质在该区段得以一定程度的自净，水质达到Ⅲ类水质标准。

根据地表水环境质量评价办法，地表水水质评价指标为表1中除水温、总氮、粪大肠菌群以外的 21 项指标[10]。因此，在对驴溪河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驴溪河的氮磷污染状况。

3.2 比值法

3.2.1 氨氮百分含量( NH3-N /TN)

氨氮百分含量( NH3-N /TN 的百分数)是判定水体是否具有城市生活污水特征的重要参数，当水体中氨氮百分含量≥50%时，具有一般城市生活污水特征[10]。根据氨氮、氮的监测数据统计，计算氨氮百分含量，逐月变化如图1所示。

图1 3个河段NH3-N /TN逐月变化情况Fig.1 Monthly changes of NH3-N/TN in three river sections

图1数据显示，在3月～8月前锋镇下游500m河段氨氮比超过50%，生活污水特征时段较长，农村环境基础设施建设滞后，污水大多直排,此外其他月份氨氮含量在20%～30%之间；新桥镇下游的曾家桥河段在3月和8月氨氮比超过50%，有城市污水特征，在4～7月水质快要接近城市污水；目前，2个工业园区的污水通过新桥污水处理厂处理达标排放,经过污水处理厂处理过得张家河坝河段的氨氮比都在50%以内，相对来说水质较好。

3.2.2 氮磷比( TN /TP)

GuildFord[13]等提出的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

图2 3个河段TN/TP逐月变化情况Fig.2 Monthly change of TN/TP in three river Sections

图2数据显示，秋冬季(1～2月和9～10月) 的氮磷比明显高于春夏季( 3～8月) 。而春夏季监测段河流的氮磷比范围在9-22. 6，是藻类生长的合适范围，加上春夏季适宜的温度和光照条件，极易造成藻类植物的爆发，因此，应重点在春夏季加强驴溪河水体营养氮输入的控制。相对于前锋镇下游500m河段与新桥镇下游的曾家桥河段，新桥污水处理厂下游的张家河坝河段的氮磷比都处于磷限制状态，不适合藻类生长，水质含氧量较高。

3.2.3 碳氮比(CODCr/TN)

Xu[14]等发现当水体中 CODCr/TN≤3 时，会降低污水中营养物的去除效率，水体自净能力较差。Yan[15]等发现当水体中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。根据碳、氮的监测数据统计，计算碳氮比值，逐月变化如图3所示。

图3 3个河段 CODCr /TN逐月变化情况Fig.3 Monthly change of CODCr /TN in three river Sections

图3显示前锋镇下游500m河段与新桥镇下游的曾家桥河段在5月～6月的水体自净能力较好，3月与7月的水体自净能力一般，1～2月和4月、8～10月的水体自净能力较差。新桥污水处理厂下游的张家河坝河段的 CODCr/TN在5.3-14.98之间，水体自净能力较强。

4 结 语

4.1 本文通过单因子评价法与比值法驴溪河三个河段以及流域断面的监测结果分析，确定了驴溪河的主要污染因子，也分析出驴溪河源头水质较好，可以达到Ⅱ类标准，下游入渠江处水质可达到Ⅲ类标准。上游经前锋场镇起至中下游段水质超标严重，为劣Ⅴ类，超标因子均为NH3-N、TN、COD、BOD5，即有机物和氮超标严重，表明城镇园区的生活污水与工业污水是驴溪河污染物的重要来源。

4.2 驴溪河流域化肥、农药的使用量偏高而利用率低，区域畜禽养殖发展迅速，分散式畜禽养殖的粪便和养殖污水处理设施缺乏，区域畜禽粪便有效处理率低。因此控制农田径流污染产生量、减少化肥、农药、农膜使用量、提高秸秆综合利用率等是控制区域农业面源污染的重要内容。农业面源污染控制是一个系统工程，只有从源头控制入手，才能有效控制污染。为使驴溪河较好水质得到保护，较差水质得到改善，我们应该坚持不懈地开展环境保护宣传工作，通过报纸、电视、电台等新闻媒介，大力宣传保护生态环境、创建优良人居环境的重要性和紧迫性，普及生态环境保护科学知识，提高广大干部群众的环境保护意识。