摘要: 利用長江干流沙市江段3個斷面水質(zhì)實測資料，采用綜合水質(zhì)指數(shù)法，對長江干流沙市江段3個斷面1999 年-2008年水質(zhì)狀況進行分析評價。根據(jù)綜合水質(zhì)指數(shù)法(WQI)，得出沙市江段近期水質(zhì)尚好，并根據(jù)單項指數(shù)的結果,找出了沙市江段近期水質(zhì)影響最大的污染因子。結果表明，鉛、糞大腸菌群、總磷是沙市江段的主要污染因子。

關鍵詞: 綜合污染指數(shù)法; 水質(zhì)評價; 長江; 沙市

中圖分類號: X143; X824　 文獻標識碼: A   文章編號: 1672-1683(2010)05-0122-03

Water Quality Assessment in Shashi of the Yangtze River by Comprehensive Water Quality Index

ZHU Ye-hua，ZENG Tao，YANG Jun，TAN Ying

Abstract: Based on the data of the water quality at three sect ions in Shashi of the Yangtze River from 1999 to 2008，using a reasonable and practical integrated pollution index，an analysis of water quality assessment is carried out . According to the Comprehensive Water Quality Index (WQI) ，water quality in Shashi section of the river is still good. And based on the individual indices，the greatest influencing pollution factor on water quality was identified in the Shashi River section near future. The results showed that lead，fecal coliform，total phosphorus are the City′s major pollution f actors .

Key words: integrated pollution index; water quality assessment ; Yangt ze River; Shashi

長江是我國第一大河，但由于大規(guī)模的開發(fā)及快速的經(jīng)濟發(fā)展，人類活動與自然規(guī)律的負面效應相疊加，使得長江流域環(huán)境的生態(tài)調(diào)節(jié)和自我恢復能力大幅降低，導致水質(zhì)日趨惡化，直接影響著沿岸的經(jīng)濟發(fā)展和社會進步。目前合理利用和保護長江水資源顯得尤為重要。

荊江是長江中游的一段，長約404 km (裁彎后長約331 km) ，寬度一般在2 km左右。在水質(zhì)水量并重的今天,利用現(xiàn)有的監(jiān)測資料對該江段水量水質(zhì)進行綜合分析是一項十分有意義的工作。常用的水質(zhì)評價方法包括: 單因子評價法、污染指數(shù)評價法、基于模糊理論的水環(huán)境評價法、基于灰色系統(tǒng)理論的水環(huán)境評價法、基于統(tǒng)計理論的主成分分析法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡的水環(huán)境評價法[1-5] 。縱觀這些水質(zhì)評價方法，由于研究目的的不同，對水質(zhì)評價的側重點不同，加之評價方法本身的不足，所以要尋求一種新的既科學合理，又能夠全面客觀的反映河流水體水質(zhì)狀況的評價方法。受到湖泊富營養(yǎng)化分級評價的啟發(fā)[ 6] ，本文選取了水質(zhì)評價中應用較多的參數(shù)，采用水質(zhì)分級、分類相結合的綜合水質(zhì)指數(shù)評價方法，用簡明的計算方法得到綜合水質(zhì)指數(shù)值，較合理的對荊江沙市江段1999 年-2008 年近期水質(zhì)狀況進行了定量評價,并分析了其變化趨勢。

1  資料的搜集、整理

為研究沙市江段近期水質(zhì)變化情況，選取荊江沙市江段磚瓦廠、五七碼頭及江陵觀音寺斷面1999 年-2008 年這10年來的常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為評價依據(jù)，這3 個斷面位于沙市江段的荊33、荊47 及荊51，分別作為對照斷面、控制斷面及消減斷面，是國家一級常規(guī)監(jiān)測斷面，所監(jiān)測的水質(zhì)資料能基本反映該段的水質(zhì)情況。該數(shù)據(jù)均由長江委水文局荊江水環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測。為了凸顯年際變化規(guī)律，并將斷面年均值作為分析采用的數(shù)據(jù)。

2  綜合水質(zhì)指數(shù)評價法

2. 1  綜合水質(zhì)指數(shù)法的應用背景

綜合水質(zhì)指數(shù)法只有在調(diào)查的水質(zhì)參數(shù)較多時方可應用。此方法從優(yōu)先有毒污染物、污染物凈化難易、水源地背景值3方面考慮，將參與評價的項目分為3 類，通過對各項污染物質(zhì)的相對污染值，建立數(shù)學模式，進行數(shù)學上的歸納和統(tǒng)計，得出一個較簡單的數(shù)值，用該數(shù)值代表水體的污染程度，并據(jù)此進行水體污染的分類和分級。在評價中按類別區(qū)別對待，從嚴控制毒性污染指標，弱化背景值和經(jīng)處理易達標的污染指標。從而了解多個水質(zhì)參數(shù)的綜合現(xiàn)狀與相應的標準的綜合情況之間的某種相對關系，較客觀準確的反映了水體的水質(zhì)情況。

2. 2  綜合水質(zhì)指數(shù)法的分類標準及評價項目

該方法將地表水標準[7] 中基本項目和補充項目(除化學需氧量、水溫外) 的27 項，從EPA 公布的水環(huán)境優(yōu)先有毒污染物、難以凈化的污染物、水源地背景值幾方面考慮，將參與評價的項目分為3 類: ①對人體危害程度嚴重且經(jīng)水廠處理后難以消除的污染物;②經(jīng)水廠處理后出水水質(zhì)能夠達標的污染物;③除第1、第2 類以外的其他污染。根據(jù)長江委水文局荊江水環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測的21 個參數(shù)項目，可具體按表1 分類。

表1 評價分類具體項目

Table 1  Evaluation of classification of specific items

2. 3  綜合水質(zhì)指數(shù)法評價的計算方法

計算分3 個步驟。

2. 3. 1  單項指數(shù)I i 的計算

先將單個項目的實測值與地表水環(huán)境質(zhì)量標準基本項目標準限值，相比較，當實測值Ci 處于Cik≤Ci≤Cik+m 時，則每個項目的單項指數(shù)I i 為:

式中: Ci——i評價項目的實測濃度; Cik——i項評價項目的k 級標準濃度; Cik+ m——i項評價項目的k + m 級標準濃度;I ik+ m-1——i 項評價項目的(k+ m-1) 級指數(shù)值，由于水環(huán)境質(zhì)量標準將水質(zhì)分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ,Ⅴ對應的I i1、I i2、I i3、I i4、I i5分別為20、4 0、60、80、100; m 為標準中兩分級值或多分級值相同標準的個數(shù)，當分級標準值都不相同時，m 為1，可記為如下公式:

2. 3. 2  分類指數(shù)I L 的計算

對于第一類項目，I L 取各單項指數(shù)的最高值，即:

I L1 = (I i) max

對于第二、三類項目，I L 取各單項指數(shù)之和的平均值，即:

式中: n——參與評價的項目個數(shù)。

2. 3. 3 綜合水質(zhì)指數(shù)WQI 的計算

取上述3 種分類指數(shù)中的最大值，即: WQI = (I L)max ，根據(jù)WQI值，按照表2 評價水體的水質(zhì)狀況。

表2 水質(zhì)評價分級

Table 2 Water quality evaluation and table

2. 4 評價計算中的細節(jié)處理

①未檢出項目的單項指數(shù)可簡單的計為0，超過等于,級水時，單項指數(shù)計為I i ≥100。

②當pH 值在6~ 9 范圍內(nèi)時，其單項指數(shù)計為0，否則計為100。

③由于GB3838-2002 集中式生活飲用水地表水水源地補充項目中的5 項標準限值只有一個，故其單項污染指數(shù)按以下公式計:

(Co為項目對應的標準限值)

3  綜合水質(zhì)指數(shù)評價法在荊江沙市江段的應用

3. 1  評價過程

荊江沙市江段3 個斷面的采樣點每月進行一次監(jiān)測，10年共120 測次，由各個測次測得各月的均值進行統(tǒng)計分析，得到各年的水質(zhì)狀況和評價。對沙市江段3 個斷面1999 年%2008 年的水質(zhì)數(shù)據(jù)分別計算其單項指數(shù)、分類指數(shù)及綜合水質(zhì)指數(shù)，計算結果見表3。

表3  各個斷面的水質(zhì)指數(shù)(WQI) 統(tǒng)計

Table 3  Each section of the Water Quality Index (WQI) Tables

3. 2  趨勢分析

由表3 中的第1 類、2 類、3 類及綜合水質(zhì)指數(shù)WQI 進行水質(zhì)變化趨勢分析，具體情況如下圖所示。其中，橫坐標為時間(以年為時間) ，縱坐標為水質(zhì)指數(shù)。

圖1  沙市磚瓦廠各類指數(shù)趨勢變化圖

Fig. 1  Various in dicators of trends in Shashi Brick

圖2  沙市五七碼頭各類指數(shù)趨勢變化圖

Fig. 2  Various indicators of t rends in Shashi 57 Pier

圖3 江陵觀音寺各類指數(shù)趨勢變化

Fig. 3  Various indicators of t rends in Jiangling Kann on ji

由趨勢變化圖可以看出，沙市江段3 個斷面的綜合水質(zhì)指數(shù)WQI 都在10~ 60 范圍內(nèi)，其中沙市磚瓦廠和江陵觀音寺在1999 年、2 000 年的綜合水質(zhì)指數(shù)WQI < 20，說明這2 年水質(zhì)優(yōu)良，基本上沒有污染，由計算得出的單項污染指數(shù)來判斷，這2 年的主要污染因子是氨氮和銅，而化肥的大量使用使面源污染加劇，直接造成氨氮含量偏高; 此外，在上游的枝江及宜昌，有多家大型氮肥企業(yè)，如宜化集團、三寧化工、湖北化肥廠等，年排污量都在千萬噸以上，排污量的增加也是造成氨氮含量呈上升趨勢的直接原因之一。由此可見，應大力加強對大型企業(yè)的排污控制。而沙市五七碼頭在這2 年的水質(zhì)卻較差，主要污染因子是鐵，但根據(jù)鐵的測量值遠遠小于地表水標準的限值，如果根據(jù)單因子評價法，是不能突出這點的。但是比較這3 個斷面，可發(fā)現(xiàn)其分類指數(shù)I L 1、I L 2 的變化趨勢基本相同，I L3 卻有很大的差異，經(jīng)過比較后發(fā)現(xiàn)，由于鐵只測定了五七碼頭斷面，故其他兩個斷面鐵沒有參與計算，從而導致綜合水質(zhì)指數(shù)沒有呈現(xiàn)出預期的效果，由此可見評價項目選擇的重要性。在隨后的年份，一直到2008 年，這3 個斷面的WQI 值都超過40，且3 個斷面的水質(zhì)變化趨勢基本相同，說明長江水體龐大，有著巨大的稀釋和自凈能力，雖沿岸排入大量工業(yè)廢水和生活污水，目前江段斷面水質(zhì)狀況尚可，維持在一個比較穩(wěn)定的水質(zhì)狀態(tài)，這同單因子的評價結果，沙市江段水質(zhì)總體以(類水居多，占總測次的65%左右; 分析時段前期，基本上是Ⅱ類水，占總測次的30%左右; 偶爾達到Ⅳ、Ⅴ類水，主要是鉛超標，占總測次的5%左右。而前3 位的污染因子都是重金屬鉛、糞大腸菌群、總磷。由此可見，重金屬污染仍然是長江水質(zhì)的一大核心問題，應加強對冶金及相關企業(yè)的排污控制，特別是電鍍、電池制造等企業(yè)。

4  結語

綜上所述，從1999 年- 2008 年這10 年來，長江干流荊江河段水質(zhì)總體呈下降趨勢，而且根據(jù).地表水環(huán)境質(zhì)量標準/ 中鉛的含量大于0. 05 mg / L，水質(zhì)便是Ⅴ類，因此干流水質(zhì)達到Ⅳ類或者Ⅴ類是可以預期的，形式相對來說比較嚴峻,嚴格控制污染增加，力爭100%達標排放，是關系國計民生的大事。應大力加強水環(huán)境監(jiān)測力度，提高監(jiān)測水平，加強對污染源的監(jiān)控。

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作者簡介: 朱葉華(1981-) ，女，江蘇鹽城人，助理工程師，主要從事環(huán)境工程等方面的研究。