浑河流域水体污染季节性变化研究

(辽宁西北供水有限责任公司清河分公司，辽宁 铁岭 112300)

辽宁省气候环境具有明显的季节性变化特征，流域径流、降水量、气温等参数随季节变化显著，并且水环境质量影响因素较多，通过监测年内污染指标均值通常无法准确反映流域水环境季节性变化规律[5]。据此，本文通过调查分析浑河流域2016年3月—2017年2月期间水体状况，依据改进的综合水质标识指数法和不同水期的水质指标，识别了影响水体污染的主要因子，分析了其时空变化特征，以期为实现景观用水水质功能要求、准确揭示污染因子时空变化特征并进一步提升浑河水环境治理的有效性提供一定参考和决策依据。

1 浑河流域水质评价方法

1.1 流域概况

浑河发源于抚顺市东部，全长415km，流域面积2.50万km2，河宽约2～5km，年均降水量718mm，蒸发量1805mm，径流量为50亿～70亿m3。东面属于富水区，支流密集，西面处于缺水区，支流较少，属于典型的不对称水系，径流洪水受降雨量影响显著，降雨集中，短期暴雨是造成该流域洪水的主要原因，汛期主要集中在7月和8月。该流域属于温带季风气候，年际温差较大，冬冷干燥而夏热多雨，降水量时空分布不均匀主要表现为：东部降水较多，西部较少，其降雨规律为自东至西逐级递减。浑河流域东至清原，流经抚顺、沈阳、营口等市县，主要有大伙房、沈阳、黄腊坨、邢家窝棚等水文监测站。浑河流域接纳了沿岸大部分区域的工农业废水和生活污水的排放，其水环境质量将直接影响着沿途居民的健康安全和经济发展[6-8]。

1.2 数据采集

沿浑河上游段和沈阳区段开始布设水质采样点，共设置监测断面20个，其中干、支流断面以及排污口断面分别为10个、8个、2个。在研究期间，分别对各个监测断面水下0.50m处采集水样并存放于净化的塑料瓶内，利用YSI6600V型多参数水质参数仪进行水体的电导率、pH值、水文、浊度等指标的测定。经过滤后对各个采集样品进行浓度为1mg/L的H2SO4酸化处理，然后保存于4℃的冰箱中并用于后期NH3-N、COD、BOD等指标的测定。

1.3 评价方法

用于水环境质量评价的方法较多，较为常用的有BP网络法、模糊综合指数法以及污染指数法等，然而各方法均不能较好地反映水质超标参数的程度和数量，从而无法准确判定水体功能是否达到相关要求[9]。因此，在水环境质量评价中运用综合水质标识指数法具有良好的可行性与可靠性，不仅可定量与定性地评价水体实际状况，而且可体现各水质指标的差异，计算方法如下：

IWQ=X1X2X3X4

(1)

式中IWQ——水质综合标识指数；

X1X2——综合水质级别和该综合水质在本级别中的位置；

X3X4——单项水质指标劣于功能目标的个数和综合水质污染程度，即综合水质与水体功能类别的比较结果。

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对综合水质指数X1X2的计算为综合水质标识指数法的重点，为准确反映水质实际状况，本文结合流域水环境实际状况拟定了三种改进方案，分别如下：

以上式中N——污染指标个数；

m、n、s——未达标指标个数、因子个数以及达标指数个数；

2 水质指标变化分析

2.1 pH值年内变化

水体化学特征可通过水体pH值进行综合的体现，一个水平年浑河流域pH值变化水平如图1所示。为便于计算，分别利用A～J字母代替各个监测站点和平桥、浑河大桥、高阳橡胶坝、高坎大桥、伯官大桥、干河子拦河坝、东陵大桥、新立堡立交桥、王家湾拦河坝以及长青桥监测点。

图1 不同水期浑河流域pH值变化

由图1监测结果可知，在一个水平年内该区域的pH值变化区间为6.40～8.11，整体为中性水平；丰水期的pH值略高于枯水期，而平水期变化区间较低，在6.40～6.98范围，丰水期和平水期分别处于中性偏碱与中性偏酸水平，枯水期处于中性水平。总而言之，该流域的pH值季节性变化能够适宜水生生物的生长。

造成这种现象的原因主要有：丰水期由于气候温度较高，水面与空气直接接触从而造成水体中CO2的溶解度降低，水体酸性减弱，pH值增大；浮游生物在丰水期的光合作用增强，并使得水中CO2的消耗量急剧增大，从而进一步造成水体酸性减弱；水库在丰水期放水对河底产生冲击作用，从而加大了水体解离速度，造成pH值增大。抚顺西段水体pH值在平水期与枯水期整体高于沈阳区段，而在枯水期的变化趋势并不显著，其主要原因为枯水期水环境质量较差、污染严重以及水量较少等，支流排放和排污口的流量为水体主要来源，因此在该区段的pH值变化相差不大。

2.2 电导率年内变化

水体中的总离子浓度是影响电导率σ的关键因素，并且是水化学分析的主要指标(见图2)。

图2 电导率σ在不同水期的变化特征

由图2可知，枯水期浑河流域水体电导率相对较高，其次为平水期。研究表明：电导率在水量增大时可逐渐降低，反之则电导率不断增大。本文中，河流电导率在枯水期明显高于丰水期与平水期，该评价结果与已有研究结论具有良好的一致性[10]。抚顺西段河流的电导率在丰水期和枯水期略高于沈阳段，尤其是在高坎大桥区段的电导率达到最大值，这可能与该区段存在排污口有关，污水中存在大量的可溶性岩类并促进电导率的增大。

3 水质标识指数评价

地表水环境质量Ⅳ类标准为浑河流域水环境功能区目标，对该流域水环境质量分别选取BOD、COD、CODMn和NH3-N指标进行综合评价。水体综合水质指数的不同方案以及单因子水质标识指数评价结果见表1。

表1 不同水期综合评价结果

由表1计算结果可知，综合水质指数在方案一中的数值整体较小，其原因可能是未考虑水环境质量超标因子的作用，即各因子权重按照相同的赋值进行评价；方案二因水体超标因子权重较大，从而使得最终的综合指数整体较大；而方案三因综合考虑了水环境与超标因子的影响作用，因此能够更加客观地反映水质整体状况，本文对浑河流域水体污染采用第三种方案进行综合评价。

3.1 单因子评价

利用文中所述公式分别对不同水期的单因子水质标识指数进行评价(见表1)。结果表明：各个监测断面枯水期的NH3-N和COD指标整体处于Ⅴ类水质，并且BOD指数在大部分监测断面也达到Ⅴ类；各监测断面丰水期的COD指标仍处于超标状态，而其他水质指标相对较好，水质状态良好并属于Ⅳ类水质；COD指标在平水期各监测断面整体处于Ⅴ类，NH3-N指标在各断面内未表现出较大的变化幅度。

对各监测断面标识指标Pi取均值，结果显示：NH3-N和COD为严重超标指标，在枯、丰、平水期BOD指标均满足功能区目标，BOD对浑河流域水体污染相对较轻。

3.2 综合评价

分别对各个方案的综合水质识别指数IWQ利用式(1)进行计算(结果见表1)。由表1可知，IWQ在枯水期的计算值最大，水环境质量最差，变化区间为4.50～5.62，最大值和最小值分别出现在F断面和D断面，各断面水质均处于Ⅴ类。研究表明：整个流域在平水和枯水期基本处于轻度污染状态，而在丰水期的水环境整体较好。为保证农业灌溉用水，流域上游水库通常在5月份持续放水，并对浑河流域水环境质量造成影响。在持续放水一段时间后，水库大部分时间处于蓄水状态，这也是造成丰水期水质较好的关键因素[11-13]。

进一步分析各监测断面的IWQ变化幅度可知，水环境质量改善从枯水期到丰水期的变化幅度为15.0%左右，而在平水期水质降低，水环境恶化，由此表明影响该流域水质的因素较多，且水质恶化变化幅度约为4.2%。

4 结 论

a.在一个水平年内，该区域pH值变化区间为6.40～8.11，整体为中性水平；丰水期pH值略高于枯水期，而平水期变化区间较低，在6.40～6.98范围，丰水期和平水期分别处于中性偏碱与中性偏酸水平，枯水期处于中性水平。总而言之，该流域pH值季节性变化能够适宜水生生物的生长。

b.河流电导率在枯水期明显高于丰水期与平水期，抚顺西段河流的电导率在丰水期和枯水期略高于沈阳段，尤其是在高坎大桥区段的电导率达到最大值，这可能与该区段存在排污口相关，污水中存在大量的可溶性岩类并促进电导率的增大。

c.IWQ在枯水期的计算值最大，水环境质量最差，变化区间为4.50～5.62，最大值和最小值分别出现在F断面和D断面，各断面水质均处于Ⅴ类。流域在平水和枯水期基本处于轻度污染状态，而在丰水期水环境整体较好。为保证农业灌溉用水，流域上游水库通常在5月份持续放水，并对浑河流域水环境质量造成影响。在持续放水一段时间后，大部分时间水库处于蓄水状态，这也是造成丰水期水质较好的关键因素。