嘉陵江白庙子段地表水质季节变化特征及评价*

方 珂，林敏敏，邓 飞，汤 民

(1 湖北科技学院资源环境科学与工程学院，湖北 咸宁 437100；2 重庆市万盛经开区生态环境监测站，重庆 400800)

随着工农业的快速发展和城市化进程的加快，生产废水和生活污水排放量不断增加，导致水环境污染问题日益突出。在我国七大水系的398个水质监测断面中，劣Ⅴ类水质断面占15.3%；七大流域都受到POPs污染，其中以长江流域和珠江流域最为严重[1-3]。三峡水库自2003年实施135 m蓄水后，香溪河、澎溪河、大宁河、小江等库区支流的局部水域多次发生水华；仅2008年库区一级支流就发生水华事件13起，涉及河流11条，由此可见三峡库区支流的水污染问题不容忽视[4-5]。

嘉陵江位于长江上游，从合川区鼓楼镇进入重庆境内，流经北碚区、渝北区和江北区，在渝中区朝天门汇入长江。嘉陵江白庙子江段生态环境优美、空气清新、交通便利，是开展生态旅游的极佳场所。近年来，由于该段小城镇不断扩张，观光旅游活动日益旺盛，加之农业面源污染物的汇入，导致该段水流变缓，水体自净能力减弱，部分水域受到污染[6]。本研究分析嘉陵江白庙子段地表水质季节变化特征，采用综合水质标识指数法对水质进行评价，以期为保护嘉陵江流域的水环境质量、当地的生态旅游环境提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

嘉陵江白庙子河段地处北碚，该区域属亚热带季风湿润气候，雨量充沛，有春早、夏热、秋短、冬迟特征。最高气温44.3 ℃，最低气温-3.1 ℃，年平均气温18.2 ℃。流域内年降雨量分布比较集中：5～9月降雨量占全年总降雨量的77%；当年12月～次年2月为全年降水量最少的季节，仅占全年降水总量的3.2%[7-8]。

1.2 水样采集与水质监测

结合北碚区的气候特征，将5～9月划为丰水期，10、11月以及3、4月划为平水期，当年12月-次年2月划为枯水期。2016年9月-2017年9月在嘉陵江白庙子段每月采集水样1次，各断面分别设置1～3个采样点，采集0.5 m以上表层水。采样用的所有器皿都按严格的清洗程序处理。所有水样带回实验室放入冰箱，在4 ℃下低温保存。

监测水质指标包括高锰酸盐指数(CODMn)、氨氮(NH3-N)、溶解氧(DO)、五日生化需氧量(BOD5)、挥发酚，测定方法分别为：CODMn，酸性高锰酸钾法；NH3-N，纳氏试剂分光光度法；DO，碘量法；BOD5，稀释与接种法；挥发酚，4-氨基安替比林分光光度法。

1.3 评价方法

综合水质标识指数法是一种水质综合评价方法，评价结果既能反应水质达标情况，同时也能反应流域水环境整治取得的成效[9]。

(1)单因子水质标识指数

单因子水质标识指数Pi由1位整数和2～3位有效小数组成，其表达式为：

Pi=X1.X2X3

(1)

式中X1为第i项水质指标的水质类别；X2为监测数据在X1类水质变化区间中所处的位置，按四舍五入的原则计算确定；X3为水质类别与功能区划设定类别的比较结果，为一位或两位有效数字。

(2)综合水质标识指数

综合水质标识指数是在单因子水质标识指数基础上计算得出，其表达式为：

Iwq=X1.X2X3X4

(2)

式中，X1.X2为各单因子水质标识指数的平均值；X3为参与综合水质评价的水质指标中，不能达到水环境功能区目标的指标个数；X4为综合水质类别与功能区划设定类别的比较结果，为一位或两位有效数字。

(3)水质级别判定

根据《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)[10], 水质级别被规定为I～V类。通过综合水质标识指数的X1.X2可以判定综合水质级别，并进行黑臭判断，判断标准见表1。

表1 综合水质级别判定标准Table 1 Comprehensive water quality assessment standards for water level

2 结果与讨论

2.1 地表水质的季节变化特征

结合国家《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅲ类水体水质标准(CODMn≤6 mg/L、NH3-N≤1.0 mg/L、DO≥5 mg/L、BOD5≤4 mg/L、挥发酚≤0.005 mg/L)，从图1可知，5项水质指标的含量均低于Ⅲ类水质标准值。

图1 嘉陵江白庙子段水质指标检测结果Fig.1 Water quality parameters in Baimiaozi Section, Jialing River

嘉陵江白庙子段水中CODMn、BOD5的含量范围分别为3.0～5.8 mg/L、1.3～3.4 mg/L，其变化规律均为丰水期>平水期>枯水期。这种季节变化规律可能与地表径流有关，丰水期受暴雨影响使得许多有机污染物随地表径流进入水体[11]。DO的含量范围在5.2～8.4 mg/L，总体表现为枯水期>平水期>丰水期。从1月到5月，由于温度回升幅度较大，溶解氧从8.4 mg/L降至6.6 mg/L，下降趋势很明显，直至夏季开始稳定，5～8月保持在较低的水平，在6.2～6.8 mg/L之间变化，变化幅度较小，在9月份达到了谷值，从9月开始溶解氧浓度则逐步上升。夏季水温升高后浮游植物迅速增加，消耗了水体中的溶氧，导致该季节DO浓度下降[14]。溶解氧浓度年内表现出夏季低，冬季高的特点，可能受到温度的影响，夏季河流的富氧能力弱于冬季，三峡库区巫山段和鄱阳湖水体的研究也得出相似的结论[12-13]。NH3-N平均值为0.32 mg/L，已达到地表水II级标准(≤0.5 mg/L)，丰水期浓度最低，为0.21 mg/L。可能是因为枯水期和平水期主要集中在秋冬两季，水温较低时，氨氮转化速率较慢，随着水温的升高，丰水期水中活跃的微生物促进氨氮向硝氮转化，使水中氨氮含量逐渐降低[15]。挥发酚的含量范围在0.0007～0.0047 mg/L，丰水期平均浓度最低，为0.00096 mg/L，可能是由于丰水期河流水体流动性大，有利于污染物的扩散及水体的自净[16]。

2.2 综合水质标识指数法评价结果

以《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类水质标准为评价标准，并依据公式(1)、(2)和表1，评价结果见图2。

通过计算，Iwq分别为2.700、2.600、2.800、3.200、3.100、3.300、2.800、2.500、2.000、2.300、2.200、2.400、2.300，综合水质标识指数均小于4，满足III类水质要求。其中仅有枯水期(12月～次年2月)的综合水质标识指数大于3，为III类水质，丰水期和平水期水质均为II类。因此，不同水期嘉陵江白庙子段表水的水质情况为：丰水期水质好于平水期，平水期水质好于枯水期。综合水质标识指数法从整体上揭示了嘉陵江白庙子段的水环境质量。北碚降雨量丰富，但年度分配不均，5～9月为丰水期，降雨量大，嘉陵江流域径流量增多，水量增加，污染物浓度随水量的增加逐渐降低，水质表现为较好；进入平水期后，随着降雨量的逐减，水量减少，污染物没有足够的水量稀释，其浓度增大，水质受到影响；枯水期降雨量继续减少，流域内的污染物得不到有效稀释，造成水质下降。

图2 嘉陵江白庙子段表水综合水质标识指数(A)； 嘉陵江白庙子段不同水期表水综合水质级别(B)Fig.2 Comprehensive water quality identification index of surface water in Baimiaozi Section, Jialing River (A); Comprehensive water quality grade of surface water in Baimiaozi Section, Jialing River during different water periods (B)

3 结 论

(1)嘉陵江白庙子段表层水体中CODMn、NH3-N、DO、BOD5和挥发酚的含量均低于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类水质标准值。各指标含量呈明显季节变化：CODMn、BOD5变化规律为丰水期>平水期>枯水期；DO、NH3-N表现为枯水期>平水期>丰水期；丰水期水中挥发酚低于枯水期与平水期。

(2)综合水质标识指数法评价结果表明，嘉陵江白庙子段地表水质均达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类标准，丰水期和平水期能满足II类水质要求。不同水期的水质情况为：丰水期水质好于平水期，平水期水质好于枯水期。