水质分析及改善措施——以中国白水县林皋湖为例

宋佳 郭蕾 冯姗姗 王欢 王晓艳

渭南师范学院环境与生命科学学院，中国·陕西 渭南 714099

1 引言

近些年来，伴随着社会经济的快速发展和人口数量增长，对水资源的需求也迅速增加。大量没有经过处理的工业污水、生产废水直排放到湖泊或海中，水环境遭到破坏，水质也越来越差。中国水污染的问题限制了经济的发展，威胁到生态系统，损害了人们的生活和健康。

自20世纪70年代以来，世界上所有国家都已开始发展其经济，注重技术发展。但是随着经济效益的提高和科技的不断发展，自然资源的污染问题也跟着到来[1]。目前，水污染已成为全球性问题。在中国七大水系的近400个监测断面，劣于Ⅴ类水质的近27%，基本上没有了其利用功能。2006年，七个不合标准的第五节水系统的比例略低，仅为26%，而中国地表水中的地下水比例仍为28%。在水资源相对匮乏的中国北方，污染状况更加严峻。

中国水环境的保护与管理受到越来越多的关注。自1980年以来，已经在全国范围内进行了水质评估。环境质量评估是根据水评估的目标，选择相关的水质量标准，环境质量标准和评估方法，以评估水体的使用。通常使用国家或地方当局宣传的水质标准作为评估标准[2]。目前，研究水质的方法有模糊综合分析法、内梅罗指数法、灰色关联分析法及单因子污染指数法等。内梅罗指数法是当前国际上进行综合污染指数计算最常运用的方法之一，该方法是一种兼顾极值或突出最大值的计权型多因子环境质量指数[3]，能够较全面地反映各种污染物的协同作用，从而较准确地评价各类环境要素的污染程度[4]。单因子污染指数法被广泛使用，尤其是在环境影响评估方面。

中国白水县林皋湖水质评价尚未开展系统工作，林皋水库位于白水河中段，可以供水、灌溉、防洪，负责1.1万人、1.3万头牲畜的饮水，在本地区农业生产和经济发展担任了重要角色。因此，对林皋湖水质评价工作显得尤为重要。本研究以林皋湖为研究对象，采集12个地段水样，进行8项指标分析，旨在发现林皋水库水质分布特征，开展水环境质量综合分析。

2 研究区概况

林皋湖位于中国陕西渭南白水林皋镇内，又叫做林皋水库，它的名字来自主要支流林皋河。林皋湖地处109°16′～109°45′E，35°4′～35°27′N之间，融合了云台山、方山，形成山水联动的“两山一湖”绿色自然生态格局。它属于温带大陆性季风气候，年均降水量622mm，全年降水量的80%集中在6、7、8月，常常会有暴雨出现。林皋水库建于1966年2月，1971年12月竣工，在20世纪70年代开始运营。湖区常年气温平均11.4℃，最高25℃，持续时间很短，年日照2200～2600h以上，大坝长460m，高33.3m，控制流域面积330km2，总面积2200～2700亩，总库容3300万m3，流域年平均径流量1680万m3。林皋湖主要水源为北沟河、林皋河及白石河，汇入白水河，其灌溉面积为12万亩，水量较为充沛[5]。

3 材料与方法

3.1 布点采样

2019年11月，根据林皋湖流经路线，采样点北至林皋河村南至圣颉源家，西起段家河东达林皋慢城旅游景区，如图1所示，共布置12个采样点，采集湖水水样12个。

图1 研究区及采样点分布

3.2 样本测试及分析方法

本次测试实验，测定了水的浊度、TDS、EC、pH值、温度、COD、总硬度、DO这8个指标。浊度使用便携式浊度仪（GDYS——101SZ2）检测；使用笔式pH检测计（AS——PH5）测定样品pH值；TDS和EC由TDS、EC二合一测量计（ec——01）检测；总硬度采用EDTA滴定法测定；采集COD水样时，现场加1ML硫酸锰及2ML碱性碘化钾固定剂，需要盖好瓶盖摇匀，使其充分反应，使用碘量法测定，DO采用重铬酸钾法测。

4 评价方法

4.1 内梅罗指数法

内梅罗指数法是当前国际上进行综合污染指数计算最常用的方法之一。该方法先求出各因子的分指数，再求出各分指数的平均值，取最大分指数和平均值计算。在计算污染分指数时，往往某种污染物超标倍数很高，而其他若干污染物都不超标，平均状况也不超标，实际上某种污染因子超标就会造成对水环境的危害。该指数法考虑到了各污染物的平均污染水平、个别污染物的最大污染状况、水的用途，设计是比较合理的。

内梅罗水质指标计算公式：

其中，PIj代表的是第j类标准的内梅罗综合污染指数；Ci代表的是i污染因子的实测浓度；Sij为i污染因子在j种标准下的标准值。

4.2 单因子污染指数法

单因子污染指数法是一种通过比较污染水平和污染评估标准来确定水质等级的方法。采用单因子污染指数法确定主要污染因子，这种方法被广泛应用，尤其是环境影响评估中。单因子污染指数法仅考虑最严重污染评价因素对整个评价结果的影响，强调最严重的评估因子在总体评估中的关键作用，削弱其他因素的作用[6]。

①单因子污染指数的计算通式为：

其中，Pi为第i项污染物的污染指数；Ci为第i项污染物的实测值，单位mg/L；C0表示i污染物的评价标准，单位为mg/L。

②pH的计算方法：

如果pH≤7时，计算公式为：

如果pH＞7时，计算公式为：

其中，PpH,j为j采样点的pH的污染指数；pHj为j采样点的pH值；pHsd为评价标准中的下限值6；pHsu为评价标准中的上限值9。

③DO的计算方法：

当DOj≥DOs时，计算公式为：

当DOj＜DOs时，计算公式为：

其中，DOf代表是某水温、气压条件下的饱和溶解氧浓度；DOf=468/(31.6+T),T为水温，单位是℃；DOs为溶解氧评价标准限值，单位是mg/L；DOj为DO在j采样点实测统计值。

污染指数得出后，其污染的程度能分成5个等级；1.5以上为极重污染；1.0～1.5为严重污染；0.6～1.0为较重污染；0.2～0.6为中污染；污染指数0～0.2为轻污染。

4.3 评价标准依据

选取pH值、溶解氧、化学需氧量水质指标，依照国家GB3838——2002《地表水环境质量标准》等级划分标准，运用单因子污染指数法的水质分析方法，对林皋湖监控断面的水环境质量进行分析评价。表1为本项目检测指标的地表水环境质量标准。

表1 地表水环境质量标准

5 结果与分析

5.1 各指标综合分析

根据采样分析结果所得，pH变化幅度较大，从1～9点处逐渐下降，在采样点9处得到最小值，9～12点处逐步增加；水质浊度基本都在维持在10～30之间，在采样点10处达到最大值60.1NTU，在采样点8处达到最小值3.73NTU；TDS和EC整体变化幅度不大，在采样点8处达到最大值；DO和总硬度在各河段整体变化不大，DO在1、3、8处达到最大值，总硬度在10处取到最大值；COD在整个河段中都处于6～14之间，在7处达到最大值14，在4处取得最小值6。

5.2 内梅罗指数法

根据美国学者内梅罗《河流污染科学分析》一书中所提到的该污染指数的14个水质指标参数[7]，选取本次实验所测定的温度、pH值、总硬度及溶解氧4个指标，采用内梅罗指数法进行分析评价。

对比表2的内梅罗水质指数污染等级划分标准，结合表3内梅罗污染数，可以看出林皋湖12个采样点的内梅罗污染指数均位于0.8～0.96之间，均大于0.6小于1，水质较为清洁，符合Ⅱ类水质标准。内梅罗指数法突出污染指数最大的指标对评价结果的的影响，其中采样点1和12，pH达到最大值8.7，通过计算，得出1，12采样点内梅罗指数均为0.957，是12个点中内梅罗污染指数最大值，也都符合Ⅱ类标准。

表2 内梅罗水质指数污染等级划分标准

表3 各采样点内梅罗污染指数

5.3 单因子污染指数法

为了尽量与现行的国家水环境质量评价方法结合，与环办[2011]22号《地表水环境质量评价办法(试行)》一致，采用GB3838——2002《地表水环境质量标准》表1中除水温、总氮和粪大肠菌群以外的21项指标[8]，包括本次实验所测定的pH值、DO、COD。

由表4可以看出，各采样点的PpH、PDO、PCOD均小于1，能够满足GB3838——2002《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类标准。其中pH的污染指数在0.2～1.0，在9点处取最小值0.45，属于中污染，在1和12点处取最大值0.85，属于较重污染；DO污染指数在0～1.0之间，1点处取到最小值0.151，属于轻污染，7点处取到最大值0.62，属于较重污染；COD污染指数在0.2～1.0之间，在4点处取到最小值0.2，属于轻污染，在7处取得最大值0.7，为较重污染。

表4 各采样点单因子污染指数

其中，7点处COD和DO污染指数均大于0.6，属于较重污染。COD是估算总水污染物排放量的关键指标，并且是水污染的主要因素。它可以反映出水体的污染程度。其含量越高，水中使用的溶解氧就越多，从而减少了水的氧气，并加速了水质的恶化。1和12点的pH污染指数为0.85，也属于较重污染，其原因应该是周围居民生活污水排放，同时农作物化肥污染，使pH污染指数偏高。

6 讨论

河流水质的变化是多种因素综合作用的结果。区域自然环境和社会环境的变化会对河流水质产生影响。

林皋水库水质指标呈现出水质浊度空间差异大的特点，主要原因有以下几个方面。

6.1 垃圾焚烧

采样点10浊度高的原因是附近餐馆较多，人为倾倒的废水，沿岸焚烧的垃圾、人们烧烤留下的垃圾进入河流，造成水中胶体颗粒和悬浮物增多，水体浊度增大。

6.2 施工影响

林皋慢城景区正在建设中。灰尘和污水流入河中。建筑污水的影响给水带来了非常奇特的气味，浊度高，透明度差。

6.3 水生生物对水质的影响

采样点8和9的水附近种植有芦苇和香蒲等，并且栽培植物的根和身体具有吸附和捕获水中悬浮物的作用，因此其水浊度低得多。原理是芦苇的根部分泌有机物并吸收水中的悬浮液，植物有机体阻止水的流动并减慢水流，从而降低水的浊度，使悬浮液沉淀出来以提高透明度的[9,10]。林皋湖水具有大量溶解氧的原因是水中有许多藻类，并且氧气是通过光合作用产生的。水温、气压、pH值、水生植物水量及光合作用都会使溶解氧受影响。

7 结论

①通过各指标综合分析可以得出，林皋湖pH值在7.9～9之间，属于弱碱水；TDS浓度范围在212～258 mg/L；EC在424～526 us/cm之间，适于发展鱼类养殖业；总硬度197～296 mg/L之间，属于微硬水；COD在6～14 mg/L之间，属于Ⅰ类水；DO均位于8～11mg/L之间，属于Ⅰ类水。

②使用内梅罗指数法探究表明，林皋湖温度、pH值、总硬度及溶解氧4个指标内梅罗指数，均大于0.6小于1，符合Ⅱ类水质标准。

③使用单因子污染指数法分析表明，林皋湖pH值、DO、COD的污染指数均符合Ⅲ类水质标准。

8 改善措施

考虑到林皋湖在水库调度过程中的多样性，我们将积极研究生态可持续发展，对可能出现的情况进行规划，并及时处理新问题。

8.1 完善水质监测制度

要加强林皋湖水质检测。认真执行水库管理及水源保护条例，完善林皋水库出水口水质自动监测站；规范水质监测断面布局，使监测断面、监测时间、频率和监测因子等统一；建立完善的林皋湖上游水质动态监测网络和数据库；加强管理人员，增加水质检测仪器设备，定期检测林皋湖水质。

8.2 对林皋水库及输水干渠进行隔离防护

根据水源安全标准化建设和标准化建设的要求，考虑水源保护的需要，对林皋水库水源地输水干渠实行物理隔，组织围网工程，清理围网内的违章建筑和问题，实行封闭管理。此外，要完善库区视频监控系统，配备库区漂浮物清除器，完善库区管理区巡查设备，加强执法监督力量[11]。

8.3 推进林皋湖保护“三个建设”

加强周边地区组织建设，扎实推进林皋水库水源保护区农村基层组织建设，深入开展“奋发图强”活动；加强周边地区基础设施建设，依托林皋水库现有的农业工程基础，努力搞好农业生产、农民生活、农村生态等基础设施建设；加强社会事业建设，加强水源保护区文化教育设施、医疗卫生体系和社会保障体系建设，改善人民的基本生活条件，提高人民的生活水平[12]。

9 结语

目前，林皋水库已采取多种保护措施。但由于种种原因，仍有许多问题需要政府和有关部门高度重视。提高周边村庄居民对林皋湖的保护意识，并加强对水源保护的宣传，普及居民水源保护知识，使林皋湖的水资源得到保护。