涡阳县城区典型河流水质多评价方法对比分析

胡 昊，王 健，吴丹丹，黄 鑫

（1. 安徽建筑大学 环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601；2. 安徽省绿色建筑先进技术研究院，安徽 合肥 230601；3. 安徽省智慧城市工程技术研究中心，安徽 合肥 230601）

对河流水质进行监测与评价，并对监测结果进行形成性分析，即基于评价结果和环境背景所进行的成因分析，对于掌握水体的真实水质状况、加强水污染防治、改善水环境具有重要意义。目前，国内外水质评价方法主要包括污染指数法[1]、生物学评价法[2]和数据统计法[3-4]。不同方法关注的侧重点不同，评价结果也相应地有所差异。污染指数法是水质评价的经典方法，大致可以分为单因子评价法和综合污染指数法，其中，单因子评价法较为简单，是目前最常用的方法，综合污染指数分析法较为全面，多应用于不同河段水体的水质污染程度对比，也是水质评价中普遍使用的方法之一[5-6]。

地处淮北平原中部的涡阳县域水系发达，河流水系在防洪排涝、调节气温以及提供淡水资源等方面发挥了重大作用，但随着城镇化进程的持续发展，城市基础设施建设发展相对滞后，大量污废水进入到城市水体，相应的水体黑臭，富营养化等诸多问题产生，使河流水生生物生存环境受到破坏，生物多样性下降，从而威胁到河流生态系统的可持续发展，分析水体黑臭状况并进行水体黑臭治理刻不容缓。涡阳县域河流水体作为淮北平原的典型水体，对其进行水质监测评价以及形成性分析，对淮北平原其他河流水系具有借鉴意义[7-8]。本文采用单因子评价法和综合污染指数分析法对涡阳县三条典型河流进行了水质评价及形成性分析，并结合更多水质指标对水体的黑臭状况进行分析以使评价结果更为全面和具有参考性[9]，并在评价和分析的基础上为水体的改善提出了建议。

1 材料与方法

1.1 区域概况

涡阳县地处淮北平原中部，气候属暖温带半湿润季风气候，雨量适中，光照充足，年平均气温15.5℃，1 月平均气温5 ℃，极端最低气温-17.2 ℃，7月平均气温30 ℃，极端最高气温40.6 ℃。流域内年平均降雨量860.7 mm 左右，受季风气候影响，降水季节性变化明显，一般夏季多，冬季少，春雨多于秋雨。涡阳县域有涡河、西淝水、北淝河、包河四大水系，水质状况良好的河流可以起到蓄水、补充地下水、调节径流和维持区域水平衡等重要作用，是蓄水防洪的天然“海绵”，但由于涡阳县缺少污水处理设施，造成大量的工业污水、城镇生活污水、餐饮用水等直接排入河道，水体污染较为严重[10]。

1.2 典型河流选取

研究选取涡阳县主要水系之一涡河水系中3条具有代表性的河流，分别代表涡阳县城区范围内水质受干扰程度高中低3 个级别，其中南环河位于涡阳县城南郊，沿真源大道，总里程3.09 km，流向自东向西，沿河两岸居民区较稀疏，人口密度较少，该河流属于水质干扰较小型河流；德正河位于南环河北边，沿锦绣大道，总里程4.50 km，流向自东向西，德正河沿线居民区相对密集，但沿线有锦绣河湿地公园，德园湿地生态修复设施，其中德园建成4 年，总占地面积约0.20 km2，该河流属于湿地调节型河流；育英河位临育英路，总里程3.04 km，流向自北向南，由市区流向郊区，河流两岸人口密集，水质受干扰较大。三条河污染源多为生活垃圾、工业排污等人为污染源和工业污染源，空间位置关系如图1 所示。

图1 育英河、德正河和南环河位置关系图

1.3 采样点设置与样品采集

1.3.1 采样点设置

本次采样根据道路交叉口、河流交汇口、排污口、修桥断面和生态修复设施等控制断面与间隔距离，在三条河共计设置了30 个取样点，其中德正河15 个，南环河9 个，育英河6 个。德正河里程数最大，途径两处生态修复设施，且存在多处道路交口与排污口，从而设置较多采样点；南环河和育英河总里程数较小，沿线道路与河流交口比较少，因此采样点数量明显低于德正河。具体布置情况如图2、图3 和图4。

图2 南环河取样点分布图

图3 德正河取样点分布图

图4 育英河取样点分布图

1.3.2 样品采集

采用瞬时采样方法，即在取样点采集当下时刻的瞬时水样，于2020 年11 月3 日、2020 年11 月10 日和2020 年11 月17 日分3 次进行水质监测，每天采样1 次，3 次监测数据取平均值进行分析。具体采样点设置参照HJ/T91-2002《地表水和污水监测技术规范》中采样垂线上采样点数设置表。水样采集所用的相关器皿均按照严格的清洗程序处理。采集后将所有水样装瓶送至实验室，于4 ℃冰箱中冷藏，以备检测。

1.4 监测指标与测定方法

根据GB3838-2002《地表水环境质量标准》的水质要求选取了典型的水质指标，根据《安徽省城市黑臭水体治理技术导则》（2019）选取了黑臭水体判别的全部指标，检测项目确定为酸碱度（pH）、化学需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH3-N）、溶解氧（DO）、透明度、氧化还原电位（ORP）9 项。各指标测定方法如表1 所示。

表1 监测指标测定方法

1.5 评价方法

单因子评价法以水体最差的监测指标所属类别来确定水体的水质类别，过程简单，无须复杂计算；综合污染指数法考虑了不同指标对水质评价的不同影响，评价更全面客观[11]；黑臭水体评价主要反映水体黑臭状况，结果更加具有针对性。本研究采用以上3 种评价方法。

1.5.1 单因子评价法

单因子评价法单项水质参数i的标准指数Si计算公式为：

式中Ci——i污染物实测浓度，mg/L；

Cs——i污染物评价标准，mg/L。

1.5.2 综合污染指数分析法

综合污染指数分析法基于单因子污染指数进行分析，本研究选取较为常见的计算算术平均值的方法来确定其综合污染指数[12-13]，其公式为：

式中，P代表该水质的综合污染水质，Pi代表某一指标在单因子法分析中的污染指数。

综合污染指数法水质分级标准如表2 所示。

表2 综合污染指数评价分级

1.5.3 黑臭水体评价法

城市黑臭水体分为“轻度黑臭”和“重度黑臭”两个级别，分级的评价指标包括透明度、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）和氨氮（NH3-N），具体分级标准参照《安徽省城市黑臭水体治理技术导则》（2019）中城市黑臭水体污染程度分级标准表。

2 结果与讨论

2.1 单因子评价

三条河水质评价单因子分析结果如表3、表4和表5 所示。根据单因子评价法，三条河水质评价均为劣Ⅴ类，其中最主要的原因是三条河水质评价中COD 含量严重超标；对各监测断面BOD5的含量进行评价，发现Ⅲ类和Ⅳ类的断面占大多数；三条河各断面BOD5与COD 的比值较小，说明三条河的可生化性较差，水中污染物质较难被生物降解。南环河3#，育英河3#和6#与德正河2#、7#、8#、12#和13#等处均存在污水排放口和生活垃圾随意丢弃现象，影响了水体质量。其中排污口排出污水初步判断以非生活污水为主，污水中含有大量难降解有机物，从而造成三条河水质的可生化性指标BOD5/COD 较低。而三条河各监测断面TN，TP和NH3-N 的含量相对较低，评价大多符合Ⅰ类标准。对各监测断面分别进行单因子评价，其中南环河4#为Ⅲ类；育英河3#为V 类；德正河1#和12#为Ⅳ类，8#、10#和11#为V 类，其余监测断面均为劣V 类。与南环河与育英河相比，德正河劣V 类监测断面占比最少。

表3 南环河水质指标单因子标准指数计算结果

表4 育英河水质指标单因子标准指数计算结果

表5 德正河水质指标单因子标准指数计算结果

2.2 综合污染指数法评价

结合单因子评价结果，以GB3838—2002《地表水环境质量标准》[14]Ⅴ类标准为本次评价衡量标准，三条河30 个取样点水质评价综合污染指数分析结果如表6、表7 和表8 所示。计算结果显示南环河8#和9#水质级别为中度污染，4#水质好，其余均为轻度污染；其中8#取样点位于育英河和南环河交汇口的上游，此处的河水水面存在漂浮物，所取水样的沉淀物较多，水样的水色偏黄，9#取样点位于向阳大道和真源大道的交口，此处是南环河的起点位置，此处的水面也存在不少的漂浮物，会对该河水质产生影响。育英河监测点大多为轻度污染，育英河周边存在不少的小区住宅楼，沿岸还存在一处正在施工的工地，这些都会成为污染育英河的水质的重要因素；德正河1#、3#、8#、11#和12#点水质好，13#点评价为中度污染，其余水质级别为轻度污染，其中13#取样点位于向阳大道与锦绣大道交口的东侧，此处存在一处排污口，判断是该监测点评价为中度污染的主要原因。但德正河1#、3#、8#、11#和12#取样点水质评价达到好的标准，本文认为与途中经过锦绣河湿地公园、德园等湿地有关，湿地对水体起到一定程度的净化作用，从而改善水质。总体上看，三条河综合污染指数评价均为轻度污染，其中德正河的水质相较于南环河和育英河更好。

表6 南环河综合污染指数法计算结果

表7 育英河综合污染指数法计算结果

表8 德正河综合污染指数法计算结果

2.3 黑臭水体分析

三条河各监测断面黑臭水体特征指标的检测结果如表9 所示。南环河的透明度有两个点（3#点和7#点）属于轻度黑臭水体，3#取样点位于涡阳规划二路和真源大道交口，此处有一处排污口，此处的水质肉眼可见存在漂浮物，水质略显浑浊，主要是由于周边的建筑排放污水的影响。7#取样点处存在大量的悬浮物，判断是由于此处土坡阻碍，所取水样存在少量的沉淀。

表9 三条河各监测断面黑臭水体特征指标检测表

育英河3#、4#、5#、6#取样点的透明度均达到轻度黑臭等级。其中，育英河6#点处河水气味非常重，河道北面存在施工项目部排污，东面存在小区住宅。此处的河水取样存在大量的沉淀物，河水的气味偏臭。

德正河3#、5#、6#、7#、8#、10#取样点的透明度也达到轻度黑臭等级。其中，德正河7#点位于锦绣大道和天静宫路交叉口的西侧，该位置存在一处排污口，此处排污口排出的污水经过岸边土体使得土体的颜色呈现白色，同时此处的河水气味较臭，初步鉴定此处的排污口类似于化工排污，对此处的河水水质影响偏大。

三条河溶解氧和氨氮含量均未达到黑臭水体的标准，这与水体中存在大量藻类有关。藻类生长吸收氮磷，且藻类的光合作用提升了水体的溶解氧含量[15]。氧化还原电位所有点的指标均属于轻度黑臭水体。综合分析可得三条河水体均属于轻度黑臭，水体流动性差，COD 含量高，局部易产生厌氧反应，诱发成为黑臭水体[16]。

2.4 三种方法比较与讨论

三条河单因子评价与综合污染指数法的评价结果对比如图5。由图5 可以看出，有个别断面两种方法评价结果存在较大差异，如南环河2#、3#，育英河1#、4#与德正河6#、14#，这些断面的综合污染指数分别为0.47、0.46，0.41、0.43 与0.41、0.42，皆属于轻度污染且指数较低，但它们的单因子评价均为劣Ⅴ类。存在差异的原因主要在于这些断面的COD 单因子评价均为劣Ⅴ类，但其他指标污染指数总体较低，平均后得到较低的综合污染指数。可以发现单因子评价法更适用于评价水质指标优劣程度较稳定的流域，从而降低最差指标对评价结果的影响，而三条河COD 含量严重超标，若采用单因子评价法直接进行评价则会过度突出单一最差指标，使结果产生较大误差。综合污染指数法有效克服了单一指标对水体质量评价的局限性，考虑到了不同指标对水质评价的不同影响，使得评价结果更为综合，与水质实际状况更为符合，从而更适用于不同河流水质评价对比，这也与前人的研究结论较为一致[17-18]。黑臭水体评价法相对于单因子评价法与综合污染指数法评价指标较少，对水质分析的全面性较弱，但通过分析四种特征指标，可准确划分水体黑臭等级，并对水体进行成因分析，为解决水体黑臭问题提供有效参考。

图5 三条河各监测断面综合污染指数和单因子评价类别

3 结论与建议

研究选择了涡阳县城区范围内三条典型河流为研究对象，采用了三种水质评价的方法进行水质评价，并对结果进行形成性分析，主要得出以下结论：

（1）单因子评价结果表明，三条河水质均为劣Ⅴ类，主要原因是COD 超标严重；综合污染指数法结果显示，南环河8#和9#水质为中度污染级别，4#水质好，其余均为轻度污染，育英河监测点大多为轻度污染，德正河1#、3#、8#、11#和12#点水质好，13#点评价为中度污染，其余水质级别为轻度污染，总体上看，三条河水质级别均为轻度污染，德正河的水质较好于南环河和育英河。

（2）根据《安徽省城市黑臭水体治理技术导则》（2019）对三条河的黑臭水体等级进行划分，三条河水体均属轻度黑臭。划分为轻度黑臭的三条河水体有向重度黑臭转化的趋势。

综合水质分析结果提出水质管控和提升建议：

（1）现状建成区排水管网覆盖率约为65%，老城区排水系统为雨污合流制，新城区雨水基本顺地势就近排入附近水体。应对污水收集管网进行完善，加快雨污混接排查和雨污分流改造工程；做好截污控源工作，对原有排污口，设置截流干管，进行截污纳管处理；增设一些海绵设施，对初期雨水进行削减和净化处理，以控制面源污染带来的COD和SS 等污染物进入水体。

（2）涡阳县城虽有较多的河道水体，但也存在一定程度的黑臭、淤塞等问题。建议将县城内水系河流相互连通，城内水系与城外涡河水系有预处理的连接（可设置一些湿地过滤设施等净化处理设施），以增强县城内水系的流动性，提升水体溶解氧，加大河道水流速度，加速扩散，从而减少污染物堵塞河道。

（3）适当增加河道生态处理设施，类似锦绣湿地公园和德园等湿地和生态修复设施，逐渐改善河道内部的生态环境，提升河流水体的自净能力。

（4）加强河道水系环境管理，严禁排污，定期清理水面漂浮物，充分发挥“河长”的监管力度；加强水环境重要性宣传，鼓励公众参与到河道管理中，避免将生活垃圾随意丢于水体周边。