杭州市余杭地表水水质调查研究

何 虹，朱敏捷，俞云锋，马王刚，刘 莹，杨华云

(1. 杭州师范大学钱江学院，浙江 杭州 310018； 2. 杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江 杭州 311121； 3. 浙江省工业环保设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012； 4. 杭州格林艾尔环保科技有限公司，浙江 杭州 311400； 5. 浙江鸿博环境检测有限公司，浙江 杭州 310018)

1 研究背景

近20年来，我国水环境污染从部分河段到部分区域河流湖泊，地表水到地下水，单一性污染到复杂型污染，水污染涉及面积和扩散速度逐渐增大，破坏程度逐渐加深[1].虽然我国政府及各地方部门积极开展了河道整治、生活污水处理、水资源源头保护等一系列措施，且取得了一定效果，但水污染形势依然严峻，治理任务仍十分艰巨[2].杭州市余杭区位于杭嘉湖平原南端，是长江三角洲的圆心地，水文可分为苕溪、京杭运河和上塘河等.苕溪又分为东、中、北和西苕溪，东苕溪源出临安东天目山，一路向东，流经临安由中泰乡入区境，经余杭镇，在瓶窑镇境内汤湾渡接纳中苕溪，在龙舌嘴接纳北苕溪，三水合一，经瓶窑、德清至湖州市区与西苕溪汇合注入太湖.常规监测断面总体水质为IV类，3个出流断面大麻渡口、武林头北、荷花坟水质均好于入流断面义桥，水质类别均改善1—2个等级.上塘河自杭州市艮山门，经星桥镇入境，过临平镇，至海宁市盐官镇流入钱塘江.

水质评价的主要评价方法有单因子评价法、平均污染指数法、内梅罗指数法、灰色关联分析、有机污染综合指数评价法、主分量分析法和BP神经网络法[3-8]等.其中，单因子污染指数法操作简单，以最差的单项水质所属类别来确定水体综合水质类别，可对湖泊，河流和水库等[9-11]地表水进行评价，是一种常用的水质评价方法[12].内梅罗指数法由单因子指数法发展而来，是一种综合污染指数评价方法；该方法能兼顾极值或突出最大值的计权型多因子环境质量[13]，且较全面地反映各种污染物的协同效应，从而能体现各类环境要素的污染程度.本文选择杭州市余杭区12个河流断面为研究对象，运用单因子评价法和内梅罗指数法对余杭区地表水水源进行评价，为余杭区饮用水安全提供参考.

2 研究方法

2.1 监测位点布设

根据流域分布情况和河流断面布点要求，主要河流地表水监测位点共设12个，具体见图1.按照我国水质功能类别标准，其中南苕溪、东苕溪、北苕溪和中苕溪功能类别均为III类；运河干流功能类别为Ⅳ类；上塘河和和睦港上塘河功能类别为V类.

A：中苕溪径山自动站；B：南苕溪汪家埠；C：东苕溪瓶窑水厂取水口；

2.2 地表水环境监测指标及评价标准

地表水水源水质评价按照《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)的要求，根据不同水体状况及管理要求择情监测.并在其中选择反应水质状况的综合性指标：pH、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷等5项进行监测[14].水质评价标准针对监测断面的功能类别选用《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)[15].

2.3 评价方法

2.3.1 单因子指数法

单因子指数法是最简单的环境质量指数，无量纲，将每个污染因子单独进行评价，经统计得出各自的达标率或超标率、超标倍数、统计倍数、统计代表值等结果,具有计算简单，方便和安全性高的特点.

式中：pHj—第j取样点的pH值；pHsu—评价标准的上限值.

溶解氧(DO)评价模式：DOj≥DOsSDO.j=|DOf-DOj|/(DOf-DOs)；DOj

SDO.j=10-9×DOj/DOs

式中：SDO.j—DO的标准指数；DOf—某水气压条件下的饱和溶解氧浓度，mg/L，计算公式采用DOf=468/(31.6+T)，T为检测点河水水温，℃.

2.3.2 内梅罗污染指数法

2.4 污染等级的划分

单因子评价法根据所计算出的Pi为单项污染指数.Pi≤1，表示无污染；15，表示重度污染[16].按照环境质量污染确定原则及最大取优的原则选取各因子中最大类别为样本的总体评价结果.

内梅罗指数评价法根据所计算出的环境综合污染指数PIP进行水质类别划分，当某监测点P所得到的PIP<0.739时，说明水质未受到污染，状况较好；当0.739≤PIP<1时，水质状况可能受到轻微污染；当1≤PIP<7.280时，说明水质已经受到中度污染；当PIP≥7.280时，说明水质受到了严重污染[17].

3 结果与讨论

3.1 单因素评价法的结果与分析

在2014—2016年间，对余杭区12个监测位点进行水质检测，对照相应的标准值Li，计算出该项污染因子的相对污染值Ci.结果见表1.由表1可知，2014年间，除北苕溪四岭水库处各污染物单因子指标均小于1，其他河段都有因子超标，超标因子最多的为总磷，其次是氨氮.2015年间达标数增加，各断面污染因子的指数有所下降，2014年总磷指数超标最为严重的上塘河保障桥从5.700降至1.055，三义村也从5.450降至2.205，可见2015年上塘河段水质提升较为明显.2016年除南苕溪汪家埠、造桥港入运河口、郁宅港入运河处单因子指标不达标外，其余符合要求.3年间各断面总磷、氨氮、溶解氧均有不同程度超标，但超标情况逐年减轻.pH值、高猛酸盐指数在3年期间各个河段均无超标情况.

表1 2014—2016年12处断面各污染因子的相对污染值Tab.1 The relative pollution value of different pollution factors of twelve sections from 2014 to 2016

续表1

3.2 内梅罗污染指数法的结果与分析

利用内梅罗污染指数法的公式分别计算出3年间3个断面每年的环境内梅罗综合污染指数PIP，再根据相应的污染等级，判断其污染情况.结果见表2.由表2可知，12个断面除北苕溪四岭水库外其余是一个断面在3年期间受到不同程度的污染，其中造桥港入运河口的梅罗综合污染指数(PIP值)平均值最高，为2.773，介于1和7.28之间，说明水质已经受到中度污染，随着运河往城区的延伸，其水质越来越差.究其原因，主要是城区生活污水的大量排放，加上杭州城区段水流平缓，生物种群简单，自净能力较差，运河上过往船只繁多等因素而引起总磷和氨氮含量的增高[18].目前，相当一部分研究[19-22]通过水质监测数据和评价分析结果，这些年杭州港航闸管处始终致力于加强引配水管理工作.积极加强与市林水局、运河综保委和环保部门的沟通协调，掌握水质动态，共同做好运河水质提升工作；实行间歇引水，加强频次，加大间歇流量，做到“能引多引”；同时做好引水设备的日常维护保养，减少明显可见垃圾和杂物进入运河，因此，由表2可见运河段污染指数最高的龙光桥断面2014年3.175在2016降至0.812，水质得到明显改善.

上塘河的梅罗综合污染指数(PIP值)平均值大于2，2014年间污染情况转为轻度污染.中苕溪径山自动站、东苕溪瓶窑水厂取水口两个河段2014年间分别为1.857和1.831的轻度污染在2016年降至0.699和0.779，水质得到明显改善，南苕溪汪家埠在2015年间综合污染指数有所升高，主要原因是周边工业废水的排放.12个断面的内梅罗综合污染指数在2014—2016年间有明显的变化趋势，在2014—2015年间由于水环境承载力严重不足、工业等面源污染影响、生活污水排放未经处理等，使5个断面污染程度呈上升趋势，2016年PIP值稳定下降，12个断面中只有造桥港入运河口和郁宅港入运河处PIP值大于1，水质改善明显.

表2 各河流2014—2016年的环境内梅罗综合污染指数Tab.2 The comprehensive pollution index of different sections in 2014—2016

4 结论

采用单因子评价法和内梅罗污染指数法对余杭区12个监测点位的溶解氧、氨氮、总磷、pH和高锰酸盐指数5项指标进行检测.其中氨氮和总磷是较为严重的污染指标.分析综合污染指数PIP值可知，除北苕溪四岭水库以外，各断面3年中均受到不同程度的污染，2014—2015年苕溪断面PIP值维持在0.6—1.9间，水质良好或轻度污染，至2016年PIP值将至1以下，水质明显改善.同年，上塘河河段和入运河河段从中度污染转为轻度污染，运河段2014年污染较为严重的和睦港上塘河天都城交界处PIP值从4.350降为0.764，水质改善非常明显.