地表水污染程度及自净程度的评价方法研究

卢创新 陈俊

（1广东省环境技术中心 广东广州 510308 2中山大学环境科学与工程学院 广东广州 510275）

河流和湖泊等地表水是生态系统的重要组成部分，也是人类生产和生活用水的来源之一。然而，随着社会经济的飞速发展，城市对水资源的需求和依赖不断增大，大量工业废水和生活污水排入河流和湖泊等地表水体，而随之带来的地表水水质恶化也日益严重。

国家于2002年颁布实施了《地表水环境质量标准》，该标准对地表水作了功能分类，对地表水的保护起到了非常重要的作用。但由于地表水污染因素和原因复杂，污染程度相差较大，采用综合方法对地表水污染情况进行评价显得更为必要和迫切。

本文针对地表水污染现状，对目前常用的几种地表水污染程度和自净程度评价方法进行了比较和总结，以期为地表水的水质评价提供有效的方法和思路。

1 地表水污染程度的评价

1.1 综合污染指数法

综合污染指数法是应用范围最广、较为成熟的一种评价方法。国内各级环境保护部门在进行河流水质评价时一般都采用综合污染指数法，所选取的污染因子一般为地表水环境质量标准31项中的一部分，指标数从几项至十几项不等，鲜有超过18项指标的。污染因子一般涵盖有机污染指标、三氮类指标、重金属指标等。中国环境监测总站通常选取高锰酸盐指数、生化需氧量、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、挥发酚、总氰化物、总砷、总汞、总镉、六价铬、总铅和石油类共13项进行评价。地方环境保护部门通常选取上述13项中的若干项及一些具有地方特点的污染因子进行水质评价[1]。

单项污染指数和平均污染指数的计算公式分别为公式（1）和公式（2）。

式中：

Pi——单项污染指数；

Ci——第i个参评项目的实测值；

C0——第i个参评项目的标准值;

n——参评项目的个数。

依据单项污染指数将单项污染程度划分为五级。各分级界限值见表1。

表1 地表水单项污染指数级别分类

依据平均污染指数，将地表水水体综合污染程度划分为六级。平均污染指数分级（综合污染程度分级）界限值见表2。

表2 地表水平均污染指数级别分类

根据水质综合污染指数来判别污染程度是相对的，即对应于水体功能要求评判其污染程度。如II类水体的水质要求明显高于III类、IV类、V类水体，假如不同类别水体的水质相同，则要求越高的水体，其对应的污染程度越严重。

1.2 综合营养状态指数法

综合营养状态指数主要用于湖泊（水库）富营养化程度的评价，可通过叶绿素 a（chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）、高锰酸盐指数（CODMn）共5个评价指标计算，计算公式为公式（3）。

式中：

TLI（∑）——综合营养状态指数；

Wj——第j种参数的营养状态指数的相关权重；

TLI（j）——第j种参数的营养状态指数。

以chla作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为：

式中：

rij—第j种参数与基准参数chla的相关系数；

m—评价参数的个数。

中国湖泊（水库）的chla与其它参数之间的相关关系rij及见表3[2]。

表3 中国湖泊（水库）部分参数与chla的相关关系r ij及值

表3 中国湖泊（水库）部分参数与chla的相关关系r ij及值

?

营养状态指数计算公式为：

（1）TLI（chl）=10（2.5+1.086lnchl）

（2）TLI（TP）=10（9.436+1.624lnTP）

（3）TLI（TN）=10（5.453+1.694lnTN）

（4）TLI（SD）=10（5.118-1.94lnSD）

（5）TLI（CODMn）=10（0.109+2.661 ln CODMn）

式中：叶绿素a chl单位为mg/m3，透明度SD单位为m；其它指标单位均为mg/L。

采用0～100的一系列连续数字对湖泊（水库）营养状态进行分级，在同一营养状态下，指数值越高，其营养程度越重。各富营养化等级界限值见表4。

表4 水体富营养化程度级别分类

1.3 异养细菌总数法

异养菌是指在水中以有机物作为合成自身菌体的碳源，靠有机物氧化产生化学能进行代谢的一类混合菌群，主要包括氨化菌、硫化菌、反硝化菌。氨化菌属化能异养菌，能使含氮有机物降解为氨态氮，其生长、繁殖需消耗有机物，它们的存在促使有机物不断进行氧化降解，硫化菌是化能异养型好氧菌；反硝化菌是兼性厌氧菌。

异养细菌总数与水体污染程度呈正相关，其数量变化能间接反映地表水污染情况的改变。异养细菌总数与水质污染程度的关系见表5。

表5 异养细菌总数评价水体污染程度级别分类

1.4 原生指示动物判别法

原生动物与它们生存的水环境是相互依存、相互制约的统一体。一旦水体受到污染，水质发生变化，就会对原生动物产生影响，原生动物也会对此变化做出反应，其反应可转为评价水质的指标[3]。

根据地表水的特点，可以将水体划分为寡污性水体、α-中污性水体、β-中污性水体和多污性水体。在应用原生动物作为指示生物时最好采用常见而又占优势的种类来指示该水体的污染程度。不同污染水体中作为指示生物的原生动物为：

（1）寡污性水体。原生动物有鹅长颈虫、无色额口虫、钟形钟虫、截形平鞘虫、Mayorella等。

（2）α-中污性水体。原生动物有鞭毛虫如草履唇滴虫、卵形隐滴虫、变形鞭毛虫及袋鞭虫等。纤毛虫如锐利盾形虫、螅状独缩虫、僧帽斜管虫、僧帽肾形虫、盘状游行虫、尾草履虫等。变形虫如齿表壳虫、普通表壳虫、池沼多核变形虫、古纳旧虫等。

（3）β-中污性水体。原生动物有鞭毛虫如红球虫、葡萄合尾滴虫、衣滴虫等。纤毛虫如珍珠映毛虫、三刺榴弹虫、双环栉毛虫、天鹅长吻虫和娇旋口纤虫等。变形虫如卡罗林多核变形虫、大变形虫等。

（4）多污性水体。原生动物有施氏肾形虫、变豆形虫、闪瞬目虫、梨形四膜虫、小口钟虫、及扭头虫、齿口虫等。

2 水体自净程度的评价（三氮分析法）

当水体受到含氮有机物污染时，其中的含氮化合物由于水中微生物和氧的作用，可以逐步分解氧化为无机的氨 (NH3)或铵)、亚硝酸盐()、硝酸盐()等简单的无机氮化物。通常把氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮称为三氮。这几种形态氮的含量都可以作为水质指标，分别代表有机氮转化为无机氮的各个不同阶段。在有氧条件下，氮产物的生物氧化分解一般按氨或铵、亚硝酸盐、硝酸盐的顺序进行，硝酸盐是氧化分解的最终产物。

随着含氮化合物的逐步氧化分解，水体中的细菌和其它有机污染物也逐步分解破坏，因而达到水体的净化作用。测量有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的相对含量，在一定程度上可以表示含氮有机物污染的时间长短，从而反映水体自净过程的变化。评价标准见表6。

表6 三氮分析法的评价标准

3 各种评价方法的应用总结

3.1 评价方法选取的原则

（1）全面性原则。要求选择的评价方法覆盖各种污染类型的污染因子，能够较全面地反映水环境污染的特点和污染程度。

（2）针对性原则。针对水体的污染程度和水体是否处于自净过程，采用不同的评价方法。

（3）代表性原则。各地表水自然背景的本底值差异较大，所选方法应该尽可能反映人为污染这一特点。

3.2 评价方法应用的特点

综合污染指数法广泛应用于各种污染类型的地表水，可确定水体的污染类型，对评价地表水污染具有重要的实际意义。综合营养状态指数法主要针对湖泊（水库）等微污染地表水，以评价水体的富营养程度。异养细菌总数法和原生指示动物判别法均为生物监测法，操作较复杂，实际应用中使用相对较少。三氮分析法主要针对污染水体的变化过程进行动态分析，对了解水体污染历史、污染物分解趋势和水体自净状况等有很高的参考价值。

[1]罗海江，朱建平，蒋火华．我国河流水质评价污染因子选择方案探讨[J]．中国环境监测，2002，18(4)：51-54．

[2]金相灿，屠清瑛．湖泊富营养化调查规范［M］．2版．北京：中国环境科学出版社，1990．

[3]郑立柱，杜敏娟．原生动物在水质监测中的应用[J]．广州环境科学，2010，25(4)：15-17．