沙河水质环境因子时空分布及污染评价

李瑶　闫丽　杨超臣　侯晓龙　张碧函　刘盼　姚新悦　肖国华

摘要：于2018—2020年春、夏、秋三季对沙河河水进行水质调查检测，并对其作出污染综合评价。采用单因子评价法，并结合相关污染指数分析了污染情况，包括均值和内梅罗综合污染指数，选择总磷、总氮、高锰酸盐指数、BOD54个监测指标作为评估依据，对沙河河水进行水质评价。结果显示，均值綜合指数平均值为0．68，内梅罗综合指数平均值为1.3。综合这两种评价方法，沙河水质环境整体表现为轻度污染状态。

关键词：沙河；水质；环境因子；污染综合评价

河流环境污染是全球范围内普遍存在的环保问题［1—2］，由于中国的高速发展，不少河流在国民经济发展影响下遭受了各种程度的环境污染，不仅降低了水质，而且污染了底泥，河流环境在水体环境中占据着重要地位，作为废水的最后收集地，会直接影响到水体环境的恢复［3—4］。因此，为了对阜平沙河地区水体情况综合调查，以对沙河河水调查与监测为数据，对沙河水质作出了相应的评估，这不仅对了解该水域的生态环境的变化状况有重要意义，并且可为沙河水域生态环境的保护与修复提供依据。

1 材料和方法 1.1 研究区域概况

沙河发源于山西省繁峙县东白坡头，流经多个区域，包括吴王口和五丈湾等，最终到达王快水库，沙河主要处于曲阳交界位置。根据相关资料，分析了相应的形态特征，结合交通情况和人类干扰等，以这些作为主要影响因素合理设置了站点，将一些具有代表性的河段断面选取出来，评估空间距离是否合适，采取了野外取样调查方式，之后合理设置了站位，共6个，见表1。

1.2 调查取样时间

2018—2020年春、夏、秋三季进行现场调查取样，总计8次。

1.3 样品采集与检测

从沙河干流区域采集了水样，采集范围包括上游（冀晋交界）以及下游（王快水库人口），设置了6个采样点获取样品，同时采集区域集中在河道中心。采集完成后依据相应的测试指标，并依据《渔业生态环境监测规范》第三部分［6］相关要求，选择合适的保护剂并将其添加到样品中，在实验室完成样品测试工作，水质检测方法见表2。

2 水质评价方法

鉴于目前沙河流域是王快水库的主要补水河流，中上游水量相对充沛，但仍有部分流域穿越村庄，造成污染。因此，按照《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），应用综合指数作为评价依据，包括单因子、均值和内梅罗综合指数［8］。将单因子评价法与综合指数法相结合，较为客观地评价了农村小型集中式供水水质状况，避免采用单一评价因子反映整体水质，使得评价结果准确度大大提升。

2.1 单因子指数法

单因子指数评价法采用单监测项目污染指数表示，其值为某一水质监测指标的测定值与执行标准的相应水质类别的该项目的限定值之间的比值，其中pH值和溶解氧除外。计算表达式：

式中：P，为单因子污染指数；a；为某一水质监测指标的测定值；a为该标准的限定值。

2.2 均值综合指数法

本文研究的均值综合污染指数法是指算术平均值的综合污染指数，是对水质的多指标综合评价，尽量规避了单一监测项目数据对水质综合评价的影响（见表3），同时降低了水质监测数据异常造成的整体评价误差［10］。计算表达式：

式中：P为均值综合污染物指数；P，为单因子污染指数；n为参与评价的监测项目个数。

2.3 内梅罗综合指数法

在国内外，广泛采用了这种指数法，可应用于综合污染的评估（见表4）。该方法根据各监测项目的污染指数，并计算出相关参数。这种方法的应用特征在于确定环境质量指数，并突出显示出其中的最大值，同时能够将平均值考虑在内，主要集中于监测项目，并确定最大污染项目，在此基础上评估该项目对水质的影响。计算表达式：

式中：Pn、P1和P。为内梅罗、均值以及单因子综合污染指数，最后一项为最大值。

3 结果与讨论

3.1 水质环境调查检测结果

2018—2020年水环境监测要素评价：沙河流域水质pH值平均值为8.53，变化范围为7.79～8.96，符合地表水环境质量II类水质标准；溶解氧平均值为8.52mg／L，变化范围为5.75～13.65mg／L，符合地表水环境质量III类水质标准；BOD5平均值为1.56mg／L，变化范围为0.36～4.08mg／L，符合地表水环境质量II类水质标准；总氮平均值为3.71mg／L，变化范围为1.244～5.569mg／L，各监测站位均超出地表水环境质量II类水质标准；总磷平均值为0.04mg／L，变化范围为0.026～0.088mg／L，各监测站位均超出地表水环境质量III类水质标准；硫化物平均值为0.02 mg／L，变化范围为0.007～0.074mg／L，各监测站位均超出地表水环境质量II类水质标准。3.1.1 单因子指数评价法根据单因子评价法评价，pH值、DO均符合地表水环境质量II类水质标准，其余项目结果见表5。

3.1.2 均值综合指数评价法

根据单因子指数评价法评价结果，结合沙河的水质特点，选取总磷、总氮、高锰酸盐指数、BOD5共4个监测项目的单因子指数作为均值综合污染指数，沙河水质评价结果见表6、图1。

根据上述图表所示，沙河2018年全年水质状况为中度污染—重污染，春、夏两季为中污染，秋季处于重污染。2019年水质春季处于轻度污染，2020年整体处于轻度污染。根据上表数据发现，主要污染物质为总氮，仅在2019年夏季监测P值小于1，其余时间均高于限定值。并且从中可以发现每年秋季的水质环境劣于春、夏两季，这一结果与李志林等［6］的调查原因基本一致，由于汛期的到来，导致秋季水质劣于春、夏两季。

3.1.3 内梅罗综合指数评价法根据单因子指数评价法和均值综合污染指数法评价结果，以总磷、总氮、高锰酸盐指数、BOD，共4个监测项目作为内梅罗综合污染指数参评指数，沙河水质评价结果见表7、图2。

根據内梅罗综合污染指数评价结果，无论是通过各个季度，还是各个站点来看，沙河2018年度水质劣于2019—2020年，甚至于从6个站点的调查结果来看2019—2020年度沙河水质达到100％的清洁程度。

3.2 讨论

从三年的连续监测，发现沙河水质有向好的方向发展趋势，通过采取综合评分法来对沙河水质进行评价分析，水质评价在近几年当中从中度污染逐渐转向轻度污染，但是还是达到了轻度富营养水平，刘捷等［9］对九洲江水质进行综合水质标识指数法研究，以9个采样点作为监测断面，得出九洲江支流的主要污染来源在于畜禽养殖废水。ZHONG等［0通过采取多元化统计方法分析八里湖水质情况，认为水质逐渐优化的主要原因是周围绿化环境的改变，植被的增多及良好培养也促进了八里湖水质的污染治理。从中可以发现沙河水质没有重大污染因子，但在检测过程当中发现夏季总氮、总磷含量较高，这两种元素有利于沙河浮游植物的生长，加强了植物的光合作用，同时也增加了水体当中的溶氧含量变化，在一定程度上促进了浮游生物的生长代谢，破坏了水体环境的微生态平衡，也加大了水体氨氮的含量，多方面因素导致沙河透明度降低。

4 结论

本研究对沙河水质的16项生化因子进行调查、检测与分析，其中单因子评价中总氮超标，超标率达到100％，可能会导致水体富营养化，对水体造成威胁，其余指标全部在地表水环境质量II类水质标准以上。均值综合指数平均值为0.68，其中2018年秋季最高，为1.12，2019年夏季最低，为0.34，总体表现为轻度污染。内梅罗综合指数平均值为1.3，其中2018年秋季最高，为2.15，2020年夏季最低，为0.90，总体表现为轻度污染。2018年秋季水质较差主要是汛期的到来，泥土的冲击致使水质劣于其他时期。通过比较国内外应用综合污染指数评价方法和实地调查发现，沙河水质的污染大部分原因来自于人为的干扰导致水体富营养化，氮、磷指数个别区域超标［12］，对沙河水域环境造成一定的危害。

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Spatiotemporal distribution and pollution evaluationof Shahe River water quality and environmental factors

LI Yao1·2，Yan Li3，YANG Chaochen，HOU Xiaolong2，ZHANG Bihan，LIUPan，YAO Xinyue2，XIAO Guohua2·3

（1.College of Ocean science，Agricultural University of Hebei，Qinhuangdao 066000，China;

2.Hebei Ocean and Fishery Sciences Research Institute，Qinhuangdao 066200，China;

3.Key Laboratory of Marine Fishery Resources and Environment of Hebei Province，Qinhuangdao 066000，China）

Abstract：In this study，the water quality of Shahe River was investigated and tested in the spring，sum- mer and autumn between 2018 and 2020，and a comprehensive pollution evaluation was made. The rele- vant evaluation method was adopted，namely the single factor evaluation method，and analyzed the pol- lutionsituation，including the mean and nemeo comprehensive pollution index，and the total phosphor- us， total nitrogen， permanganate index and BOD monitoring index were selected as the evaluation basis to evaluate the water quality of Shahe River water. The mean composite index was 0. 68 and the Memero composite index was 1.3. CombinedI on these two evaluation methods，the overall water quali- ty environment of Shahe River is slightly polluted.

Key words：ShaheRiver;water quality; environmental factors; comprehensive pollution evaluation

（收稿日期：2022—08—23；修回日期：2023—05—25）