周 超，高乃云，趙世嘏，2，楚文海

（1.同濟(jì)大學(xué) 污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092；2.蘇州市自來(lái)水公司，江蘇 蘇州 215000）

生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展需求充足的水量和良好的水質(zhì)［1］，而近年來(lái)過(guò)量的生活和工業(yè)污水排放已嚴(yán)重超出河水的自凈能力，使自然水質(zhì)惡化［2］，危害公共健康［3］.由水污染導(dǎo)致的水資源短缺已成為限制可持續(xù)發(fā)展的至關(guān)重要因素［4］.目前上海市自來(lái)水廠以黃浦江為主要飲用水源，長(zhǎng)江為輔助水源.由于上海地處太湖流域下游，所以黃浦江上游水質(zhì)不僅受江蘇、浙江來(lái)水的影響，還受上海市大量生活和工業(yè)污水污染，水質(zhì)僅為Ⅲ到Ⅳ類.因此，上海被列為全國(guó)36個(gè)水質(zhì)型缺水城市之一，更是聯(lián)合國(guó)預(yù)測(cè)21世紀(jì)飲用水缺乏的世界六大城市之一.長(zhǎng)江水質(zhì)相對(duì)優(yōu)于黃浦江，上海市有關(guān)部門投入巨資修建了避咸蓄淡的青草沙水庫(kù)，容積達(dá)7億m3，作為上海市新水源地，具有淡水資源充足、水質(zhì)優(yōu)良穩(wěn)定、水源易保護(hù)、運(yùn)行成本低等優(yōu)勢(shì)［5］，建成后供水規(guī)模占全市原水供應(yīng)的50%以上，受益人口超過(guò)1000萬(wàn)人.其水質(zhì)好壞直接關(guān)系到人民群眾的生命健康，因此全面進(jìn)行上海青草沙水庫(kù)水質(zhì)調(diào)查，對(duì)水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義.

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法

本試驗(yàn)研究目的是通過(guò)對(duì)上海青草沙水庫(kù)水質(zhì)的調(diào)查和評(píng)價(jià)，為其作為飲用水水源的水處理工藝選擇及飲用水安全保障技術(shù)研究提供參考依據(jù).實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：對(duì)上海青草沙水庫(kù)水質(zhì)變化情況進(jìn)行檢測(cè)，時(shí)間為2009年4月到12月.分別從水庫(kù)的庫(kù)首、庫(kù)中、庫(kù)尾取樣，以期反映水庫(kù)的整體情況.采樣頻率為每月一次，其中7，8，9三個(gè)月加密監(jiān)測(cè)，每月實(shí)測(cè)2次，共開展12次監(jiān)測(cè).從常規(guī)理化指標(biāo)、有機(jī)物指標(biāo)、藻類和營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)4方面對(duì)水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查.采用國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)站推薦的地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法——水污染指數(shù)法（WPI）對(duì)上海青草沙水庫(kù)各取樣點(diǎn)在監(jiān)測(cè)期內(nèi)的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià).

上海青草沙水庫(kù)由中央沙庫(kù)區(qū)、青草沙庫(kù)區(qū)、水庫(kù)棄泥區(qū)3個(gè)部分組成，水域面積66.26km2，其中中央沙庫(kù)區(qū)面積14.28km2；青草沙庫(kù)區(qū)面積51.98 km2（含青草沙墾區(qū)2.18km2）；棄泥區(qū)面積4.60 km2；環(huán)庫(kù)大堤總長(zhǎng)48.79km.水庫(kù)設(shè)計(jì)有效容積為4.35億 m3，總?cè)莘e為5.24億 m3，供水規(guī)模為719萬(wàn) m3·d－1.采樣站點(diǎn)布設(shè)如圖1所示，其中2，3，4，5，6，7號(hào)點(diǎn)位為庫(kù)內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采樣方法依據(jù)國(guó)家環(huán)保總局《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ／T91—2002）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣.

圖1 采樣站點(diǎn)布設(shè)圖［5］Fig.1 Picture of sampling sites

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)調(diào)查結(jié)果

2.1.1 pH 值

如圖2所示，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的pH值均處在堿性范圍，且變化趨勢(shì)大致相同，11月開始，pH顯著下降.藻類生長(zhǎng)旺盛時(shí)，光合作用消耗的CO2使水中氫離子減少，pH值升高.而11月后，溫度不適合藻類生長(zhǎng)，故水中CO2量增加，pH值降低.

2.1.2 高錳酸鹽（CODMn）指數(shù)

由圖3所示，高錳酸鹽指數(shù)峰值出現(xiàn)在8月至10月.5號(hào)點(diǎn)的有機(jī)物質(zhì)量濃度明顯高于其他點(diǎn)位，表明其水質(zhì)最差.水庫(kù)ρ（CODMn）最大時(shí)超過(guò)6mg·L－1，對(duì)應(yīng)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類水質(zhì).

2.1.3 五日生化需氧量（BOD5）

由圖4可看出，水庫(kù)水ρ（BOD5）長(zhǎng)年在4mg·L－1以下，對(duì)應(yīng)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類水質(zhì).5，6，7號(hào)點(diǎn)ρ（BOD5）值較大，水質(zhì)相對(duì)較差.9月至11月間ρ（BOD5）有上升階段，原因在于藻類死亡后其組織殘?bào)w氧化消耗了大量氧.由于上海青草沙水庫(kù)外圍保護(hù)較好，不存在工業(yè)污染，故推斷藻類生長(zhǎng)是影響其水質(zhì)的主要因素之一.

2.1.4 藻類

由圖5可知，2009年水庫(kù)藻類高峰出現(xiàn)在8月至10月，與前面有機(jī)物指標(biāo)值升高相對(duì)應(yīng).調(diào)查期間，藻類含量最高為7.69×107個(gè)·L－1，最低為0.12×107個(gè)·L－1.從7月開始，由于溫度、光強(qiáng)等因素適合藻類生長(zhǎng)，5號(hào)點(diǎn)藻類密度大幅增加.而從其他點(diǎn)數(shù)據(jù)看，藻類含量也有增加，但增幅不大，均在0.6×107個(gè)·L－1以下.表明水庫(kù)整體藻類密度相對(duì)較小.

圖5 各點(diǎn)位藻類密度隨時(shí)間的變化Fig.5 Variation of algae density with time in different sites

周金金等［6］對(duì)青草沙水庫(kù)中氮磷質(zhì)量濃度的研究表明，水庫(kù)水氨氮質(zhì)量濃度較低，在0.45mg·L－1以下，亞硝酸鹽氮［7］與硝酸鹽氮質(zhì)量濃度分別在0.1和2.0mg·L－1以下，而總氮質(zhì)量濃度在0.5～2.5mg·L－1之間，總磷質(zhì)量濃度均在0.2mg·L－1以下.

2.2 水庫(kù)水質(zhì)評(píng)價(jià)

水質(zhì)評(píng)價(jià)是按照評(píng)價(jià)目標(biāo)，選擇相應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法，對(duì)水體的質(zhì)量利用價(jià)值及水的處理要求作出評(píng)定.其目標(biāo)在于能準(zhǔn)確地指出水體的污染程度，了解掌握主要污染物對(duì)水體水質(zhì)的影響程度以及將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，為水資源的保護(hù)和綜合應(yīng)用提供原則性的方案和依據(jù).

本文采用水污染指數(shù)法（WPI）［8］，以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）中pH 值，溶解氧（DO），高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮［6，9］、總磷（TP）［6］和總氮（TN）［6］7項(xiàng)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目進(jìn)行評(píng)價(jià).首先是根據(jù)GB3838—2002規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值，確定各項(xiàng)水質(zhì)單個(gè)指標(biāo)質(zhì)量濃度值對(duì)應(yīng)的水質(zhì)類別，然后由公式（1）計(jì)算出污染指數(shù)，再由公式（2）得出監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的污染指數(shù).按照表1中水質(zhì)類別與水污染指數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的水質(zhì)類別.考慮到總氮是我國(guó)水體中常見的超標(biāo)因子，為詳細(xì)了解上海青草沙水庫(kù)的污染情況，分別對(duì)包括和不包括總氮的情況進(jìn)行了評(píng)價(jià).

表1 水質(zhì)評(píng)判指標(biāo)［8］Tab.1 Water quality evaluation index

式中：ρ（i）為第i個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的質(zhì)量濃度；ρi（i）為第i個(gè)水質(zhì)指標(biāo)所在類別標(biāo)準(zhǔn)的下限質(zhì)量濃度；ρh（i）為第i個(gè)水質(zhì)指標(biāo)所在類別標(biāo)準(zhǔn)的上限質(zhì)量濃度；IWPIi為第i個(gè)水質(zhì)指標(biāo)所在類別標(biāo)準(zhǔn)下限質(zhì)量濃度所對(duì)應(yīng)的指數(shù)值；IWPIh為第i個(gè)水質(zhì)指標(biāo)所在類別標(biāo)準(zhǔn)上限濃度值所對(duì)應(yīng)的指數(shù)值；IWPI為第i個(gè)水質(zhì)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的指數(shù)值.

2.2.1 2號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)

由表2可知，水庫(kù)2號(hào)點(diǎn)總氮IWPI值最大為92.0，對(duì)照表2，水質(zhì)是我國(guó)《地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）V類；IWPI值最小為44.0，為III類，說(shuō)明2號(hào)點(diǎn)位總氮指標(biāo)為III～V類，這與實(shí)測(cè)總氮質(zhì)量濃度直接對(duì)照GB3838—2002規(guī)定的類別得出的結(jié)論一致.同時(shí)也證明WPI這種評(píng)價(jià)方法的可靠性.同理，氨氮為I～I(xiàn)I類；pH為I類；DO基本上為I類；TP基本上為II類；CODMn基本上為II類；BOD5基本上為I類.總之，2號(hào)點(diǎn)污染程度最重因子為總氮.氨氮，pH，DO 污染程度較輕，其次為 TP，CODMn，BOD5.7—8月，由于總氮質(zhì)量濃度影響，水體判定為Ⅴ類；其他時(shí)間水質(zhì)相對(duì)較好，在Ⅲ～Ⅳ類之間，監(jiān)測(cè)期水質(zhì)最好的時(shí)間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時(shí)，水質(zhì)基本在Ⅱ類以上，整體Ⅲ類以上，滿足作為飲用水水源地的要求.

2.2.2 3號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)

由表3可知，3號(hào)點(diǎn)總氮IWPI值最大為89.2，水質(zhì)是V類；IWPI值最小為44.0，對(duì)應(yīng)為III類，說(shuō)明3號(hào)點(diǎn)的總氮指標(biāo)為III～V類.3號(hào)點(diǎn)氨氮基本上為I類；pH為I類；DO基本上為II類，TP基本上為II類；CODMn基本上為II類；BOD5基本上為I類.3號(hào)點(diǎn)污染程度最重的因子為總氮.氨氮，pH，DO，BOD5污染程度較輕，其次為TP，CODMn.4月15日、7月28日、8月13日和27日為Ⅴ類；其他時(shí)間水質(zhì)在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標(biāo)因子為總氮.監(jiān)測(cè)期水質(zhì)最好的時(shí)間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時(shí)，監(jiān)測(cè)期水質(zhì)均在Ⅱ類以上，達(dá)到生活飲用水地表水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn).

表2 2號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.2 Water quality evaluation of Site 2

表3 3號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.3 Water quality evaluation of Site 3

2.2.3 4號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)

由表4可知，4號(hào)點(diǎn)總氮IWPI值最大為95.6，水質(zhì)是V類；IWPI值最小為48.0，水質(zhì)對(duì)應(yīng)為III類，說(shuō)明庫(kù)中4號(hào)點(diǎn)總氮指標(biāo)為III～V類.氨氮為I～I(xiàn)I類；pH為I類；DO為I～Ⅲ類；TP基本上為II類；CODMn為I～Ⅲ類；BOD5均為I類.4號(hào)點(diǎn)在4月15日、8月13日和27日為Ⅴ類，其他時(shí)間水質(zhì)在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標(biāo)因子為總氮.氨氮，pH，BOD5污染程度較輕，其次為DO，TP，CODMn.監(jiān)測(cè)期水質(zhì)最好的時(shí)間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時(shí)，除了7月28日和9月28日，水質(zhì)均在Ⅱ類以上，整體Ⅲ類以上，完全滿足作為飲用水水源地的要求.

表4 4號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.4 Water quality evaluation of Site 4

2.2.4 5號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)

由表5可知，5號(hào)點(diǎn)總氮IWPI值最大為100.8，水質(zhì)是劣V類；IWPI值最小為49.3，水質(zhì)對(duì)應(yīng)為III類，說(shuō)明5號(hào)點(diǎn)總氮為III～劣V類.氨氮為I～I(xiàn)I類；pH為I類；DO基本上為I～Ⅲ類；TP基本上為II類；CODMn為II～Ⅳ類；BOD5為I到Ⅳ類.5號(hào)點(diǎn)在4月到8月為Ⅴ類，5月18日甚至達(dá)到劣Ⅴ類；9月之后在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標(biāo)因子為總氮.氨氮，pH污染程度較輕，其次為DO，BOD5，TP，CODMn.監(jiān)測(cè)期水質(zhì)最好的時(shí)間為11月25日和12月29日.不考慮總氮影響時(shí)，除了9月28日，水質(zhì)均在Ⅲ類以上，完全滿足作為飲用水水源地的要求.

表5 5號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.5 Water quality evaluation of Site 5

2.2.5 6號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)

由表6可知，6號(hào)點(diǎn)總氮IWPI值最大為96.0，水質(zhì)是V類；IWPI值最小為44.0，水質(zhì)對(duì)應(yīng)為III類，說(shuō)明6號(hào)點(diǎn)總氮指標(biāo)為III～V類.氨氮為I～I(xiàn)I類；pH為I類；DO為I類；TP基本上為II類；CODMn基本上為II類；BOD5基本上為I類水質(zhì).6號(hào)點(diǎn)在4月15日、7月13日、8月13日和9月28日為Ⅴ類，其他時(shí)間水質(zhì)在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標(biāo)因子為總氮.氨氮，pH，DO 污染程度較輕，其次為 BOD5，TP，CODMn.監(jiān)測(cè)期水質(zhì)最好的時(shí)間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時(shí)，除了9月16日，水質(zhì)均在Ⅱ類以上，整體Ⅲ類以上，完全滿足作為飲用水水源地的要求.

2.2.6 7號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)

表6 6號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.6 Water quality evaluation of Site 6

由表7可知，7號(hào)點(diǎn)總氮IWPI值最大為87.6，原水水質(zhì)是V類；IWPI值最小為40.8，水質(zhì)對(duì)應(yīng)為III類，說(shuō)明7號(hào)點(diǎn)總氮指標(biāo)為III～V類.氨氮為I～I(xiàn)I類；pH為I類；DO基本上為I類；TP基本上為II類水質(zhì)；CODMn為II類；BOD5基本上為I類.7號(hào)點(diǎn)在4月15日、7月13日、8月13日為Ⅴ類，其他時(shí)間水質(zhì)在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標(biāo)因子為總氮.氨氮，pH，DO，BOD5污染程度較輕，其次為 TP，CODMn.監(jiān)測(cè)期水質(zhì)最好的時(shí)間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時(shí)，除了7月28日 、8月27日和9月16日，水質(zhì)均在Ⅱ類以上，整體Ⅲ類以上，完全滿足作為飲用水水源地的要求.

表7 7號(hào)點(diǎn)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.7 Water quality evaluation of Site 7

3 結(jié)論

2009年4月到2009年12月，從常規(guī)理化指標(biāo)、有機(jī)物指標(biāo)、藻類和營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)4方面對(duì)水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查，并采用國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)站推薦地表水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法——水污染指數(shù)法（WPI）對(duì)上海青草沙水庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià).結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)變化均與水中藻類生長(zhǎng)有關(guān)系，因此藻類生長(zhǎng)是影響水庫(kù)水質(zhì)的重要因素.上海青草沙水庫(kù)作為飲用水水源應(yīng)著重加強(qiáng)飲用水處理中的除藻、除微污染有機(jī)物的工藝，保障飲用水水質(zhì)安全.各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中5號(hào)點(diǎn)水質(zhì)最差，包括總氮的情況下，5月18日甚至低達(dá)劣Ⅴ類，水庫(kù)整體為Ⅳ類水質(zhì).不包括總氮評(píng)價(jià)時(shí)，除了9月28日，水質(zhì)均在Ⅲ類以上；3號(hào)點(diǎn)水質(zhì)較好，包括總氮的情況下，4月15日、7月28日、8月13日和27日為Ⅴ類；其他時(shí)間水質(zhì)在Ⅲ～Ⅳ類之間，不包括總氮評(píng)價(jià)時(shí)，監(jiān)測(cè)期水質(zhì)均在Ⅱ類以上.綜合判斷，青草沙水庫(kù)水質(zhì)滿足作為飲用水水源地的要求.

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