何 虹，朱敏捷，俞云鋒，馬王剛，劉 瑩，楊華云

(1. 杭州師范大學(xué)錢江學(xué)院，浙江 杭州 310018； 2. 杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 311121； 3. 浙江省工業(yè)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310012； 4. 杭州格林艾爾環(huán)?？萍加邢薰荆憬?杭州 311400； 5. 浙江鴻博環(huán)境檢測(cè)有限公司，浙江 杭州 310018)

1 研究背景

近20年來，我國(guó)水環(huán)境污染從部分河段到部分區(qū)域河流湖泊，地表水到地下水，單一性污染到復(fù)雜型污染，水污染涉及面積和擴(kuò)散速度逐漸增大，破壞程度逐漸加深[1].雖然我國(guó)政府及各地方部門積極開展了河道整治、生活污水處理、水資源源頭保護(hù)等一系列措施，且取得了一定效果，但水污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻，治理任務(wù)仍十分艱巨[2].杭州市余杭區(qū)位于杭嘉湖平原南端，是長(zhǎng)江三角洲的圓心地，水文可分為苕溪、京杭運(yùn)河和上塘河等.苕溪又分為東、中、北和西苕溪，東苕溪源出臨安東天目山，一路向東，流經(jīng)臨安由中泰鄉(xiāng)入?yún)^(qū)境，經(jīng)余杭鎮(zhèn)，在瓶窯鎮(zhèn)境內(nèi)湯灣渡接納中苕溪，在龍舌嘴接納北苕溪，三水合一，經(jīng)瓶窯、德清至湖州市區(qū)與西苕溪匯合注入太湖.常規(guī)監(jiān)測(cè)斷面總體水質(zhì)為IV類，3個(gè)出流斷面大麻渡口、武林頭北、荷花墳水質(zhì)均好于入流斷面義橋，水質(zhì)類別均改善1—2個(gè)等級(jí).上塘河自杭州市艮山門，經(jīng)星橋鎮(zhèn)入境，過臨平鎮(zhèn)，至海寧市鹽官鎮(zhèn)流入錢塘江.

水質(zhì)評(píng)價(jià)的主要評(píng)價(jià)方法有單因子評(píng)價(jià)法、平均污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)分析、有機(jī)污染綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法、主分量分析法和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[3-8]等.其中，單因子污染指數(shù)法操作簡(jiǎn)單，以最差的單項(xiàng)水質(zhì)所屬類別來確定水體綜合水質(zhì)類別，可對(duì)湖泊，河流和水庫等[9-11]地表水進(jìn)行評(píng)價(jià)，是一種常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法[12].內(nèi)梅羅指數(shù)法由單因子指數(shù)法發(fā)展而來，是一種綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法；該方法能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[13]，且較全面地反映各種污染物的協(xié)同效應(yīng)，從而能體現(xiàn)各類環(huán)境要素的污染程度.本文選擇杭州市余杭區(qū)12個(gè)河流斷面為研究對(duì)象，運(yùn)用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅指數(shù)法對(duì)余杭區(qū)地表水水源進(jìn)行評(píng)價(jià)，為余杭區(qū)飲用水安全提供參考.

2 研究方法

2.1 監(jiān)測(cè)位點(diǎn)布設(shè)

根據(jù)流域分布情況和河流斷面布點(diǎn)要求，主要河流地表水監(jiān)測(cè)位點(diǎn)共設(shè)12個(gè)，具體見圖1.按照我國(guó)水質(zhì)功能類別標(biāo)準(zhǔn)，其中南苕溪、東苕溪、北苕溪和中苕溪功能類別均為III類；運(yùn)河干流功能類別為Ⅳ類；上塘河和和睦港上塘河功能類別為V類.

A：中苕溪徑山自動(dòng)站；B：南苕溪汪家埠；C：東苕溪瓶窯水廠取水口；

2.2 地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

地表水水源水質(zhì)評(píng)價(jià)按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)的要求，根據(jù)不同水體狀況及管理要求擇情監(jiān)測(cè).并在其中選擇反應(yīng)水質(zhì)狀況的綜合性指標(biāo)：pH、溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷等5項(xiàng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)[14].水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)監(jiān)測(cè)斷面的功能類別選用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)[15].

2.3 評(píng)價(jià)方法

2.3.1 單因子指數(shù)法

單因子指數(shù)法是最簡(jiǎn)單的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，無量綱，將每個(gè)污染因子單獨(dú)進(jìn)行評(píng)價(jià)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出各自的達(dá)標(biāo)率或超標(biāo)率、超標(biāo)倍數(shù)、統(tǒng)計(jì)倍數(shù)、統(tǒng)計(jì)代表值等結(jié)果,具有計(jì)算簡(jiǎn)單，方便和安全性高的特點(diǎn).

式中：pHj—第j取樣點(diǎn)的pH值；pHsu—評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的上限值.

溶解氧(DO)評(píng)價(jià)模式：DOj≥DOsSDO.j=|DOf-DOj|/(DOf-DOs)；DOj

SDO.j=10-9×DOj/DOs

式中：SDO.j—DO的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；DOf—某水氣壓條件下的飽和溶解氧濃度，mg/L，計(jì)算公式采用DOf=468/(31.6+T)，T為檢測(cè)點(diǎn)河水水溫，℃.

2.3.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法

2.4 污染等級(jí)的劃分

單因子評(píng)價(jià)法根據(jù)所計(jì)算出的Pi為單項(xiàng)污染指數(shù).Pi≤1，表示無污染；15，表示重度污染[16].按照環(huán)境質(zhì)量污染確定原則及最大取優(yōu)的原則選取各因子中最大類別為樣本的總體評(píng)價(jià)結(jié)果.

內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)法根據(jù)所計(jì)算出的環(huán)境綜合污染指數(shù)PIP進(jìn)行水質(zhì)類別劃分，當(dāng)某監(jiān)測(cè)點(diǎn)P所得到的PIP<0.739時(shí)，說明水質(zhì)未受到污染，狀況較好；當(dāng)0.739≤PIP<1時(shí)，水質(zhì)狀況可能受到輕微污染；當(dāng)1≤PIP<7.280時(shí)，說明水質(zhì)已經(jīng)受到中度污染；當(dāng)PIP≥7.280時(shí)，說明水質(zhì)受到了嚴(yán)重污染[17].

3 結(jié)果與討論

3.1 單因素評(píng)價(jià)法的結(jié)果與分析

在2014—2016年間，對(duì)余杭區(qū)12個(gè)監(jiān)測(cè)位點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，對(duì)照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值Li，計(jì)算出該項(xiàng)污染因子的相對(duì)污染值Ci.結(jié)果見表1.由表1可知，2014年間，除北苕溪四嶺水庫處各污染物單因子指標(biāo)均小于1，其他河段都有因子超標(biāo)，超標(biāo)因子最多的為總磷，其次是氨氮.2015年間達(dá)標(biāo)數(shù)增加，各斷面污染因子的指數(shù)有所下降，2014年總磷指數(shù)超標(biāo)最為嚴(yán)重的上塘河保障橋從5.700降至1.055，三義村也從5.450降至2.205，可見2015年上塘河段水質(zhì)提升較為明顯.2016年除南苕溪汪家埠、造橋港入運(yùn)河口、郁宅港入運(yùn)河處單因子指標(biāo)不達(dá)標(biāo)外，其余符合要求.3年間各斷面總磷、氨氮、溶解氧均有不同程度超標(biāo)，但超標(biāo)情況逐年減輕.pH值、高猛酸鹽指數(shù)在3年期間各個(gè)河段均無超標(biāo)情況.

表1 2014—2016年12處斷面各污染因子的相對(duì)污染值Tab.1 The relative pollution value of different pollution factors of twelve sections from 2014 to 2016

續(xù)表1

3.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的結(jié)果與分析

利用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法的公式分別計(jì)算出3年間3個(gè)斷面每年的環(huán)境內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)PIP，再根據(jù)相應(yīng)的污染等級(jí)，判斷其污染情況.結(jié)果見表2.由表2可知，12個(gè)斷面除北苕溪四嶺水庫外其余是一個(gè)斷面在3年期間受到不同程度的污染，其中造橋港入運(yùn)河口的梅羅綜合污染指數(shù)(PIP值)平均值最高，為2.773，介于1和7.28之間，說明水質(zhì)已經(jīng)受到中度污染，隨著運(yùn)河往城區(qū)的延伸，其水質(zhì)越來越差.究其原因，主要是城區(qū)生活污水的大量排放，加上杭州城區(qū)段水流平緩，生物種群簡(jiǎn)單，自凈能力較差，運(yùn)河上過往船只繁多等因素而引起總磷和氨氮含量的增高[18].目前，相當(dāng)一部分研究[19-22]通過水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)分析結(jié)果，這些年杭州港航閘管處始終致力于加強(qiáng)引配水管理工作.積極加強(qiáng)與市林水局、運(yùn)河綜保委和環(huán)保部門的溝通協(xié)調(diào)，掌握水質(zhì)動(dòng)態(tài)，共同做好運(yùn)河水質(zhì)提升工作；實(shí)行間歇引水，加強(qiáng)頻次，加大間歇流量，做到“能引多引”；同時(shí)做好引水設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，減少明顯可見垃圾和雜物進(jìn)入運(yùn)河，因此，由表2可見運(yùn)河段污染指數(shù)最高的龍光橋斷面2014年3.175在2016降至0.812，水質(zhì)得到明顯改善.

上塘河的梅羅綜合污染指數(shù)(PIP值)平均值大于2，2014年間污染情況轉(zhuǎn)為輕度污染.中苕溪徑山自動(dòng)站、東苕溪瓶窯水廠取水口兩個(gè)河段2014年間分別為1.857和1.831的輕度污染在2016年降至0.699和0.779，水質(zhì)得到明顯改善，南苕溪汪家埠在2015年間綜合污染指數(shù)有所升高，主要原因是周邊工業(yè)廢水的排放.12個(gè)斷面的內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)在2014—2016年間有明顯的變化趨勢(shì)，在2014—2015年間由于水環(huán)境承載力嚴(yán)重不足、工業(yè)等面源污染影響、生活污水排放未經(jīng)處理等，使5個(gè)斷面污染程度呈上升趨勢(shì)，2016年P(guān)IP值穩(wěn)定下降，12個(gè)斷面中只有造橋港入運(yùn)河口和郁宅港入運(yùn)河處PIP值大于1，水質(zhì)改善明顯.

表2 各河流2014—2016年的環(huán)境內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)Tab.2 The comprehensive pollution index of different sections in 2014—2016

4 結(jié)論

采用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)法對(duì)余杭區(qū)12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的溶解氧、氨氮、總磷、pH和高錳酸鹽指數(shù)5項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè).其中氨氮和總磷是較為嚴(yán)重的污染指標(biāo).分析綜合污染指數(shù)PIP值可知，除北苕溪四嶺水庫以外，各斷面3年中均受到不同程度的污染，2014—2015年苕溪斷面PIP值維持在0.6—1.9間，水質(zhì)良好或輕度污染，至2016年P(guān)IP值將至1以下，水質(zhì)明顯改善.同年，上塘河河段和入運(yùn)河河段從中度污染轉(zhuǎn)為輕度污染，運(yùn)河段2014年污染較為嚴(yán)重的和睦港上塘河天都城交界處PIP值從4.350降為0.764，水質(zhì)改善非常明顯.