基于内梅罗污染指数的灞河流域水质变化分析

刘 欢，蒲 喆

（陕西省水文水资源勘测中心,陕西 西安 710068）

1 概述

灞河,属渭河右岸重要支流,古名滋水,全长109 km,流域面积为2581 km2,平均比降为6%[1]。图1 为浐灞河流域图,其发源地位于秦岭北坡蓝田县灞源镇麻家坡以北,中途流经灞桥区和未央区,于高陵区南部汇入渭河。主要支流有浐河、辋峪河和清峪河等。灞河流域属于暖温带半湿润大陆性季风气候,四季干湿分明。流域由东南向西北地区海拔存在较大差异,降雨分布不均匀,总降雨量介于550 mm~900 mm之间,年均降水量为830 mm以上；径流年际间变化大,年内分配不均匀,年径流量主要集中在每年的7 月~10 月,全年径流量占比70%以上。流域多年平均气温为13.3 ℃[2]。灞河是西安市的主要城市河道,对秦岭和渭河的连接起着举足轻重的作用,同时作为西安市的人文景观水体,有着重要的娱乐和经济价值。目前关于灞河流域的报道,主要集中在水文、水沙特性研究[3],或是生态景观变化特征研究[4],而对于灞河流域的水质现状或趋势的研究较少,尤其是近几年的水质污染特征及环境影响的报道屈指可数。因此本文依据2017 年~2020 年地表水监测资料,对灞河流域水质现状特征和变化趋势做出分析。

图1 灞河流域示意图

2 资料与方法

2.1 断面与指标选取

依据陕西省水功能区划要求[5],运用科学的手段和方法选取具有代表性监测断面6 个（图1、表1）。选定监测时间为2017.7 ~2020.7,依据《水环境监测规范》（SL 219 -2013） 进行采样。选取的监测指标为BOD5、化学需氧量、高锰酸盐指数、氟化物、氨氮、总磷、铜、锌、铅等14 项,严格依照《水和废水监测分析方法》对水样进行监测（表2）,参考地表水环境质量标准（GB 3838-2002）进行水质评价。

表1 灞河流域水质监测点

表2 监测分析方法

2.2 评价方法

目前研究者们关于水质评价的方法有单因子评价法、BP网络模型法、内梅罗指数法、模糊综合指数评价等。其中,单因子评价法简单易懂,然而却只考虑污染最严重的评价因子,忽视其他因子测值对评价结果的影响,而内梅罗指数作为兼顾极值的权重型多因子环境质量指数,避免主观因素影响。所以本文选取内梅罗污染指数法对灞河6 个不同断面的水质状况况进行评价,客观反映浐灞河水质现状及近几年来的水质变化趋势。

2.2.1 内梅罗污染指数法的基本公式

式中：P表示内梅罗污染指数,Am为第m项评价因子的实测值；Aom为第m项评价因子的标准值（这里采用《地表水环境质量标准》（GB3838 -2002）中的Ⅲ类标准值）；Fm为第m项评价因子的污染指数；Fmave和Fmmax为Fm的平均值和最大值。

2.2.2 水质污染等级的划分

以《地表水环境质量标准》的Ⅲ类标准为基础划分污染等级,从而得出不同类别下内梅罗综合污染指数P标准（表3）,当P标准＜0.78 时,水质未受到污染；当0.78 ≤P标准<0.91 时,水质受到轻度污染；当0.91 ≤P标准<1 时,水质受到中度污染；当1 ≤P标准<7.21 时,水质为重污染；当P标准≥7.21 时,表明水质已严重污染。

表3 流域内地表水环境质量分级

3 结果与分析

3.1 九间房断面水质变化

由图2 可知, 2017 年~2020 年九间房断面全年内梅罗污染指数分别为0.42、0.44、0.40、0.39,年平均值为0.41,呈先增后减的趋势。依据地表水环境质量分级,水质状况列为Ⅰ类未污染。另外,九间房断面2018 年内梅罗污染指数达到最高,为0.44,相比较2017 年指数值增长了4.8%,可能的原因,一是河道沿岸人为活动较为频繁,生活垃圾污水直接入河道；二是原有的河滩形态因为受开采和建筑施工发生改变,进而对水体产生影响。2020 年内梅罗污染指数达到最低,为0.39。

图2 2017年~2020年九间房内梅罗污染指数变化

3.2 马渡王断面水质变化

2017 年~2020 年马渡王断面全年内梅罗污染指数分别为0.45、0.49、0.43、0.39,年平均污染指数值为0.44 （图3）。依据地表水环境质量分级,水质为Ⅰ类未污染。马渡王断面2018 年内梅罗污染指数最高,为0.49 ,2020 年达到最低,为0.39。

图3 2017年~2020年马渡王内梅罗污染指数变化

3.3 洪庆断面水质变化

由图4可知,2017 年~2020 年洪庆断面全年内梅罗污染指数分别为0.47、0.56、1.20、0.41,年平均值为0.66,依据地表水环境质量分级,水质状况列为Ⅰ类未污染。洪庆断面2019 年的内梅罗污染指数最高,为1.20,水质状况为Ⅳ类,中度污染,相比2018 年上涨了114%,其中污染物贡献最大的为氨氮。其可能的原因为上、中游农业灌溉和生活污水等非点源污染的排泄等。2020 年其内梅罗污染指数达到最低,为0.41,比2019 年高峰值降低了66%。

图4 2017年~2020年洪庆内梅罗污染指数变化

3.4 常家湾断面水质变化

常家湾断面2017 年~2020 年全年内梅罗污染指数分别为0.48、0.40、0.41、0.44,年平均指数值为0.43（图5）,依据地表水环境质量分级,为Ⅰ类未污染。由于常家湾属于浐河上的一个水文站,且上游为库峪河、东汤峪河及岱峪河汇入,所以全年来看,水质状况较好。常家湾断面2017 年内梅罗污染指数最高,为0.48。2018 年指数最低,为0.40。

图5 2017年~2020年常家湾内梅罗污染指数变化

3.5 浐河入灞口断面水质变化

由图6 可知,2017 年~2020 年浐河入灞口全年内梅罗污染指数分别为1.08、1.34、0.89、0.68,其年均污染指数为1.0,依据地表水环境质量分级,为Ⅳ类重污染状况。2018 年浐河入灞口内梅罗污染指数最高,达到1.34,贡献最大的污染物为氨氮,其次为总磷、化学需氧量。2020 年达到最低,为0.68,属Ⅰ类未污染。浐河入灞口断面水质整体状况向好发展。

图6 2017年~2020年浐河入灞口内梅罗污染指数变化

3.6 灞河入渭口（灞河）断面水质变化

2017 年~2020 年灞河入渭口（灞河）断面全年内梅罗污染指数分别为0.94、0.75、1.31、0.54,年平均值为0.89（图7）,依据地表水环境质量分级,水质为Ⅱ类,轻度污染。该断面2019 年内梅罗污染指数最高,为1.31,2020 年内梅罗污染指数最低,为0.54。

图7 2017年~2020年灞河入渭口内梅罗污染指数变化

3.7 灞河流域上、中下游代表断面水质状况

图8 为2017 年~2020 年灞河流域不同代表断面的水质监测状况,由图可8 知,灞河流域的内梅罗污染指数变化趋势是从河流的上游断面向下游断面逐渐增高,浐河入灞口断面达到高峰值,灞河到入渭口断面的指数值稍微回落,但水质状况仍属于Ⅱ类,轻度污染,这与下游地表水水质受到污染的现象基本吻合。

图8 灞河流域上、中下游代表断面

4 结语

（1）从监测分析结果不难看出,2017 年~2020 年灞河上、中游水质全年较好,下游水质介于轻度和中度污染。尤其是浐河进入灞河之前受到污染物影响,污染物类型呈有机型污染,水体主要污染物是氨氮、总磷、化学需氧量等。这表明含有工业废水、农业养殖及农村城镇生活污水等非点源污染对水质有着明显的负效应。

（2）采用内梅罗污染指数法对灞河流域6 处断面水质作出评价,具有超出传统单因子评价方法对水质的评价结论悲观化的优点,同时能够更好地反应多项污染物对水质的影响程度,亦能客观呈现水体在时间、空间上的基本污染状况和变化趋势。

（3）灞河流域近几年水质状况向好发展,从2017 年~2020年污染指数基本呈现降低的趋势,这与浐灞河生态区被列为国家级水生态系统保护、修复试点示范区的政策分不开的。浐灞河流域水环境得到了有效的治理,与历史同期状况相比,水土流失得到控制,绿化面积得到增加,市容市貌得到彻底美化；从前河两岸脏乱差,现在成了具有特色的人文景观,人们休闲娱乐的好场所,我们应该继续保护好这河水清澈、河岸优美的水环境,实现生态环境和水资源利用的良性循环,为西安市的健康发展和国民经济、社会可持续发展提供生态保障。