奎河杨庄断面水污染特征及水质评价

张勇 郭文洁

摘 要：2017年对奎河杨庄断面进行水样采集，选取高锰酸盐、氨氮和溶解氧指标进行特征分析，采用单因子指数法、综合污染指数法和污染损害率法对水质进行综合评价。结果表明：奎河杨庄断面pH为7.14～7.59，水体整体呈现弱碱性;高锰酸盐含量为3.04～5.23mg/L，氨氮含量为0.85～3.29mg/L，溶解氧含量为2.90～9.22mg/L。单因子评价结果表明奎河杨庄断面高锰酸盐污染指数为0.20～0.35，水质属于较清洁的状态;氨氮污染指数为0.42～1.64，水质属于重污染的状态;溶解氧污染指数为0.02～0.87，水质呈轻度污染状态;氨氮是水质的主要限制因子。奎河杨庄断面综合污染指数为0.48～0.79，全年总的综合污染指数为0.63，水质处于轻度污染的状态。通过污染损害率计算，可知奎河杨庄断面水体综合污染损害率为0.990，水价值受损严重，氨氮为水价值受损的主要限制因子。

关键词：奎河;单因子评价法;综合污染指数法;污染损害率;宿州市

中图分类号：X24  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）01-0048-05

21世纪以来，社会经济和工农业迅速发展，导致对水资源的需求急剧增加，生产排放的废水也随之增加，废水进入河流导致水体遭到污染，水质恶化，破坏水体生态环境，降低水体水价值，已引起社会的热切关注。因此，选取合适的指标进行水质特征分析以及对水质的综合评价具有重要的意义[1-3]。目前，常用的水质评价方法有单因子评价法[4，5]、综合污染指数法[6-8]、污染损害率法[9]等，很多学者也做了大量的相关研究，如路豪杰等综合评价了黑龙江干流水质[10]，刘叶叶等综合考虑各项参数，采用污染损害率模型，分析湘江流域水质特征，并对流域水污染经济损失进行了估算，为流域水环境保护和管理提供了帮助[11]。

本研究采用单因子评价法、综合污染指数法及污染损害率法对奎河杨庄断面2017年水体进行特征分析和水质评价，为水体污染防治和水资源利用提供相关帮助。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

宿州位于安徽省的北部，淮北平原的东北部，年平均降水量在774-896毫米之间，降水总量较充沛，但降水分布不均，东南多，西北少，春少夏多。全市主要河道有70多条，较大的河流有奎河、沱河、新汴河等，其中奎河屬于淮河水系，源于云龙湖最后注入濉河，河道全长76公里，流域面积1231平方公里。奎河流经宿州市杨庄乡，全乡总面积72万平方公里，辖22个行政村，4万多人口，耕地面积6.8万亩，近年来，宿州杨庄工业兴起，经济发展迅速，截至2016年底，全乡工农业生产总值达30.24亿元。

1.2 样品采集

依据奎河杨庄断面周围环境的具体情况，按照样点设置原则和采样频率要求，采样点具体位置布设在北纬34度03分43秒，东经117度13分12秒处，采样时间为2017年全年，采样频率为每周一次，共采取52份水样。

1.3 样品检测

采集回来的水样当天在实验室进行分析，如水样浑浊、气味大等需先对水样进行过滤和稀释处理后方可进行实验分析。为保证实验数据的准确可靠性，采集样品时，采取平行双样;分析样品时选取20%的平行水样进行分析，同时进行加标回收和有证标准物质的测定。水样的测定方法根据《水和废水监测分析方法》（第四版），具体见表1。

1.4 评价模型

1.4.1 单因子评价法

单因子评价法即取某一评价因子的实际检测所得值除以该因子的标准值，从而判断水质级别。单因子评价法数据处理较为简单，所得结果能够直观地了解水域水体水质情况是否满足功能要求，但用单项指标判定水质过于单一，并不能保证其科学合理性[12]。单因子评价法计算公式为：

Pi=Ci/Ci0   （1）

式中：Ci—第i种水质指标的实测浓度;Ci0—为第i种水质指标的评价标准。

由于溶解氧性质较为特殊，表现为浓度越大，水质越好，因此单因子评价法为单独的计算公式：

式中：SDO，j—溶解氧的标准指数;DOf=468/（31.6+T），mg/L，T为水温（在标准状态下，T通常选取为20℃）;DOS—溶解氧的评价标准，mg/L;DOj—j取样点的溶解氧的检测值，mg/L。

单因子评价法对应的水质分级见表2。

1.4.2 综合污染指数法

综合污染指数法是选取多项水质指标通过计算得出结果，从而判断水体水质污染状况，是水环境质量评价的一种重要方法。综合污染指数法是对单因子评价的进一步处理，改善了水质单项指标表征水质污染状况较为片面的欠缺[13]。综合污染指数评价法计算公式为：

式中：Pj—j断面的综合指数;n—参加评价的污染物项数;Pi—为第i项污染物的污染分指数。综合污染指数对应的水质分级见表2。

1.4.3 污染损害率法

污染损害率评价模型是根据水中污染物的浓度，通过计算得出污染物对水体所创造的价值的损害程度[11]。污染损害率计算公式为：

式中：Ri—第i种污染物的污染损害率;ai、bi—第i种污染物的损害参数;Ci—污染物i的实测浓度。

当水中污染物为一种以上时，其综合污染损害率R可表示为：

2 结果与分析

2.1 单因子评价结果分析

采集奎河杨庄断面的水样共52份，每周采样一次，对每月数据选取其平均值作为该月的数值，同时将pH与其他污染物指标作与同一图进行对比，考察水体酸碱性对其他污染物的影响。奎河杨庄断面高锰酸盐、氨氮、溶解氧和pH含量见图1。

由图1可以看出奎河杨庄断面高锰酸盐、氨氮、溶解氧的波动比较大，pH波动相对较为平缓。奎河杨庄断面高锰酸盐含量为3.04～5.23mg/L，平均值为4.03mg/L，其中最大浓度值出现在5月，最小浓度值出现在4月，断面中高锰酸盐含量最高值已超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中III类水标准。高锰酸盐指数是反映水体中可氧化物质污染的常用指标，由此可知奎河杨庄断面水体中有机污染物含量一般，有机物分解，消耗水中氧含量，水中氧含量减少，导致水中需氧生物比如鱼类的呼吸困难甚至造成其死亡，破坏水体生态系统，降低水体的资源价值;除此之外，有机污染物发酵，致使细菌滋生，有机物腐败导致水体变黑、发臭。奎河杨庄断面氨氮含量为0.85～3.29mg/L，平均值为1.99mg/L，最大浓度值出现在12月，最小浓度值出现在6月，断面中氨氮含量最高值已超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中V类水标准。氨氮是水体中的营养元素，会导致水体富营养化现象产生，藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧含量下降，水质恶化，且氨氮对鱼类及某些水生生物来说有毒，会造成其大量死亡的现象，形成奎河杨庄断面水体生态系统失衡甚至崩溃的隐患。奎河杨庄断面溶解氧含量为2.90～9.22mg/L，平均值为4.66mg/L，最大浓度值出现在1月，最小浓度值出现在10月，断面中溶解氧含量最低值已超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中V类水标准。溶解氧是衡量水体自净能力的指标，奎河杨庄断面溶解氧含量较低，加上排入的污染物过多，造成奎河杨庄断面水体自净速度低，水质恶化;溶解氧低，鱼类及某些水生生物呼吸困难，厌食，最终死亡，破坏奎河杨庄断面水体生态系统。奎河杨庄断面pH为7.14～7.59，整体呈现弱碱性。

依据奎河杨庄断面的水体功能主要是农业用水，基于《安徽省水环境功能区划》考虑，选用《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中V类水标准，选取高锰酸盐、氨氮、溶解氧三个水质指标，运用单因子评价法对奎河杨庄断面水质进行评价，高锰酸盐和氨氮使用公式（1）进行计算，由于溶解氧与其他指标性质不同，采用公式（2）进行计算，计算结果见表3。

从表3中，可知奎河杨庄断面高锰酸盐污染指数为0.20～0.35，年平均值为0.27，水体水质全年处于较清洁的状态，其中4月更是达到了清洁的状态;奎河杨庄断面氨氮污染指数为0.42～1.64，年平均值为1.00，水体水质总体呈现重污染的状态，其中5、6、8月屬于轻度污染状态，占比25%;7、9月属于中度污染状态，占比16.7%;其余月份均属于重污染状态，占比58.3%;奎河杨庄断面溶解氧污染指数为0.02～0.87，年平均值为0.62，水体水质总体呈现轻度污染的程度，其中1、2月属于清洁的状态，占比16.7%;5、11、12月属于轻度污染的状态，占比25%;其余月份均属于中度污染的状态，占比58.3%。通过单因子评价法结果可知，氨氮为奎河杨庄断面水体水质的主要限制因子，溶解氧为次要限制因子，高锰酸盐对水体水质的影响较为微弱。要想改善奎河杨庄断面水体的水质情况，就要着重对水体中的氨氮进行治理，同时也要时刻关注水体中溶解氧的含量变化情况。

2.2 综合污染指数评价结果分析

采用综合污染指数法公式（3）对奎河宿州杨庄断面高锰酸盐、氨氮、溶解氧2017年12个月的综合污染指数进行计算，结果见表4。

由表4可知，奎河杨庄断面水体全年的综合污染指数值0.63，水质属于轻度污染级别。可能是由于宿州市杨庄近年来工业迅速发展，导致排入奎河的污染物过多，超过了水体的自净能力，从而使水体受到了污染。奎河杨庄断面2017年12个月的综合污染指数在0.48～0.79之间，最大值是在12月份，属于中度污染程度;最小值出现在5月份，属于轻度污染的程度;在全年12个月中，属于中度污染程度的有3个月，分别是3月、10月和12月，占比25%;其余月份均属于轻度污染，占比75%。可能是因为宿州市杨庄3月份为春旱期，10月和12月为秋冬季，气候干燥，降水少，以至于在此期间奎河杨庄断面水体水量小，水体自净能力弱，水体更替速度很慢，造成了汇入的污染物不能及时被稀释，水体受污染程度呈现出中度污染程度，水质较差;其余月份尽管奎河杨庄断面水量受降水限制较小，但在大量的排入的废水的作用下，导致断面水体水质依旧处于轻度污染的状态。

2.3 污染损害率评价结果分析

基于奎河杨庄断面水体中主要污染物是耗氧有机物考虑，选取水体中高锰酸盐和氨氮进行污染损害率评价，按照《地表水环境质量标准》（GB3838 -2002），结合奎河杨庄断面水体水环境功能区划，将地表水II类作为背景浓度，污染物浓度在达到背景浓度时对水体水价值的损害率为0.01;将地表水V类作为严重污染临界浓度，污染物浓度在达到临界浓度时对水体水价值的损害率为0.99。将以上2个值代入公式（4）可得到不同污染物对应的ai和bi值，再分别采用公式（4）和公式（5）计算奎河杨庄断面水体的单项污染物损害率和综合污染损害率，计算结果见表5。

由表5可知，奎河杨庄断面水体中高锰酸盐污染损害率在0.004～0.027之间，除了1月、5月、7月损害率相对较大，其余月份损害率都较小，全年的损害率为0.010，可见高锰酸盐对奎河杨庄断面水体水价值的损害程度还是较低的。奎河杨庄断面水体中氨氮的污染损害率在0.077～0.999之间，除了5月、6月、8月损害率较小外，其余月份损害率都挺高，全年损害率更是高达0.989，可见氨氮对奎河杨庄断面水体水价值的损害程度相当之大。奎河杨庄断面水体的综合污染损害率在0.082～0.999之间，除了5月、6月、8月的综合污染损害率较低外，其余月份的综合污染损害率都很高，全年的综合污染损害率高达0.990，可见奎河杨庄断面的水体水价值遭到了严重的损害，应引起足够的重视，要着重对氨氮进行治理，以减少奎河杨庄断面水体的生态系统的受损程度，以保证其水体水价值利用的最大化，以保障水资源安全。

3 结论

（1）奎河宿州杨庄断面pH为7.14～7.59，水体整体呈现弱碱性;高锰酸盐含量为3.04～5.23mg/L，平均值为4.03mg/L，以最大值来判断，奎河宿州杨庄断面水体属于III类水;氨氮含量为0.85～3.29mg/L，平均值为1.99mg/L，以最大值来判断其水体则属于V类水;溶解氧含量为2.90～9.22mg/L，平均值为4.66mg/L，以最低值来判断，其水体则属于V类水。

（2）单因子评价结果得出奎河宿州杨庄断面高锰酸盐污染指数为0.20～0.35，年平均污染指数值为0.27，水质属于较清洁的状态;氨氮污染指数为0.42～1.64，年平均污染指数值为1.00，水质属于重污染的状态;溶解氧污染指数为0.02～0.87，年平均污染指数值为0.62，水质总体呈现轻度污染的状态;氨氮是宿州杨庄断面水体水质的主要限制因子。

（3）通过综合污染指数法进行评价，可知奎河杨庄断面2017年12个月的综合污染指数为0.48～0.79，全年总的综合污染指数為0.63，可见水体水质总体处于轻度污染的状态。

（4）通过污染损害率计算，可知奎河杨庄断面水体综合污染损害率为0.990，其中高锰酸盐单项污染损害率为0.010，氨氮单项污染损害率为0.989，可知奎河杨庄断面水体水价值受损严重，氨氮为其水价值受损的主要限制因子。

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