观音湖水域水环境质量现状分析及评价

张海柱，蔡斌琴，杨永安，蒋书琴，蒋红斌

(四川省遂宁生态环境监测中心站，四川 遂宁 629000)

前 言

观音湖位于涪江干流，是由北固-犀牛堤河段和过军渡电站形成的人工湖泊，是遂宁市著名的景区，湖边湿地公园成为旅游风景名胜区。由于遂宁市城镇化和工农业的迅速发展，大量的废水排入观音湖及其支流，过军渡水利枢纽工程导致的涪江水流速变缓，致使观音湖库区每到春季就会发生富营养化[1]。明月河、联盟河、开善河和米家河城区四河受到遂宁市城区生活污水、工业废水的影响，水质状况逐年恶化[2]。城区四河不同程度的形成了黑臭水体，严重影响周边居民的工作和生活，进入观音湖污染了观音湖水质。2015年以后，随着生态修复、湿地净化、滨河景观打造等措施加强整治，城区四河全面消除了黑臭水体，部分河流水质不能达到地表水环境质量标准[3]Ⅲ类标准，水质轻度污染。对观音湖流域水质进行分析和评价，研判水质发展趋势具有十分重要的意义。常用的水质评价的方法有物元分析法[4]、单因子评价法[5]、灰色系统评价法[6]、模糊数学评价法[7]、人工神经网络法[8-9]、层次分析法[10-11]、水质标识指数法[12]、污染指数法[13-14]等。本文采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数相结合的方法对观音湖及其四条主要支流进行了分析，研究了观音湖水质状况，采用《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》总站生字[2001]090中的综合营养状态指数对观音湖的富营养化进行了分析。同时，对支流水体污染现状和黑臭水体消除情况进行了研究。

1 调查内容和方法

1.1 调查点位

选取了观音湖上游黄连舵渡口、观音湖内涪江三桥、临仙阁、观音湖下穿隧道、涪江二桥、过军渡坝前和过军渡大坝下游老池轮渡，支流明月河、联盟河、开善河和米家河汇入观音湖前100m，共计11个点位(图1)。

图1 观音湖水系及监测点位示意图 Fig.1 The watershed of Guanyin Lake and its monitoring points

1.2 调查指标

现场测定的水温、pH、溶解氧和实验室分析的总磷、总氮、高锰酸盐指数、氨氮、叶绿素a、化学需氧量。分析方法均采用标准分析方法和规范[15～20]。

2 结果与分析

2.1 水质现状

2.1.1 评价标准和方法

采用单因子污染指数Di和内梅罗综合污染指数Pi等级划分标准(表1)对水质进行分析和评价。

表1 综合污染指数划分等级

式中：n为水质个数，Ci为水质实际监测值，Si为地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类标准限值。

2.1.2 结果与讨论

以现场调查为基础，参照地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类标准确定了水体主要污染指标，计算和运用单因子污染指数得出内梅罗综合污染指数，对观音湖及其4条主要支流2019年的水质现状进行综合评价，结果见表2。

表2 水质综合污染指数和水质评价Tab.2 Comprehensive water quality pollution index and water quality evaluation

观音湖上游黄连舵渡口、湖库区和下游老池轮渡处，2019年实测水质类别为Ⅱ类(过军渡坝前为Ⅲ类)，利用内梅罗综合污染指数进行综合评价，水质清洁。水体水质总体为Ⅱ类，水质良好。四条支流除明月河为Ⅳ类水质外，其他水体均为Ⅴ类水质，利用内梅罗综合污染指数进行综合评价，水质为轻度污染。观音湖上游来水、库区水质和下游出水均良好，未见污染，只在坝前由于水利枢纽工程的建设，水体流速变缓，水质有所变差。由于生活污水、农村面源污染、初期雨水等进入河道，四条支流不同程度受到污染，主要污染因子为溶解氧和氨氮，呈现轻度污染状态。

2.2 库区富营养化

2.2.1 富营养化现状

观音湖水库库区水质总体满足水环境质量功能区要求。但是，每年春季时，由于大坝建设造成的流速变缓、生活污染源和面源污染进入库区，个别监测指标在时空和测次上会出现超标情况[21]，水质污染表现为溶解氧呈现过饱和状态，总磷和总氮(以湖、库计)等富营养化指标超过地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类标准。

2019年4月，观音湖及其支流水质出现不同程度的发黄和颜色变深，经现场踏勘，初步认定发生了水华现象。利用《湖泊(水库)富营养化评价方法及分级技术规定》中的综合营养状态指数(表3)对观音湖的富营养化的程度进行调查，选取了明月河和联盟河入涪江前500m，观音湖下穿隧道、涪江二桥和过军渡坝前5个点位作为研究对象，以高锰酸盐指数、总氮、总磷、Do和叶绿素a作为监测指标，计算综合营养状态指数TLI[1]，根据TLI对上述点位作图，结果如图2所示。

表3 湖泊(水库)营养状态分级Tab.3 Classification of nutritional status in lake or reservoir

图2 各点位营养状态评价Fig.2 Evaluation of nutritional status in each point

按照地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类标准进行评价，明月河水质为Ⅴ类，其余点位水质均为劣Ⅴ类，超标项目为总磷和总氮。从图2分析可以得知，联盟河和明月河为中度富营养化，过军渡坝前富营养化最为严重，湖库区总体平均为轻度富营养。

2.2.2 富营养化年度变化趋势

遂宁市观音湖富营养化调查始于2010年，最严重的是2011年，其次是2015年，湖库区平均综合营养状态指数分别是65和63，均达到了中度富营养化水平。2012年和2013年水质良好，未发生富营养化，从2013年到2015年水质逐年变差，水体富营养化逐年加重。2015年到2018年由于支流水质逐年改善，湖库区生态景观管理和生物调控技术的加大，观音湖富营养化呈现逐年减轻态势。只有2019年富营养化现象有所反弹。近几年湖库区平均综合营养状态指数变化见图3。

图3 观音湖综合营养指数变化趋势Fig.3 Trend of comprehensive nutrition index of Guanyin Lake

2.3 支流水质变化趋势

为摸清支流污染物变化趋势和分布特征，对2019年的水质情况进行了现场调查，选取了四条支流入涪江前500米作为研究对象，利用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数对四条支流的水质进行了分析(图4)。

图4 支流综合污染指数变化趋势Fig.4 Trend of comprehensive pollution index of tributaries

明月河综合污染指数最高值是4.09，出现在2月，重污染水质占全年的16.7%，水质清洁月份占全年的58.3%。联盟河综合污染指数最高值是3.78，出现在2月，重污染水质占全年的41.7%，水质清洁月份占全年的16.7%。开善河综合污染指数最高值是5.30，出现在1月，严重污染水质占全年的16.7%，重污染水质占全年的33.3%，水质清洁月份占全年的25%。米家河综合污染指数最高值是4.14，出现在11月，重污染水质占全年的16.7%，水质清洁月份占全年的41.7%。四条河流重污染集中分布于12月到次年2月。

四条河流在枯、丰、平水期综合污染指数变化趋势都是先降后升，呈现V字型变化，溶解氧变化趋势都是先升后降，呈现Λ字型变化，严重污染和重污染集中分布在枯水期。流域内广大乡村、集镇的生活污水、垃圾和农业养殖废水形成污染直排入河，进入枯水期，河道基流较小，河道自身抗污能力敏感脆弱，水体稀释和净化能力弱，导致水质明显恶化。

2.4 支流黑臭水体情况

黑臭水体治理是当前工作的重点和公众关注的热点[22]。初期雨水、生活污水和工业废水未经收集和处理直排入河，不可避免产生了黑臭水体[23～26]。

依据城市黑臭污染程度分级标准(表4)，对四条支流进行了现场调查和监测，确定了明月河和米家河为轻度黑臭水体。导致黑臭的主要污染因子为氨氮和溶解氧(图5)。

表4 城市黑臭水体污染程度分级标准Tab.4 Standard for classification of pollution degree of urban black and odorous water bodies

图5 近几年氨氮和溶解氧变化趋势图Fig.5 Trend of ammonia nitrogen and dissolved oxygen in recent years

2015年以前，明月河片区城市管网覆盖不彻底，大量的生活污水进入河道，导致明月河氨氮超标严重，以致形成黑臭水体。

采用内梅罗综合污染指数对明月河和米家河的水质进行了研究，明月河近五年综合污染指数的范围是1.15～8.29，米家河近五年综合污染指数的范围是1.39～8.99，综合污染指数两条河流均是2015年最高，达到8.0以上，2017年下降到6.0以下。综合污染指数逐年下降，水质逐年转好。

2018年，明月河的氨氮和溶解氧分别为3.22mg/L和5.4mg/L，米家河的氨氮和溶解氧分别为4.33mg/L和8.0mg/L，综合污染指数分别为2.70和3.46，依据城市黑臭污染程度分级标准和内梅罗综合污染指数法[27]判定，两河已经基本消除了黑臭。

3 结论与建议

采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数对观音湖水域水质现状进行了分析和评价，观音湖库区水质达到了地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类标准要求。进入春季，库区部分年份会发生轻度富营养化。四条支流不能满足水环境功能区要求，内梅罗综合污染指数等级为Ⅱ级，呈现轻度污染状态。

采用内梅罗综合污染指数对观音湖及其四条支流进行了污染趋势分析，2019年湖库区水体水质总体为Ⅱ类，水质良好，2015年以来内梅罗综合污染指数总体呈现下降趋势，但不显著，水体水质类别稳定Ⅱ类，湖库区在春季偶尔发生富营养化，观音湖富营养化呈现减轻态势。近十年来，四条支流中明月河和米家河的内梅罗综合污染指数均是2015年最高，明月河和米家河为轻度黑臭水体，主要污染因子为溶解氧和氨氮。内梅罗综合污染指数变化趋势呈现先增高，后下降趋势。

自2015年以来，通过采取治理措施，观音湖库区内梅罗综合污染指数和综合营养状态指数总体呈现下降趋势，四条支流内梅罗综合污染指数下降趋势明显，水体水质明显改善，观音湖四条支流消除了黑臭水体。

针对存在的问题，建议采取如下措施。

(1)库区春季发生的水华现象，应采取综合协调措施，增加观音湖上游来水流量，加大库区的水体流速。建立湿地生态系统，提高湖泊生态调节、水文调节和环境控制等功能，加强水体自净能力。

(2)消减支流污染源输入。结合内涝整治工作进行清淤疏浚，结合海绵城市建设[28]构建雨水调蓄池、兴建雨水调节池，解决初期雨水污染问题。加大对工业废水、城镇生活污水和生活垃圾统一收集和集中处理工作。结合河长制，形成上下联动机制，实施长效治理。

(3)利用生物调控技术，通过种植各种水生植物，实现对水生营养物的去除，扩大了水生生物的生存空间，保持水生生态的稳定。