上海青草沙水庫水質調查與評價

周 超，高乃云，趙世嘏，2，楚文海

（1.同濟大學 污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海 200092；2.蘇州市自來水公司，江蘇 蘇州 215000）

生活、工業和農業的快速發展需求充足的水量和良好的水質［1］，而近年來過量的生活和工業污水排放已嚴重超出河水的自凈能力，使自然水質惡化［2］，危害公共健康［3］.由水污染導致的水資源短缺已成為限制可持續發展的至關重要因素［4］.目前上海市自來水廠以黃浦江為主要飲用水源，長江為輔助水源.由于上海地處太湖流域下游，所以黃浦江上游水質不僅受江蘇、浙江來水的影響，還受上海市大量生活和工業污水污染，水質僅為Ⅲ到Ⅳ類.因此，上海被列為全國36個水質型缺水城市之一，更是聯合國預測21世紀飲用水缺乏的世界六大城市之一.長江水質相對優于黃浦江，上海市有關部門投入巨資修建了避咸蓄淡的青草沙水庫，容積達7億m3，作為上海市新水源地，具有淡水資源充足、水質優良穩定、水源易保護、運行成本低等優勢［5］，建成后供水規模占全市原水供應的50%以上，受益人口超過1000萬人.其水質好壞直接關系到人民群眾的生命健康，因此全面進行上海青草沙水庫水質調查，對水庫水質進行評價具有非常重要的現實意義.

1 實驗內容與方法

本試驗研究目的是通過對上海青草沙水庫水質的調查和評價，為其作為飲用水水源的水處理工藝選擇及飲用水安全保障技術研究提供參考依據.實驗內容包括：對上海青草沙水庫水質變化情況進行檢測，時間為2009年4月到12月.分別從水庫的庫首、庫中、庫尾取樣，以期反映水庫的整體情況.采樣頻率為每月一次，其中7，8，9三個月加密監測，每月實測2次，共開展12次監測.從常規理化指標、有機物指標、藻類和營養鹽指標4方面對水庫水質進行調查.采用國家環境監測站推薦的地表水水質評價方法——水污染指數法（WPI）對上海青草沙水庫各取樣點在監測期內的水質進行評價.

上海青草沙水庫由中央沙庫區、青草沙庫區、水庫棄泥區3個部分組成，水域面積66.26km2，其中中央沙庫區面積14.28km2；青草沙庫區面積51.98 km2（含青草沙墾區2.18km2）；棄泥區面積4.60 km2；環庫大堤總長48.79km.水庫設計有效容積為4.35億 m3，總容積為5.24億 m3，供水規模為719萬 m3·d－1.采樣站點布設如圖1所示，其中2，3，4，5，6，7號點位為庫內監測點，采樣方法依據國家環?？偩帧兜乇硭臀鬯O測技術規范》（HJ／T91—2002）進行現場采樣.

圖1 采樣站點布設圖［5］Fig.1 Picture of sampling sites

2 結果與討論

2.1 水質調查結果

2.1.1 pH 值

如圖2所示，各監測點的pH值均處在堿性范圍，且變化趨勢大致相同，11月開始，pH顯著下降.藻類生長旺盛時，光合作用消耗的CO2使水中氫離子減少，pH值升高.而11月后，溫度不適合藻類生長，故水中CO2量增加，pH值降低.

2.1.2 高錳酸鹽（CODMn）指數

由圖3所示，高錳酸鹽指數峰值出現在8月至10月.5號點的有機物質量濃度明顯高于其他點位，表明其水質最差.水庫ρ（CODMn）最大時超過6mg·L－1，對應《地表水環境質量標準》Ⅳ類水質.

2.1.3 五日生化需氧量（BOD5）

由圖4可看出，水庫水ρ（BOD5）長年在4mg·L－1以下，對應《地表水環境質量標準》中的Ⅲ類水質.5，6，7號點ρ（BOD5）值較大，水質相對較差.9月至11月間ρ（BOD5）有上升階段，原因在于藻類死亡后其組織殘體氧化消耗了大量氧.由于上海青草沙水庫外圍保護較好，不存在工業污染，故推斷藻類生長是影響其水質的主要因素之一.

2.1.4 藻類

由圖5可知，2009年水庫藻類高峰出現在8月至10月，與前面有機物指標值升高相對應.調查期間，藻類含量最高為7.69×107個·L－1，最低為0.12×107個·L－1.從7月開始，由于溫度、光強等因素適合藻類生長，5號點藻類密度大幅增加.而從其他點數據看，藻類含量也有增加，但增幅不大，均在0.6×107個·L－1以下.表明水庫整體藻類密度相對較小.

圖5 各點位藻類密度隨時間的變化Fig.5 Variation of algae density with time in different sites

周金金等［6］對青草沙水庫中氮磷質量濃度的研究表明，水庫水氨氮質量濃度較低，在0.45mg·L－1以下，亞硝酸鹽氮［7］與硝酸鹽氮質量濃度分別在0.1和2.0mg·L－1以下，而總氮質量濃度在0.5～2.5mg·L－1之間，總磷質量濃度均在0.2mg·L－1以下.

2.2 水庫水質評價

水質評價是按照評價目標，選擇相應的水質參數、水質標準和評價方法，對水體的質量利用價值及水的處理要求作出評定.其目標在于能準確地指出水體的污染程度，了解掌握主要污染物對水體水質的影響程度以及將來的發展趨勢，為水資源的保護和綜合應用提供原則性的方案和依據.

本文采用水污染指數法（WPI）［8］，以《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）中pH 值，溶解氧（DO），高錳酸鹽指數（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮［6，9］、總磷（TP）［6］和總氮（TN）［6］7項地表水環境質量標準基本項目進行評價.首先是根據GB3838—2002規定的標準值，確定各項水質單個指標質量濃度值對應的水質類別，然后由公式（1）計算出污染指數，再由公式（2）得出監測點位的污染指數.按照表1中水質類別與水污染指數值的對應關系，確定各監測點位的水質類別.考慮到總氮是我國水體中常見的超標因子，為詳細了解上海青草沙水庫的污染情況，分別對包括和不包括總氮的情況進行了評價.

表1 水質評判指標［8］Tab.1 Water quality evaluation index

式中：ρ（i）為第i個水質指標的質量濃度；ρi（i）為第i個水質指標所在類別標準的下限質量濃度；ρh（i）為第i個水質指標所在類別標準的上限質量濃度；IWPIi為第i個水質指標所在類別標準下限質量濃度所對應的指數值；IWPIh為第i個水質指標所在類別標準上限濃度值所對應的指數值；IWPI為第i個水質指標所對應的指數值.

2.2.1 2號點水質評價

由表2可知，水庫2號點總氮IWPI值最大為92.0，對照表2，水質是我國《地面水環境質量標準》（GB3838—2002）V類；IWPI值最小為44.0，為III類，說明2號點位總氮指標為III～V類，這與實測總氮質量濃度直接對照GB3838—2002規定的類別得出的結論一致.同時也證明WPI這種評價方法的可靠性.同理，氨氮為I～II類；pH為I類；DO基本上為I類；TP基本上為II類；CODMn基本上為II類；BOD5基本上為I類.總之，2號點污染程度最重因子為總氮.氨氮，pH，DO 污染程度較輕，其次為 TP，CODMn，BOD5.7—8月，由于總氮質量濃度影響，水體判定為Ⅴ類；其他時間水質相對較好，在Ⅲ～Ⅳ類之間，監測期水質最好的時間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時，水質基本在Ⅱ類以上，整體Ⅲ類以上，滿足作為飲用水水源地的要求.

2.2.2 3號點水質評價

由表3可知，3號點總氮IWPI值最大為89.2，水質是V類；IWPI值最小為44.0，對應為III類，說明3號點的總氮指標為III～V類.3號點氨氮基本上為I類；pH為I類；DO基本上為II類，TP基本上為II類；CODMn基本上為II類；BOD5基本上為I類.3號點污染程度最重的因子為總氮.氨氮，pH，DO，BOD5污染程度較輕，其次為TP，CODMn.4月15日、7月28日、8月13日和27日為Ⅴ類；其他時間水質在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標因子為總氮.監測期水質最好的時間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時，監測期水質均在Ⅱ類以上，達到生活飲用水地表水源地一級保護區的標準.

表2 2號點水質評價結果Tab.2 Water quality evaluation of Site 2

表3 3號點水質評價結果Tab.3 Water quality evaluation of Site 3

2.2.3 4號點水質評價

由表4可知，4號點總氮IWPI值最大為95.6，水質是V類；IWPI值最小為48.0，水質對應為III類，說明庫中4號點總氮指標為III～V類.氨氮為I～II類；pH為I類；DO為I～Ⅲ類；TP基本上為II類；CODMn為I～Ⅲ類；BOD5均為I類.4號點在4月15日、8月13日和27日為Ⅴ類，其他時間水質在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標因子為總氮.氨氮，pH，BOD5污染程度較輕，其次為DO，TP，CODMn.監測期水質最好的時間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時，除了7月28日和9月28日，水質均在Ⅱ類以上，整體Ⅲ類以上，完全滿足作為飲用水水源地的要求.

表4 4號點水質評價結果Tab.4 Water quality evaluation of Site 4

2.2.4 5號點水質評價

由表5可知，5號點總氮IWPI值最大為100.8，水質是劣V類；IWPI值最小為49.3，水質對應為III類，說明5號點總氮為III～劣V類.氨氮為I～II類；pH為I類；DO基本上為I～Ⅲ類；TP基本上為II類；CODMn為II～Ⅳ類；BOD5為I到Ⅳ類.5號點在4月到8月為Ⅴ類，5月18日甚至達到劣Ⅴ類；9月之后在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標因子為總氮.氨氮，pH污染程度較輕，其次為DO，BOD5，TP，CODMn.監測期水質最好的時間為11月25日和12月29日.不考慮總氮影響時，除了9月28日，水質均在Ⅲ類以上，完全滿足作為飲用水水源地的要求.

表5 5號點水質評價結果Tab.5 Water quality evaluation of Site 5

2.2.5 6號點水質評價

由表6可知，6號點總氮IWPI值最大為96.0，水質是V類；IWPI值最小為44.0，水質對應為III類，說明6號點總氮指標為III～V類.氨氮為I～II類；pH為I類；DO為I類；TP基本上為II類；CODMn基本上為II類；BOD5基本上為I類水質.6號點在4月15日、7月13日、8月13日和9月28日為Ⅴ類，其他時間水質在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標因子為總氮.氨氮，pH，DO 污染程度較輕，其次為 BOD5，TP，CODMn.監測期水質最好的時間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時，除了9月16日，水質均在Ⅱ類以上，整體Ⅲ類以上，完全滿足作為飲用水水源地的要求.

2.2.6 7號點水質評價

表6 6號點水質評價結果Tab.6 Water quality evaluation of Site 6

由表7可知，7號點總氮IWPI值最大為87.6，原水水質是V類；IWPI值最小為40.8，水質對應為III類，說明7號點總氮指標為III～V類.氨氮為I～II類；pH為I類；DO基本上為I類；TP基本上為II類水質；CODMn為II類；BOD5基本上為I類.7號點在4月15日、7月13日、8月13日為Ⅴ類，其他時間水質在Ⅲ～Ⅳ類之間，超標因子為總氮.氨氮，pH，DO，BOD5污染程度較輕，其次為 TP，CODMn.監測期水質最好的時間為10月29日和11月25日.不考慮總氮影響時，除了7月28日 、8月27日和9月16日，水質均在Ⅱ類以上，整體Ⅲ類以上，完全滿足作為飲用水水源地的要求.

表7 7號點水質評價結果Tab.7 Water quality evaluation of Site 7

3 結論

2009年4月到2009年12月，從常規理化指標、有機物指標、藻類和營養鹽指標4方面對水庫水質進行了調查，并采用國家環境監測站推薦地表水水質評價方法——水污染指數法（WPI）對上海青草沙水庫水質進行了評價.結果表明，各項指標變化均與水中藻類生長有關系，因此藻類生長是影響水庫水質的重要因素.上海青草沙水庫作為飲用水水源應著重加強飲用水處理中的除藻、除微污染有機物的工藝，保障飲用水水質安全.各監測點位中5號點水質最差，包括總氮的情況下，5月18日甚至低達劣Ⅴ類，水庫整體為Ⅳ類水質.不包括總氮評價時，除了9月28日，水質均在Ⅲ類以上；3號點水質較好，包括總氮的情況下，4月15日、7月28日、8月13日和27日為Ⅴ類；其他時間水質在Ⅲ～Ⅳ類之間，不包括總氮評價時，監測期水質均在Ⅱ類以上.綜合判斷，青草沙水庫水質滿足作為飲用水水源地的要求.

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