十堰市水库型饮用水水源地水资源评价

Water Resources Assessment of Drinking Water Sources in Reservoirs

摘要: 十堰市水环境监测中心每年逐月负责对辖区内水源地作水质监测，我们采用内梅罗污染指数(IP)，分析2015至2017年重要水库型水源地的水质状况。用《地表水资源质量评价技术规程》(SL395-2007)对水库营养化进行了评价。结果表明，水源地水质是好的和比较好的，但总磷、总氮偏大问题不容忽视。

Abstract: The Water Environment Monitoring Center of Shiyan City is responsible for monitoring the water quality within the area month by month. The Nemerow Pollution Index (IP) is chosen to analyze the water quality status from 2015 to 2017 by selecting important reservoir-type water sources. The evaluation of reservoir eutrophication is based on the Technical Regulation of Surface Water Quality Evaluation (SL395-2007). Results show that the water quality of the water source is relatively good, but the occasional problem of large total nitrogen in the total phosphorus cannot be ignored.

1. 引言

水源地水质关系到国民的身体健康，倍受人民的关注。2016年中国水资源公报报告出：2016年全国集中式饮用水水源地水质，31个省(直辖市、自治区)共监测评价867个集中式饮用水水源地，全年水质合格率在80%及以上的水源地有693个，占评价总数的80.6%。水库营养状况评价结果显示，中营养水库占71.2%，富营养水库占28.8%。在富营养水库中，轻度富营养水库占86.3%，中度富营养水库占12.9%，重度富营养水库占0.8%。污染项目是：总氮、总磷、高锰酸盐指数、氨氮、生化需氧量、粪大肠菌群。充分说明饮用水水源地有水质不合格或水体呈轻度富营养化状态的情况，所以作水库型饮用水水源地水资源评价很有必要。

水质评价的标准很多：地表水环境质量标准GB3838—2002 [1] ；地表水资源质量评价技术规程SL395—2007 [2] ；地下水质量标准GB/T14848—1993 [3] 。用内梅罗水污染指数评价地表水的文章也很多：内梅罗水污染指数法在太湖水质评价中的适用性分析 [4] ；湖库型铁山水库饮用水水源地水资源评价 [5] 。我们采用内梅罗污染指数(IP)，分析2015至2017年重要水库型水源地的水质状况。用《地表水资源质量评价技术规程》(SL395-2007)对水库营养化进行了评价。

十堰市位于鄂西北部，汉江中上游，地处我国中西结合部，北枕秦岭，南接巴山，东临荆襄，中贯汉水，是鄂、豫、陕、渝四省市毗邻地区的中心城市，是南水北调中线工程核心水源区，是中国第二汽车工业基地，是著名的旅游胜地和国家级生态示范区。地理位置介于东径109˚25'~111˚34'，北纬31˚30'~33˚16'，辖4县一市5区，全市自然面积为23,639 km²，其中20,491 km²面积位于丹江口水库的上游，占总面积的86.7%，占丹江口水库承雨面积的21.5%。十堰市重要饮用水水源地以水库型为主，基本情况见表1。

2. 水源地水质分析

2.1. 内梅罗水污染指数法简介

内梅罗指数是一种兼顾极值或称突出最大值的计权型多因子环境质量指数。是GB/T14848-1993《地下水质量标准》中的推荐方法，其计算公式为：

$I_p=\sqrt{\frac{{\left(I_{max}^i\right)}^2+{\left(\bar{I}\right)}^2}{2}}$

$\bar{I}=\frac{1}{n}{\displaystyle {\sum }_{i=1}^n{I}_i}$ , $I_i=\frac{C_i}{C_{oi}}$

式中： $I_p$ 代表内梅罗污染指数； $C_i$ 是指第i项评价因子的实测值； $C_{oi}$ 是指第i项评价因子的水质标准值； $I_{max}^i$ 是指污染指数最大值； $I$ 指污染指数平均值； $I_i$ 是指第 $i$ 项评价因子的污染指数。

采用内梅罗污染指数对水质进行评价，按照水质，通常分为以下3类。

1) 当 $I_p$ 小于等于1.5的时候，表示水体是清洁的。

2) 当 $I_p$ 值大于1.5小于3.0的时候，表示水体是轻度污染。

3) 当水体 $I_p$ 值大于3.0时的时候，表示水质受到污染的。

根据对其计算公式的理解，内梅罗指数能够更加简明直观地反映综合水质状况，内梅罗指数特别突出了污染最严重的评价因子，同时也一定程度的兼顾了其他水质较好的参评因子对总体结果的贡献，尤其避免了在计算过程中各因子权重人为赋值的主观影响。

2.2. 评价因子与水质标准的选择

根据2015年至2017年每月十堰市水环境监测中心对辖区内重要水源地水质监测成果，按照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)，将其中的II类水标准作为水质标准。我们用(GB3838-2002)表1中的24个参数(除化学耗氧量外)作为监测参数和评价参数(总氮不参评)。

2.3. 水质评价结果

根据历年水质监测成果，十堰市重要饮用水水源地2015年、2016年、2017年，内梅罗污染指数IP值见图1至图3。

由图1可以看出：2015年丹江口水库，黄龙滩水库，白岩河水库IP值较小，水质常年清洁；丹江口水库(郧县) IP值出现2次轻度污染，竹溪河水库出现1次轻度污染。丹江口水库(郧县)水质参数年均值污染分担率依次是：总磷38.3%、高锰酸盐指数17.8%、生化需氧量17.3%、氨氮11.4%、粪大肠菌群15.2%，以总磷参数污染

Table 1. Basic information of Reservoir drinking water sources in Shiyan

表1. 十堰市水库型饮用水水源地基本情况

Figure 1. IP Value of 2015

图1. 2015年IP值

最为严重。根据水功能区达标评价办法，达标率大于80%的功能区为达标功能区，因此2015年十堰市重要水库型饮用水水源地都达标。

由图2可以看出：2016年丹江口水库，黄龙滩水库，白岩河水库IP值较小，水质常年清洁；丹江口水库(郧县) IP值出现1次轻度污染，竹溪河水库出现1次轻度污染。丹江口水库(郧县)水质参数年均值污染分担率依次是：总磷36.8%、高锰酸盐指数21.1%、生化需氧量20.1%、氨氮10.2%、粪大肠菌群11.7%，以总磷参数污染最为严重。根据水功能区达标评价办法，达标率大于80%的功能区为达标功能区，因此2016年十堰市重要水库型饮用水水源地都达标。

Figure 2. IP Value of 2016

图2. 2016年IP值

Figure 3. IP Value of 2017

图3. 2017年IP值

根据图3可以看出：2017年丹江口水库、白岩河水库水质IP都较小，全年水质都是清洁的；丹江口水库(郧县)、竹溪河水库分别出现2次轻度污染、黄龙滩水库出现1次轻度污染。黄龙滩水库水质参数年均值污染分担率依次是：总磷45.9%、高锰酸盐指数23.0%、生化需氧量20.0%、氨氮6.1%、粪大肠菌群5.0%，以总磷参数污染最为严重。根据水功能区达标评价办法，达标率大于80%的功能区为达标功能区，因此2017年十堰市重要水库型饮用水水源地都达标。

3. 水源地富营养化评价

我国在《地表水资源质量评价技术规程》(SL395-2007)中，依据总磷、总氮、叶绿素α、高锰酸盐指数和透明度5个参数评价湖库的富营养化状态。

根据各个参数值查表(湖泊、水库营养状态评价标准与分级方法)，采用线性插值法得到各参数的营养状态指数 $I_E^i$ ；按式计算综合营养状态指数 $I_E$ ；按 $I_E$ 值再查表，即可确定水体的营养状态。 $I_E$ 的计算公式为

$I_E=\frac{{{\displaystyle \sum }}_{i=1}^N{I}_E^i}{N}$

式中： $I_E^i$ 为某参数的营养状态指数；N为评价参数和个数。

根据历年水质监测成果，十堰市重要饮用水水源地2015年、2016年、2017年 $I_E$ 值见图4至图6。

根据图4可以看出：丹江口水库、丹江口水库(郧县)、黄龙滩水库、白岩河水库都为中营养；竹溪河水库出现6次轻度富营养，年均值也为轻度富营养，因此2015年竹溪河水库为轻度富营养水库。竹溪河水库水质参数的年均值营养状态指数占比分别是：总氮24.6%，叶绿素22.5%，高锰酸盐指数20.2%，透明度16.9%，总磷15.8%，因此总氮占比最高。

根据图5可以看出：2016年丹江口水库、丹江口水库(郧县)、黄龙滩水库、白岩河水库都为中营养；竹溪河水库出现2次轻度富营养，年均值也为中营养。竹溪河水库水质参数的年均值营养状态指数占比分别是：总氮25.2%，叶绿素21.9%，总磷18.1%，透明度18.1%，高锰酸盐16.7%，因此总氮占比最高。

根据图6可以看出：丹江口水库、丹江口水库(郧县)、黄龙滩水库、白岩河水库等都为中营养；竹溪河水库

Figure 4. Nutritional status index of 2015

图4. 2015年营养状态指数

Figure 5. Nutritional status index of 2016

图5. 2016年营养状态指数

Figure 6. Nutritional status index of 2017

图6. 2017年营养状态指数

出现4次轻度富营养，年均值也为中营养。竹溪河水库水质参数的年均值营养状态指数占比分别是：总氮24.7%，高锰酸盐指数20.9%，透明度19.1%，叶绿素17.8%，总磷17.5%，因此总氮占比最高。

4. 结论

1) 用2015年至2017年3年逐月翔实的资料，评价出十堰市水库型饮用水水源地水质是清洁的，根据水功能区达标评价办法，达标率大于80%的功能区为达标功能区，水源地水质全部达标，但也出现轻度污染现象。

2) 丹江口水库、丹江口水库(郧县)、黄龙滩水库、白岩河水库连续三年全部为中营养，竹溪河水库2015出现6次轻度富营养，年均值为轻度富营养；2016年出现2次轻度富营养，年均值为中营养；2017年出现4次轻度富营养，年均值为中营养。

3) 十堰市饮用水水源地水质是好的，但总氮、总磷偏大问题不容忽视。