水質(zhì)分析及改善措施
——以中國白水縣林皋湖為例

宋佳 郭蕾 馮姍姍 王歡 王曉艷

渭南師范學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)學(xué)院，中國·陜西 渭南 714099

1 引言

近些年來，伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口數(shù)量增長(zhǎng)，對(duì)水資源的需求也迅速增加。大量沒有經(jīng)過處理的工業(yè)污水、生產(chǎn)廢水直排放到湖泊或海中，水環(huán)境遭到破壞，水質(zhì)也越來越差。中國水污染的問題限制了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，威脅到生態(tài)系統(tǒng)，損害了人們的生活和健康。

自20世紀(jì)70年代以來，世界上所有國家都已開始發(fā)展其經(jīng)濟(jì)，注重技術(shù)發(fā)展。但是隨著經(jīng)濟(jì)效益的提高和科技的不斷發(fā)展，自然資源的污染問題也跟著到來[1]。目前，水污染已成為全球性問題。在中國七大水系的近400個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，劣于Ⅴ類水質(zhì)的近27%，基本上沒有了其利用功能。2006年，七個(gè)不合標(biāo)準(zhǔn)的第五節(jié)水系統(tǒng)的比例略低，僅為26%，而中國地表水中的地下水比例仍為28%。在水資源相對(duì)匱乏的中國北方，污染狀況更加嚴(yán)峻。

中國水環(huán)境的保護(hù)與管理受到越來越多的關(guān)注。自1980年以來，已經(jīng)在全國范圍內(nèi)進(jìn)行了水質(zhì)評(píng)估。環(huán)境質(zhì)量評(píng)估是根據(jù)水評(píng)估的目標(biāo)，選擇相關(guān)的水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估方法，以評(píng)估水體的使用。通常使用國家或地方當(dāng)局宣傳的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)[2]。目前，研究水質(zhì)的方法有模糊綜合分析法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)分析法及單因子污染指數(shù)法等。內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前國際上進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算最常運(yùn)用的方法之一，該方法是一種兼顧極值或突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)[3]，能夠較全面地反映各種污染物的協(xié)同作用，從而較準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)各類環(huán)境要素的污染程度[4]。單因子污染指數(shù)法被廣泛使用，尤其是在環(huán)境影響評(píng)估方面。

中國白水縣林皋湖水質(zhì)評(píng)價(jià)尚未開展系統(tǒng)工作，林皋水庫位于白水河中段，可以供水、灌溉、防洪，負(fù)責(zé)1.1萬人、1.3萬頭牲畜的飲水，在本地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展擔(dān)任了重要角色。因此，對(duì)林皋湖水質(zhì)評(píng)價(jià)工作顯得尤為重要。本研究以林皋湖為研究對(duì)象，采集12個(gè)地段水樣，進(jìn)行8項(xiàng)指標(biāo)分析，旨在發(fā)現(xiàn)林皋水庫水質(zhì)分布特征，開展水環(huán)境質(zhì)量綜合分析。

2 研究區(qū)概況

林皋湖位于中國陜西渭南白水林皋鎮(zhèn)內(nèi)，又叫做林皋水庫，它的名字來自主要支流林皋河。林皋湖地處109°16′～109°45′E，35°4′～35°27′N之間，融合了云臺(tái)山、方山，形成山水聯(lián)動(dòng)的“兩山一湖”綠色自然生態(tài)格局。它屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均降水量622mm，全年降水量的80%集中在6、7、8月，常常會(huì)有暴雨出現(xiàn)。林皋水庫建于1966年2月，1971年12月竣工，在20世紀(jì)70年代開始運(yùn)營。湖區(qū)常年氣溫平均11.4℃，最高25℃，持續(xù)時(shí)間很短，年日照2200～2600h以上，大壩長(zhǎng)460m，高33.3m，控制流域面積330km2，總面積2200～2700畝，總庫容3300萬m3，流域年平均徑流量1680萬m3。林皋湖主要水源為北溝河、林皋河及白石河，匯入白水河，其灌溉面積為12萬畝，水量較為充沛[5]。

3 材料與方法

3.1 布點(diǎn)采樣

2019年11月，根據(jù)林皋湖流經(jīng)路線，采樣點(diǎn)北至林皋河村南至圣頡源家，西起段家河?xùn)|達(dá)林皋慢城旅游景區(qū)，如圖1所示，共布置12個(gè)采樣點(diǎn)，采集湖水水樣12個(gè)。

圖1 研究區(qū)及采樣點(diǎn)分布

3.2 樣本測(cè)試及分析方法

本次測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了水的濁度、TDS、EC、pH值、溫度、COD、總硬度、DO這8個(gè)指標(biāo)。濁度使用便攜式濁度儀（GDYS——101SZ2）檢測(cè)；使用筆式pH檢測(cè)計(jì)（AS——PH5）測(cè)定樣品pH值；TDS和EC由TDS、EC二合一測(cè)量計(jì)（ec——01）檢測(cè)；總硬度采用EDTA滴定法測(cè)定；采集COD水樣時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)加1ML硫酸錳及2ML堿性碘化鉀固定劑，需要蓋好瓶蓋搖勻，使其充分反應(yīng)，使用碘量法測(cè)定，DO采用重鉻酸鉀法測(cè)。

4 評(píng)價(jià)方法

4.1 內(nèi)梅羅指數(shù)法

內(nèi)梅羅指數(shù)法是當(dāng)前國際上進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算最常用的方法之一。該方法先求出各因子的分指數(shù)，再求出各分指數(shù)的平均值，取最大分指數(shù)和平均值計(jì)算。在計(jì)算污染分指數(shù)時(shí)，往往某種污染物超標(biāo)倍數(shù)很高，而其他若干污染物都不超標(biāo)，平均狀況也不超標(biāo)，實(shí)際上某種污染因子超標(biāo)就會(huì)造成對(duì)水環(huán)境的危害。該指數(shù)法考慮到了各污染物的平均污染水平、個(gè)別污染物的最大污染狀況、水的用途，設(shè)計(jì)是比較合理的。

內(nèi)梅羅水質(zhì)指標(biāo)計(jì)算公式：

其中，PIj代表的是第j類標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；Ci代表的是i污染因子的實(shí)測(cè)濃度；Sij為i污染因子在j種標(biāo)準(zhǔn)下的標(biāo)準(zhǔn)值。

4.2 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法是一種通過比較污染水平和污染評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)來確定水質(zhì)等級(jí)的方法。采用單因子污染指數(shù)法確定主要污染因子，這種方法被廣泛應(yīng)用，尤其是環(huán)境影響評(píng)估中。單因子污染指數(shù)法僅考慮最嚴(yán)重污染評(píng)價(jià)因素對(duì)整個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，強(qiáng)調(diào)最嚴(yán)重的評(píng)估因子在總體評(píng)估中的關(guān)鍵作用，削弱其他因素的作用[6]。

①單因子污染指數(shù)的計(jì)算通式為：

其中，Pi為第i項(xiàng)污染物的污染指數(shù)；Ci為第i項(xiàng)污染物的實(shí)測(cè)值，單位mg/L；C0表示i污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，單位為mg/L。

②pH的計(jì)算方法：

如果pH≤7時(shí)，計(jì)算公式為：

如果pH＞7時(shí)，計(jì)算公式為：

其中，PpH,j為j采樣點(diǎn)的pH的污染指數(shù)；pHj為j采樣點(diǎn)的pH值；pHsd為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的下限值6；pHsu為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的上限值9。

③DO的計(jì)算方法：

當(dāng)DOj≥DOs時(shí)，計(jì)算公式為：

當(dāng)DOj＜DOs時(shí)，計(jì)算公式為：

其中，DOf代表是某水溫、氣壓條件下的飽和溶解氧濃度；DOf=468/(31.6+T),T為水溫，單位是℃；DOs為溶解氧評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值，單位是mg/L；DOj為DO在j采樣點(diǎn)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)值。

污染指數(shù)得出后，其污染的程度能分成5個(gè)等級(jí)；1.5以上為極重污染；1.0～1.5為嚴(yán)重污染；0.6～1.0為較重污染；0.2～0.6為中污染；污染指數(shù)0～0.2為輕污染。

4.3 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

選取pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量水質(zhì)指標(biāo)，依照國家GB3838——2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用單因子污染指數(shù)法的水質(zhì)分析方法，對(duì)林皋湖監(jiān)控?cái)嗝娴乃h(huán)境質(zhì)量進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。表1為本項(xiàng)目檢測(cè)指標(biāo)的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表1 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)果與分析

5.1 各指標(biāo)綜合分析

根據(jù)采樣分析結(jié)果所得，pH變化幅度較大，從1～9點(diǎn)處逐漸下降，在采樣點(diǎn)9處得到最小值，9～12點(diǎn)處逐步增加；水質(zhì)濁度基本都在維持在10～30之間，在采樣點(diǎn)10處達(dá)到最大值60.1NTU，在采樣點(diǎn)8處達(dá)到最小值3.73NTU；TDS和EC整體變化幅度不大，在采樣點(diǎn)8處達(dá)到最大值；DO和總硬度在各河段整體變化不大，DO在1、3、8處達(dá)到最大值，總硬度在10處取到最大值；COD在整個(gè)河段中都處于6～14之間，在7處達(dá)到最大值14，在4處取得最小值6。

5.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

根據(jù)美國學(xué)者內(nèi)梅羅《河流污染科學(xué)分析》一書中所提到的該污染指數(shù)的14個(gè)水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)[7]，選取本次實(shí)驗(yàn)所測(cè)定的溫度、pH值、總硬度及溶解氧4個(gè)指標(biāo)，采用內(nèi)梅羅指數(shù)法進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

對(duì)比表2的內(nèi)梅羅水質(zhì)指數(shù)污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合表3內(nèi)梅羅污染數(shù)，可以看出林皋湖12個(gè)采樣點(diǎn)的內(nèi)梅羅污染指數(shù)均位于0.8～0.96之間，均大于0.6小于1，水質(zhì)較為清潔，符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)梅羅指數(shù)法突出污染指數(shù)最大的指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的的影響，其中采樣點(diǎn)1和12，pH達(dá)到最大值8.7，通過計(jì)算，得出1，12采樣點(diǎn)內(nèi)梅羅指數(shù)均為0.957，是12個(gè)點(diǎn)中內(nèi)梅羅污染指數(shù)最大值，也都符合Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。

表2 內(nèi)梅羅水質(zhì)指數(shù)污染等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3 各采樣點(diǎn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)

5.3 單因子污染指數(shù)法

為了盡量與現(xiàn)行的國家水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法結(jié)合，與環(huán)辦[2011]22號(hào)《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》一致，采用GB3838——2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》表1中除水溫、總氮和糞大腸菌群以外的21項(xiàng)指標(biāo)[8]，包括本次實(shí)驗(yàn)所測(cè)定的pH值、DO、COD。

由表4可以看出，各采樣點(diǎn)的PpH、PDO、PCOD均小于1，能夠滿足GB3838——2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。其中pH的污染指數(shù)在0.2～1.0，在9點(diǎn)處取最小值0.45，屬于中污染，在1和12點(diǎn)處取最大值0.85，屬于較重污染；DO污染指數(shù)在0～1.0之間，1點(diǎn)處取到最小值0.151，屬于輕污染，7點(diǎn)處取到最大值0.62，屬于較重污染；COD污染指數(shù)在0.2～1.0之間，在4點(diǎn)處取到最小值0.2，屬于輕污染，在7處取得最大值0.7，為較重污染。

表4 各采樣點(diǎn)單因子污染指數(shù)

其中，7點(diǎn)處COD和DO污染指數(shù)均大于0.6，屬于較重污染。COD是估算總水污染物排放量的關(guān)鍵指標(biāo)，并且是水污染的主要因素。它可以反映出水體的污染程度。其含量越高，水中使用的溶解氧就越多，從而減少了水的氧氣，并加速了水質(zhì)的惡化。1和12點(diǎn)的pH污染指數(shù)為0.85，也屬于較重污染，其原因應(yīng)該是周圍居民生活污水排放，同時(shí)農(nóng)作物化肥污染，使pH污染指數(shù)偏高。

6 討論

河流水質(zhì)的變化是多種因素綜合作用的結(jié)果。區(qū)域自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境的變化會(huì)對(duì)河流水質(zhì)產(chǎn)生影響。

林皋水庫水質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)出水質(zhì)濁度空間差異大的特點(diǎn)，主要原因有以下幾個(gè)方面。

6.1 垃圾焚燒

采樣點(diǎn)10濁度高的原因是附近餐館較多，人為傾倒的廢水，沿岸焚燒的垃圾、人們燒烤留下的垃圾進(jìn)入河流，造成水中膠體顆粒和懸浮物增多，水體濁度增大。

6.2 施工影響

林皋慢城景區(qū)正在建設(shè)中?；覊m和污水流入河中。建筑污水的影響給水帶來了非常奇特的氣味，濁度高，透明度差。

6.3 水生生物對(duì)水質(zhì)的影響

采樣點(diǎn)8和9的水附近種植有蘆葦和香蒲等，并且栽培植物的根和身體具有吸附和捕獲水中懸浮物的作用，因此其水濁度低得多。原理是蘆葦?shù)母糠置谟袡C(jī)物并吸收水中的懸浮液，植物有機(jī)體阻止水的流動(dòng)并減慢水流，從而降低水的濁度，使懸浮液沉淀出來以提高透明度的[9,10]。林皋湖水具有大量溶解氧的原因是水中有許多藻類，并且氧氣是通過光合作用產(chǎn)生的。水溫、氣壓、pH值、水生植物水量及光合作用都會(huì)使溶解氧受影響。

7 結(jié)論

①通過各指標(biāo)綜合分析可以得出，林皋湖pH值在7.9～9之間，屬于弱堿水；TDS濃度范圍在212～258 mg/L；EC在424～526 us/cm之間，適于發(fā)展魚類養(yǎng)殖業(yè)；總硬度197～296 mg/L之間，屬于微硬水；COD在6～14 mg/L之間，屬于Ⅰ類水；DO均位于8～11mg/L之間，屬于Ⅰ類水。

②使用內(nèi)梅羅指數(shù)法探究表明，林皋湖溫度、pH值、總硬度及溶解氧4個(gè)指標(biāo)內(nèi)梅羅指數(shù)，均大于0.6小于1，符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

③使用單因子污染指數(shù)法分析表明，林皋湖pH值、DO、COD的污染指數(shù)均符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

8 改善措施

考慮到林皋湖在水庫調(diào)度過程中的多樣性，我們將積極研究生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，對(duì)可能出現(xiàn)的情況進(jìn)行規(guī)劃，并及時(shí)處理新問題。

8.1 完善水質(zhì)監(jiān)測(cè)制度

要加強(qiáng)林皋湖水質(zhì)檢測(cè)。認(rèn)真執(zhí)行水庫管理及水源保護(hù)條例，完善林皋水庫出水口水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站；規(guī)范水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面布局，使監(jiān)測(cè)斷面、監(jiān)測(cè)時(shí)間、頻率和監(jiān)測(cè)因子等統(tǒng)一；建立完善的林皋湖上游水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫；加強(qiáng)管理人員，增加水質(zhì)檢測(cè)儀器設(shè)備，定期檢測(cè)林皋湖水質(zhì)。

8.2 對(duì)林皋水庫及輸水干渠進(jìn)行隔離防護(hù)

根據(jù)水源安全標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的要求，考慮水源保護(hù)的需要，對(duì)林皋水庫水源地輸水干渠實(shí)行物理隔，組織圍網(wǎng)工程，清理圍網(wǎng)內(nèi)的違章建筑和問題，實(shí)行封閉管理。此外，要完善庫區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，配備庫區(qū)漂浮物清除器，完善庫區(qū)管理區(qū)巡查設(shè)備，加強(qiáng)執(zhí)法監(jiān)督力量[11]。

8.3 推進(jìn)林皋湖保護(hù)“三個(gè)建設(shè)”

加強(qiáng)周邊地區(qū)組織建設(shè)，扎實(shí)推進(jìn)林皋水庫水源保護(hù)區(qū)農(nóng)村基層組織建設(shè)，深入開展“奮發(fā)圖強(qiáng)”活動(dòng)；加強(qiáng)周邊地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，依托林皋水庫現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)工程基礎(chǔ)，努力搞好農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)民生活、農(nóng)村生態(tài)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；加強(qiáng)社會(huì)事業(yè)建設(shè)，加強(qiáng)水源保護(hù)區(qū)文化教育設(shè)施、醫(yī)療衛(wèi)生體系和社會(huì)保障體系建設(shè)，改善人民的基本生活條件，提高人民的生活水平[12]。

9 結(jié)語

目前，林皋水庫已采取多種保護(hù)措施。但由于種種原因，仍有許多問題需要政府和有關(guān)部門高度重視。提高周邊村莊居民對(duì)林皋湖的保護(hù)意識(shí)，并加強(qiáng)對(duì)水源保護(hù)的宣傳，普及居民水源保護(hù)知識(shí)，使林皋湖的水資源得到保護(hù)。