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近3年苏州市吴中区水网水质动态监测结果与成因分析

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作者:原作原创  来源:网络转载  发布时间:2015-06-03 17:44:00

   水资源与社会发展和城市环境密不可分。近年来随着我国社会经济的高速发展,城市人口迅速增加,人类对水需求量日益上升,与此同时,水资源的浪费及水体的污染正威胁着人类的生存和发展。其中。一方面,工业化和城市化迅猛发展,工业废水和生活污水排出的污染物数量大大超过水体的自净能力,而使地球上的江河湖海受到日益严重的污染[1];另一方面,随着科技和生产力水平的发展,各种人工合成的化学新物质日益增多,而其中不乏一些具有突变、致畸、致癌的化合物,一旦污染水体,将长时间滞留在水体中,水体的自净作用无法分解该类物质。在全国统计的523条河流中,有436条河流受到不同程度的污染,其中流经城市的河段90%受到严重污染[2]。城市水环境质量下降不仅危害人体健康,而且还制约当地社会经济的发展,同时也加速生态环境的退化。为了提高城市的竞争能力,满足人们对城市整体环境的要求,关于城市水环境的建设应当引起高度关注[3]。 
  目前,国内对水体污染开展了较多的专项研究,在分析水质现状的同时运用一些水质评价方法,更直观的反映水质状况。如任伟等[4]运用内梅罗综合污染指数法对京杭大运河苏州高新区段水质污染状况进行相关研究;郭华等[5]运用单因子指数法、综合指数法和模糊数学评价法评价清河水质,客观分析了三种评价方法的优缺点;翟坤[6]分析改进的水质指数评价法在水库水质评价中的应用,研究表明改进的水质指数评价法能更合理地反映GB3838-2002地表水环境质量标准的划定;梁娟等[7]关于怀化市区水体污染现状研究运用了综合污染指数法反映1991—2011年水质变化情况等。 
  苏州市吴中区境内河流纵横,西疏东密,是全国河网最稠密的地区之一,太湖水域面积2 425 km2,其中属于吴中区的水域约1 486 km2,约占61.28%。可以看出,吴中区地表水环问题对苏州城市经济社会发展、太湖水质改善及人居生活质量有较大影响。近年来太湖水域污染问题突出,其中水体富营养化尤为严重,2003年太湖梅梁湾蓝藻大规模爆发,影响了居民正常生活[8]。2007年太湖蓝藻再次爆发,数百万居民饮用水出现危机[9-10]。笔者利用苏州市吴中区2011—2013年环境监测中心站的监测及我们实时观测等数据,对各流域区段多点观测的pH值、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学耗氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、汞、粪大肠菌群进行数据处理,对该区部分因子进行月际变化特征分析并进行水质指数定量化评价,进而得出了2011—2013年苏州市吴中区水体污染程度,并分析其污染来源,为太湖水体污染的进一步治理及城市用水管理和保护提供科学依据。 
  1 材料和方法 
  1.1 研究区概况 
  吴中区位于苏州市南部和西部(东经119°55′~ 120°54′、北纬30°56′~ 31°21′),北依苏州古城区、苏州工业园区、苏州高新技术开发区,东连昆山,南接吴江,西衔太湖,是典型的东部水网地区。该区土地总面积745 km2(不含太湖水域)[11],太湖水域面积2 425 km2,其中属于本区的水域约1 486 km2;位于长三角的中心位置,苏南水陆交通要津;属于北亚热带湿润季风气候区,夏季温暖多雨,冬季寒冷干燥,日照充足,四季分明,年均温度为16.9 ℃,总降水量911 mm,总日照数为1 773.1 h,相对湿度为70%。 
  1.2 材料来源 
  根据《省政府关于江苏省地表水(环境)功能区划的批复》(苏政复[2003]29号)要求,吴中区连续多年开展水功能区的监测评价工作,累积了较为系统的监测成果,从而摸清了全区水功能区水体污染程度和时空分布情况,主要河流污染物含量的变化趋势。本研究利用吴中区观测站2011—2013年逐月观测及我们实时观测等数据作为主要数据来源。将多个断面点位均值化,分析上游北支流、上游南支流、中游、下游的各指标因子变化特征。为保证数据质量,在使用数据前,参考环境监测站常规业务方法,将得到的各指标值与该地历史极值进行比较,并未发现超过极值的数据。 
  1.3 水质监测项目及分析方法 
  本研究选取的监测指标包括pH值、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学耗氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、汞、粪大肠菌群、高锰酸盐指数,每月一次在各站点水下0.5 m处采集水样测定各相关指标。相关化学指标的测定方法参照地面水分析国家标准《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)。具体分析方法为:pH值采用pH计直接测定;溶解氧(DO)采用碘量法;总氮采用过硫酸钾法;总磷采用钼酸铵分光光度法;化学需氧量(COD)采用重铬酸盐法;生化需氧量(BOD)采用稀释与接种法;汞采用冷原子吸收光光度法;粪大肠菌群采用滤膜法。所有试验步骤均按照《水和废水监测分析方法》进行[12]。

  1.4 数据分析 
  利用Excel 2010进行数据描述与图表制作,对pH值、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学耗氧量(COD)生化需氧量(BOD)、汞、粪大肠菌群进行数据处理,制作部分指标月际变化图,以上采用的分析方法均属于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的分析方法。 
  1.5 水质指数评价方法 
  1.5.1 评价项目类别划分 水质指数法是一种分类、分级的水质评价方法[6],其水质评价标准和评价方法主要依据是该水源地以供水质量为主要用途及其污染程度划分而确定的[13]。本研究选取《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中基本项目的8项,从EPA公布的水环境优先有毒污染物、难以净化的污染物、水源地背景值几方面考虑,将参与评价的项目分为2类:第一类,易净化的污染物和其他污染物;第二类,毒性污染物。具体项目分类及等级标准见表1。 
  1.5.2 评价指数计算方法 
  (1)计算单项指数Ii 
  计算公式 
  

  2011—2013年苏州市吴中区水体总氮(TN)月际变化见图3。各区段变化如下:上游北支流2011年1月份TN浓度较低,2月份明显升高,2—5月份波动下降,六月份突然升高,达到最大值(14.45 mg·L-1),6—8月份逐渐下降,8—12月份逐渐上升,2012年1—6月份变化较小,整体值较高,6—9月份逐渐降低,9月份值最小(0.25 mg·L-1),9月—次年2月份波动上升,2013年2—7月份逐渐降低,7—10月份呈升高趋势,11—12月份值较低;上游南支流整体值较低,2011年1—6月波动上升,6月和7月份达到最大值(2.3 mg·L-1),7—10月份波动下降,10月—次年2月份变化较小,2012年2—9月份波动变化明显,9月份最低(0.21 mg·L-1),9月—次年8月份呈逐月波动变化,2013年 8—10月份缓慢上升,10—12月份逐渐下降;中游2011年1—2月份升高,3月份降低,3—6月份升高,6月份达最大值(5.82 mg·L-1),6—8月份逐渐下降,8月—次年3月份波动上升,2012年4月份明显下降,4—6月份逐渐上升,6—9月份呈下降趋势,9月份值最低(0.28 mg·L-1),9月—次年5月份逐渐升高;下游2011年1月份较低,2月份明显升高,2—8月份波动降低,8月—次年4月份波动升高,2012年4—9月份波动下降,9月份达最小值(0.40 mg·L-1),10月份升高,10—12月份呈下降趋势,12月—次年2月份逐渐升高,2013年2—6月份缓慢下降,7月份波动上升,8—10月份逐渐升高,10—12月份变化较小,整体值较高。 
  TP月际变化见图4,如图4所示,上游北支流整体变化幅度较小,2011年1—5月份变化较小,整体值较低,6月份波动上升,7—10月份逐渐下降,10—12月份上升,12月—次年5月份变化较小,2012年6月份波动下降,9月份波动升高,达最大值(1.3 mg·L-1),12月份波动下降,2013年2月份和5月份波动升高,5—7月份逐渐降低,7—12月份变化较小;上游南支流TP值整体较低,2011年1—4月份波动下降,4—7月份升高,7—10月份逐渐降低,10—12月份升高,12月—次年4月份变化较小,2012年5月份波动升高,6月份和8月份下降,9月份明显升高,达最大值(1.19 mg·L-1),11、12月份波动下降,2013年1月份TP值较高,2—4月份变化较小,5月份波动升高,6—12月份变化较小,值较低;中游2011年1—3月份降低,5月份波动升高,7—11月份逐渐降低,11月—次年1月份逐渐升高,2012年6月份波动升高,8月份降低,9月份明显升高,达最大值(1.43 mg·L-1),10—12月份逐渐升高,12月—次年4月份逐渐降低,2013年5月份升高;下游2011年1—4月份逐渐降低,6—9月份逐渐升高,9月—次年7月份波动升高,2012年8月份降低,9月份明显升高,达最大值(2.95 mg·L-1),10月—次年2月份逐渐降低,2013年2—4月份呈上升趋势,4—12月份波动下降。 
  2.3 粪大肠菌群月际变化特征分析 
  粪大肠菌群是检测水体微生物污染的一项标志性指标,关于2011—2013年苏州市吴中区水体粪大肠菌群变化见图5。由图5可知,上游北支流2011年1—3月份逐渐升高,3—6月份呈下降趋势,6—8月份明显升高,9月份波动下降,11月—次年2月份逐渐下降,2012年3月份波动升高,3—5月份逐渐下降,5—7月份呈升高趋势,7月—次年2月份中10和12月份波动下降,2013年2—6月份明显下降,6月份最小值(0个·L-1),6—12月份逐渐升高,8月份和10月份明显波动升高,10月份最大(24 000个·L-1);上游南支流整体在较低值域范围内变化,2011年1—8月份波动下降,9月份明显升高,是最大值(17 800个·L-1),10月份下降,10月—次年2月份月份逐渐升高,其中2012年1月份波动下降,2—4月份逐渐下降,5—11月份波动升高,11月—次年全年都呈逐月波动变化,随着时间推移,值域逐渐变小;中游2011年1月到2013年3月整体值较高,都达到24 000个·L-1,其中2011年2,4,11月波动下降,值分别为16 000,16 000,5 400个·L-1。 
  2.4 水质评价结果 
  采用水质指数法(WQI)对吴中区水质的评价结果见表3,由表3可见,难处理的毒性指标汞对吴中区水质没有威胁,所以监测值均远小于国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅰ级标准;主要污染因子是TN、TP和COD,TN的CI值除2011年7—10月(平水期)为89.6外均达到100,是WQI值的主要贡献者;pH值均在6~9之间,达到Ⅰ级标准;溶解氧(DO)在枯水期和丰水期均达到Ⅰ级标准,在平水期介于Ⅱ、Ⅲ级之间。 
  从2011—2013年水质变化指数(WQI)曲线图(图6)可以看出:吴中区整体水质尚好,WQI值多在40~50之间。具体来看,2011年1—2月(枯水期)到2011年7—10月(平水期)WQI值逐渐升高,2011年7—10月(平水期)到2012年3—6月(丰水期)WQI值呈下降趋势,2012年7—10(平水期)和2013.3—6月(丰水期)WQI值波动升高,2013年3—6月(丰水期)到2013年11—12月(枯水期)WQI值逐渐下降至最小值32.65。2011—2013年随着时间推移,WQI整体呈下降趋势。 
  3 讨 论 
  3.1 水体污染源来源分析 
  水体的污染源主要包括自然污染源和人为污染源两大类型。自然污染源发生情况较少,例如地下水流经一定岩层后,其矿化程度明显提高或碱度明显变化;在一定条件下水体内藻类等浮游生物急剧生长,从而引起富营养化的水体污染。人为污染源是造成水体污染的主要因素[14],主要包括未经处理而排放的工业废水;未经处理而排放的生活污水;大量使用化肥、农药、除草剂的农田污水;堆放在河边的工业废弃物和生活垃圾;水土流失;矿山污水等。

  3.2 太湖流域主要污染源来源分析 
  改革开放以来,太湖流域社会经济迅速发展,以占全国0.4%的国土面积和占全国2.8%的人口,创造了占全国11.1%的国内生产总值;且国内生产总值增长速度保持在10%以上[15-16]。同时,太湖水质污染也日益严重,主要以有机污染和富营养化为特征,大大制约了流域经济的持续发展[17]。随着工业化、城市化进程的加快,区域内人口剧增,环太湖地区人类活动强烈,产生的工业废水及生活污水量较之以前迅速增大[18-19]。另一方面,太湖流域农村面源污染物排放量(包括农业生产、农村生活和位于农村的小型企业)占流域内主要污染源排放的40%左右[20]。有研究表明,排放入太湖中的氮污染总量50%以及磷污染总量的48%都是由化肥流失引起的[21-22]。 
  通过水质指数评价可以看出,2011—2013年吴中区水质整体尚好,且发展趋势良好,这与近年来积极治理有很大的关系,2008年6月,国务院批准《太湖流域水环境综合治理整体方案》,太湖治理总投资1 113亿元,其中江苏部分占52%,约579亿元,超出浙江和上海两地之和[20]。但是,TP、TN及COD 作为整体浓度较高的因子,对水环境质量有很大的潜在威胁。 
  4 结 论 
  (1)2011—2013年苏州市吴中区水质月际变化明显,COD和BOD在11—2月份升高,3—6月份降低,7—10月份升高;TN和TP变化趋势趋于一致,浓度都较高。粪大肠菌群月际变化规律不明显,但中游苏东运河大肠菌群密度显著高于其他区段。 
  (2)综合污染因子分析各流域区段,上游南支流浒光河和木光河各项指标值都是最低,水质最好;中游苏东运河COD、BOD、粪大肠杆菌值都较高,水质较上游略差;下游吴淞江TP、TN含量最高,超标情况严重,水质最差。 
  (3)水质指数评价得出,毒性指标在各水期均是Ⅰ级标准,未超标;溶解氧(DO)在枯水期和丰水期均达到Ⅰ级标准,在平水期介于Ⅱ、Ⅲ级之间,也都未超标;TN、TP和COD在各区段各水期浓度均较高,是该区主要水质污染因子。 
  (4)吴中区WQI值多在40~50之间,整体水质尚好且发展趋势良好,平水期和丰水期水质优于枯水期。 
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