文_李昆明 莫?jiǎng)?chuàng)榮 凌政學(xué) 黃伯當(dāng) 滕云梅 藍(lán)月存 林卉 葉開(kāi)曉

1. 廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院 2. 廣西壯族自治區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站

1 南流江流域玉林段水質(zhì)監(jiān)測(cè)概況

1.1 監(jiān)測(cè)范圍與布點(diǎn)

南流江流域玉林段共設(shè)置9個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面，其中干流5個(gè)斷面，從上游到下游分別為綠洋河、沙牛江壩、叉江、六司橋、橫塘。支流設(shè)置4個(gè)斷面，分別為麗江、沙田河、綠珠江和東平河，斷面位置設(shè)在支流匯入干流前。

1.2 監(jiān)測(cè)時(shí)間

南流江流域玉林段9個(gè)斷面監(jiān)測(cè)時(shí)間自2018年1月開(kāi)始至9月結(jié)束，監(jiān)測(cè)頻次為每月1次。

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)與方法

本次監(jiān)測(cè)指標(biāo)為pH值、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷共6個(gè)指標(biāo)。排放限值執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)。

1.4 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

南流江流域玉林段每個(gè)斷面1～9月共監(jiān)測(cè)9次，將9次的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得出1～9月的斷面平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（表1）。

表1 南流江流域玉林段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù) 單位：mg/L(pH值除外)

2 南流江流域玉林段水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

2.1 南流江流域玉林段水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

2.1.1 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法

單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法是將所監(jiān)測(cè)的水質(zhì)濃度與水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，指數(shù)大于1說(shuō)明超出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)值越大超標(biāo)情況越嚴(yán)重，并以最大的數(shù)值所在的水質(zhì)類別作為水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果。

水質(zhì)的單因子指數(shù)Pi的計(jì)算公式為（適用于除溶解氧外的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目）：

式中：Pi為單因子污染指數(shù)；

Ci為第i種水質(zhì)指標(biāo)的實(shí)測(cè)濃度(mg/L)；

Si為第i種水質(zhì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(mg/L)。

2.1.2 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法是用水質(zhì)各因子監(jiān)測(cè)值與其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之比求出分指數(shù)，再對(duì)各個(gè)分指數(shù)進(jìn)行加和之后計(jì)算平均值，綜合污染指數(shù)是一個(gè)能夠反映并代表河流污染程度的數(shù)值，可以反映出河流的污染程度。

式中：P為綜合污染指數(shù)；

n為污染物種類總數(shù)；

Pi，Ci，Si同公式（1）。

2.1.3 有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法

有機(jī)污染指數(shù)是考慮到一般污水中氨氮含量高，影響了水中含氧量，從而破壞流域的生態(tài)環(huán)境。因此，通過(guò)建立氨氮與溶解氧氧飽和百分率兩者的數(shù)值分析式, 設(shè)置有機(jī)污染系數(shù)R預(yù)測(cè)水質(zhì)發(fā)生污染出現(xiàn)黑臭的可能。R值越大，水質(zhì)污染程度越高。從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出，當(dāng)R大于5時(shí)，水質(zhì)污染嚴(yán)重，極易出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。污染指數(shù)的計(jì)算公式如下：

式中：R為有機(jī)污染指數(shù)；

C為氨氮實(shí)測(cè)值(mg/L)；

C02為溶解氧飽和百分率，指溶解氧實(shí)測(cè)值與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值之比；

0.4是從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)的得到的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

2.1.4 監(jiān)測(cè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值

南流江流域玉林段水功能區(qū)目標(biāo)均為Ⅲ類，在研究過(guò)程中執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中的Ⅲ類，指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)限值見(jiàn)表2。選取《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》作為各斷面水質(zhì)評(píng)價(jià)對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)。

表2 參與水質(zhì)評(píng)價(jià)的污染指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)限值 單位：mg/L(pH值除外)

通過(guò)對(duì)比南流江流域玉林段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值可以看到，pH值都在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍之內(nèi)，則評(píng)價(jià)對(duì)象為南流江玉林段監(jiān)測(cè)的其余5個(gè)指標(biāo)。

2.2 南流江流域玉林段水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2.1 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果

本文以Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，以水溫25℃時(shí)計(jì)算飽和溶解氧，選擇溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮、總磷五個(gè)指標(biāo)，根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算得出各指標(biāo)的單項(xiàng)指數(shù)，見(jiàn)表3。

表3 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算結(jié)果

根據(jù)單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法，當(dāng)比值P大于1時(shí)，代表水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，水質(zhì)達(dá)不到Ⅲ類水質(zhì)的要求。通過(guò)分析以上表格，可以得出所有斷面的高錳酸鹽指數(shù)都達(dá)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，溶解氧的比值除了橫塘斷面大于1外，其余斷面全部達(dá)Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，氨氮除了綠洋河和綠珠江外，其余斷面全部超出標(biāo)準(zhǔn)值，總磷除了綠洋河外，全部超出標(biāo)準(zhǔn)值。由于P值越大表明超標(biāo)越嚴(yán)重，P值最大的3.21和2.70分別產(chǎn)生于氨氮和總磷，說(shuō)明氨氮和總磷是造成南流江流域水質(zhì)超標(biāo)的最主要的因素。為了選擇一個(gè)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，取每個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)所有斷面P值的平均值，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法參考的所有斷面各監(jiān)測(cè)指標(biāo)Pi值平均值統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)表4結(jié)果，P值平均值最大為1.84，對(duì)應(yīng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)為總磷。根據(jù)單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法，選擇P值最大的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，則選擇總磷作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。將9個(gè)斷面總磷監(jiān)測(cè)值與各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)限值作比較，從而確定各斷面水質(zhì)等級(jí)，結(jié)果見(jiàn)表5。面水質(zhì)等級(jí)，記錄在表6中。結(jié)果中，只有綠洋河斷面和綠珠江斷面達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)要求，其余7個(gè)斷面水質(zhì)均超標(biāo)。

2.2.3 有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果

有機(jī)物污染指數(shù)評(píng)價(jià)法選取9個(gè)斷面的氨氮數(shù)值和溶解氧數(shù)值，通過(guò)公式2～3計(jì)算得到污染系數(shù)R。其中，公式中的溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值選擇Ⅲ類水質(zhì)的溶氧量5mg／L，由此求解溶解氧百分率，則可得：

將利用公式（4）求得的各斷面的溶解氧飽和百分率代入公式（3），依次計(jì)算各斷面的有機(jī)污染指數(shù)R值，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 南流江流域玉林段9個(gè)斷面有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

表5 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法得到9個(gè)斷面的水質(zhì)等級(jí)

從表5可以看出，9個(gè)斷面中，有3個(gè)斷面總磷嚴(yán)重超標(biāo)，有4個(gè)斷面水質(zhì)呈Ⅴ類，1個(gè)斷面呈Ⅳ類，只有1個(gè)北流市的綠洋河斷面水質(zhì)達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.2 綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果

綜合表3求得的各單項(xiàng)污染指數(shù)Pi，將各斷面的五個(gè)指標(biāo)Pi值相加總和除以5可以求得南流江流域玉林段各斷面的綜合污染指數(shù)。

為了評(píng)價(jià)水質(zhì)等級(jí)，需要算出各級(jí)水質(zhì)對(duì)應(yīng)的綜合污染指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)范圍值，具體計(jì)算過(guò)程是將指標(biāo)的各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值帶入公式中作Pi，仍以三類水質(zhì)的指標(biāo)值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，求得Ⅱ類到Ⅴ類水質(zhì)的綜合污染指數(shù)范圍，計(jì)算結(jié)果如下：

根據(jù)計(jì)算的各類水質(zhì)的污染指數(shù)，可以得到南流域9個(gè)斷

為了通過(guò)有機(jī)污染指數(shù)數(shù)值確定水質(zhì)等級(jí)范圍，將各等級(jí)的氨氮和溶解氧標(biāo)準(zhǔn)值帶入公式中計(jì)算，可得到Ⅰ類至Ⅴ類水質(zhì)的有機(jī)污染指數(shù)，分別設(shè)置為R1,R2,R3,R4,R5,計(jì)算過(guò)程如下：

通過(guò)計(jì)算可以得出，只有綠洋河和綠珠江兩個(gè)斷面有機(jī)污染達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，其余全部超標(biāo)。隨著氨氮濃度的增加，水質(zhì)變差，有機(jī)物污染指數(shù)數(shù)值也在增大，但有機(jī)物污染指數(shù)的增加呈現(xiàn)非線性關(guān)系。

2.2.4 水質(zhì)污染分擔(dān)率計(jì)算

以南流江流域玉林段2018年1～9月的監(jiān)測(cè)指標(biāo)計(jì)算，計(jì)算每項(xiàng)污染指標(biāo)的污染分擔(dān)率，在此基礎(chǔ)上對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序。水質(zhì)污染分擔(dān)率計(jì)算公式為：

式中：Ki為第i項(xiàng)污染物所占的分擔(dān)率；

Pi表示第i項(xiàng)污染物實(shí)測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值之比（單因子污染指數(shù)）；

P表示各單因子污染指數(shù)的和。

根據(jù)表3，利用9個(gè)斷面各監(jiān)測(cè)指標(biāo)Pi值求和可以得到P值，然后求得各監(jiān)測(cè)指標(biāo)的污染物分擔(dān)率。

若某種指標(biāo)對(duì)應(yīng)的污染物數(shù)量越多，污染分擔(dān)率越大。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，除了綠洋河只有總磷分擔(dān)率較大外，其余8個(gè)斷面總磷和氨氮分擔(dān)率均大于其他污染物，且兩者加起來(lái)占比均超過(guò)了50%，部分?jǐn)嗝娉^(guò)了65%，因此污染分擔(dān)率較高的水質(zhì)指標(biāo)是總磷和氨氮，可得出南流江玉林段主要污染指標(biāo)為總磷和氨氮。

2.2.5 三種評(píng)價(jià)方法結(jié)果對(duì)比和分析

本文使用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法和有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法三種方法進(jìn)行南流江流域玉林段水質(zhì)評(píng)價(jià)，三種評(píng)價(jià)方法結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 南流江流域玉林段三種評(píng)價(jià)方法水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

由于每種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法的計(jì)算側(cè)重點(diǎn)不同，通過(guò)不同的評(píng)價(jià)方法計(jì)算出的斷面水質(zhì)等級(jí)不同。通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以看出，單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法只關(guān)注一個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，評(píng)價(jià)出的水質(zhì)相對(duì)較差，結(jié)果不夠全面；有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法注重水質(zhì)的生物環(huán)境，不完全反映水質(zhì)狀況，水質(zhì)相對(duì)較好；綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法將影響水質(zhì)的每個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)納入計(jì)算，相比前兩種方法更能客觀評(píng)價(jià)南流江流域玉林段的水質(zhì)。

通過(guò)三種評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)南流江流域玉林段9個(gè)斷面的結(jié)果可以得到，不論是哪種水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，綠洋河、綠珠江都是水質(zhì)相對(duì)好的斷面，叉江、東平河都是水質(zhì)相對(duì)差的斷面。

3 結(jié)論

本文通過(guò)單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法、綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法和有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法的對(duì)比得出，通過(guò)單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)時(shí)，水質(zhì)相對(duì)較差；通過(guò)有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)時(shí)，水質(zhì)相對(duì)較好；綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法將影響水質(zhì)的每個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)納入計(jì)算，評(píng)價(jià)出的水質(zhì)在前兩者之間，更能客觀評(píng)價(jià)南流江流域玉林段的水質(zhì)。

利用綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)法計(jì)算南流江流域玉林段的水質(zhì)結(jié)果表明，除了北流市綠洋河和博白縣綠珠江兩個(gè)斷面的水質(zhì)能夠達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，其余7個(gè)斷面的水質(zhì)均不能達(dá)標(biāo)，玉東新區(qū)叉江、博白縣東平河斷面均為Ⅴ類水質(zhì)，大部分的干流和支流受到不同程度的污染。本文還通過(guò)水質(zhì)污染分擔(dān)率分析出影響南流江流域玉林段水質(zhì)的主要污染指標(biāo)，9個(gè)斷面的主要污染指標(biāo)基本相同，均為總磷和氨氮。

以上結(jié)果為南流江流域玉林段的水質(zhì)治理工作提供了參考數(shù)據(jù)和重點(diǎn)治理目標(biāo)。在今后的相關(guān)科學(xué)研究和綜合整治工作中，為使南流江流域玉林段水質(zhì)評(píng)價(jià)更加客觀和科學(xué)，應(yīng)采用多種評(píng)價(jià)方法相結(jié)合的手段來(lái)開(kāi)展水質(zhì)評(píng)價(jià)與水質(zhì)監(jiān)控工作。