南四湖区水环境质量综合评价 李俊莉2史同广3孙庆义 (1西北大学城市与资源学系,陕西西安,710069:2曲阜师范大学地理系,山东曲阜 2 ;3山东建 筑工程学院遥感与GIS实验室,山东济南,250014;4山东济宁市水利局,山东济宁,2 摘要:本文从分析流域降水量与南四湖区水质的相关关系入手,根据枯水年2002年湖区7个监测断面的水质 监测结果,采用综合污染指数法(P值法)对各监测断面及南四湖区的总体水环境质量进行了综合评价。结果表 明,由于2002年济宁市降水稀少,南四湖区水质较往年有所下降,属于轻污染,流域降水量与湖区水质相关性 显著。 关键词:南四湖;水质;评价;P值法 Water Quality Comprehensive Evaluation of the Nansihu area Abstract: Based on analyzing the relation between precipitation and water quality of the Nansihu area, according to the water quality monitoring results of 7 sections along Nansihu area in dry year in 2002, using the integrated polluted index (P value), this paper made comprehensive evaluation about the total water quality of each monitoring sections and the ansihu area. The results showed that water quality in the Nansihu area was slightly polluted compar ing with past years because of the rare amount of precipitation in this year, the relation between precipitat ion and water qual ity of the Nansihu area is very distinct. Key Words: The Nansinu area; water quality; evaluation; P value 位居山东省西南部济宁市境内微山县的南四湖(又称微山湖),由自北向南相贯的南阳湖、独 山湖、昭山湖、微山湖及其周围的人工湿地组成,湖面面积1266平方公里、最大库容54亿立方 米,总面积180万亩,占全省淡水面积的45%,是华北地区最大的淡水湖,也是我国十大淡水湖 之一。湖区资源丰富,是国家级自然保护区,素有“生态宝库”之称;是我国重要的粮棉生产基地 和能源基地之一,也是山东省最大的淡水渔业基地 近年来,南四湖流域连续遭遇枯水年份,湖内蓄水一直很少。2002年,南四湖流域降水量严 重偏少,至12月1日,南四湖地区平均降雨量为30mm,比常年同期锐减48%;总来水量只有 225亿m3,仅是多年平均来水量的109%;2002年7月15日和8月25日,南四湖上、下级湖分 别出现了最低水位,其中上级湖为历史最低水位,南四湖基本干涸,遭遇了百年一遇的特大干旱 其中部分地区的旱情达到了200年一遇,南四湖生态资源受到了严重破坏。据此,本文选取2002 年为评价年份,对南四湖区的水环境质量进行综合评价,旨在说明在污染源排放量一定的情况下, 南四湖区的水质底限。本文运用综合污染指数法(P值法),对南四湖区的水质现状进行了评价, 为济宁市水环境保护及其可持续发展规划提供科学依据。 1.湖水水质与流域降水量的关系 表1湖水水质与流域降水量的关系 2000年各季度 2001年各季度 时间 流域平均降水量(mm)21.868.2321.3123.536.440.7320.230.3 污染程度 严重污染重污染清洁尚清洁中污染中污染清洁尚清洁 水质状况 超V类V类Ⅲ类V类Ⅳ类Ⅳ类Ⅲ类Ⅲ类 资料来源:济宁市水环境监测中心南四湖区水质监测报告2001,1~12 选用济宁市2000年与2001年各季度的流域平均降水量和南四湖区的水质监测结果进行分析
1 南四湖区水环境质量综合评价 李俊莉 1，2 史同广 3 孙庆义 4 （1 西北大学城市与资源学系，陕西 西安，710069；2 曲阜师范大学地理系，山东 曲阜，273165； 3 山东建 筑工程学院遥感与 GIS 实验室，山东 济南，250014；4 山东济宁市水利局，山东 济宁，270000） 摘 要：本文从分析流域降水量与南四湖区水质的相关关系入手，根据枯水年 2002 年湖区 7 个监测断面的水质 监测结果，采用综合污染指数法（P 值法）对各监测断面及南四湖区的总体水环境质量进行了综合评价。结果表 明，由于 2002 年济宁市降水稀少，南四湖区水质较往年有所下降，属于轻污染，流域降水量与湖区水质相关性 显著。 关键词：南四湖；水质；评价；P 值法 Water Quality Comprehensive Evaluation of the Nansihu Area Abstract: Based on analyzing the relation between precipitation and water quality of the Nansihu area, according to the water quality monitoring results of 7 sections along Nansihu area in dry year in 2002, using the integrated polluted index (P value), this paper made comprehensive evaluation about the total water quality of each monitoring sections and the Nansihu area. The results showed that water quality in the Nansihu area was slightly polluted comparing with past years because of the rare amount of precipitation in this year, the relation between precipitation and water quality of the Nansihu area is very distinct. Key Words: The Nansinu area; water quality; evaluation; P value 位居山东省西南部济宁市境内微山县的南四湖（又称微山湖），由自北向南相贯的南阳湖、独 山湖、昭山湖、微山湖及其周围的人工湿地组成，湖面面积 1266 平方公里、最大库容 54 亿立方 米，总面积 180 万亩，占全省淡水面积的 45%，是华北地区最大的淡水湖，也是我国十大淡水湖 之一。湖区资源丰富，是国家级自然保护区，素有“生态宝库”之称；是我国重要的粮棉生产基地 和能源基地之一，也是山东省最大的淡水渔业基地。 近年来，南四湖流域连续遭遇枯水年份，湖内蓄水一直很少。2002 年，南四湖流域降水量严 重偏少，至 12 月 1 日，南四湖地区平均降雨量为 370ｍｍ，比常年同期锐减 48%；总来水量只有 2.25 亿ｍ３，仅是多年平均来水量的 10%；2002 年 7 月 15 日和 8 月 25 日，南四湖上、下级湖分 别出现了最低水位，其中上级湖为历史最低水位，南四湖基本干涸，遭遇了百年一遇的特大干旱， 其中部分地区的旱情达到了 200 年一遇，南四湖生态资源受到了严重破坏。据此，本文选取 2002 年为评价年份，对南四湖区的水环境质量进行综合评价，旨在说明在污染源排放量一定的情况下， 南四湖区的水质底限。本文运用综合污染指数法（P 值法），对南四湖区的水质现状进行了评价， 为济宁市水环境保护及其可持续发展规划提供科学依据。 1. 湖水水质与流域降水量的关系 表 1 湖水水质与流域降水量的关系 资料来源：济宁市水环境监测中心 南四湖区水质监测报告 2001,1～12，2002,1～12 选用济宁市2000年与2001年各季度的流域平均降水量和南四湖区的水质监测结果进行分析， 时 间 2000 年各季度 2001 年各季度 一 二 三 四 一 二 三 四 流域平均降水量（mm） 21.8 68.2 321.3 123.5 36.4 40.7 320.2 30.3 污染程度 严重污染 重污染 清洁 尚清洁 中污染 中污染 清洁 尚清洁 水质状况 超Ⅴ类 Ⅴ类 Ⅲ类 Ⅴ类 Ⅳ类 Ⅳ类 Ⅲ类 Ⅲ类
得到湖水水质与流域降水量的关系表1。其中,污染程度根据综合污染指数P值及其分级标准(以 下详细介绍)确定:水质状况采用单项超标法。根据表1,可初步断定湖水水质与流域降水量有 定的相关关系口,即随着流域降水量的增多,湖区污染程度明显降低,水质状况明显提高,而 且,较高的流域降水量还会对湖区水质状况产生持续影响,如2000年和2001年第三季度流域大 的降水量对第四季度、甚至来年第一季度的水质产生较好的持续效应,而2000年第一季度小的降 水量与超Ⅴ类的水质对第二季度产生较差的持续效应。因此,有必要对枯水年2002年南四湖水环 境质量进行研究,从而为湖区的水环境保护工作提供指导。 2.南四湖区水环境质量综合评价 2.1监测断面及评价方法 2.1.1监测断面概况 2002年,济宁市水环境监测中心在南四湖区布 设了7个监测断面(南四湖区水质监测断面分布示 意图如图1所示),每个断面设左、中、右3个监测 点(取3个监测点监测结果的平均值作为监测断面 的监测结果),分季度进行了4次水质监测,采集水 面下0.5m深的水样进行分析 2.1.2水质评价方法 近二三十年来,国内外许多学者相继提出多种 水质评价方法,各有其特点2~3。本文采用国内较常 应用的综合污染指数法(P值法),即n个单因子污 染指数的算术平均值,对南四湖区的水环境质量进 行评价.综合污染指数法(P值法)的计算公式为 图1南四湖区水质监测断面分布示意图 ni=s nE= 其中:C1为污染物i的实测浓度;S为污染物i的标准浓度(取地面Ⅲ水类标准);n为评价 因子数 依据P值大小,对照水环境质量分级标准(表2),可确定水体的综合级别,即水体的污染程 表2水环境质量分级标准 级别 分级依据 ≤0.2清洁 多数项目未检出,个别项目检出值也在标准之内 0.2~0.4尚清洁 检出值均在标准之内,个别项目接近标准 轻污染个别项目检出值超过标准 0.7~1.0中污染有两项检出值超过标准 1.0~2.0重污染 相当一部分项目检出值超过标准 >2.0严重污染相当一部分项目检出值超过标准数倍或几十倍 水体的水质状况的判定采用单项超标法,即若某监测点所有评价参数不超过某类标准,则以 符合某类标准计,若有一个参数超过V类标准,则以超V类水质计。 2.1.3水质评价标准 采用国家地面水环境质量标准(GB3838-88)Ⅲ类水质标准,其中氨氮采用水利部地表水资 源质量标准(SL63-94)。 2.1.4评价参数 2
2 得到湖水水质与流域降水量的关系表 1。其中，污染程度根据综合污染指数 P 值及其分级标准（以 下详细介绍）确定；水质状况采用单项超标法。根据表 1，可初步断定湖水水质与流域降水量有 一定的相关关系［1 ］ ,即随着流域降水量的增多，湖区污染程度明显降低，水质状况明显提高，而 且，较高的流域降水量还会对湖区水质状况产生持续影响，如 2000 年和 2001 年第三季度流域大 的降水量对第四季度、甚至来年第一季度的水质产生较好的持续效应，而 2000 年第一季度小的降 水量与超Ⅴ类的水质对第二季度产生较差的持续效应。因此，有必要对枯水年 2002 年南四湖水环 境质量进行研究，从而为湖区的水环境保护工作提供指导。 2. 南四湖区水环境质量综合评价 2.1 监测断面及评价方法 2.1.1 监测断面概况 2002 年，济宁市水环境监测中心在南四湖区布 设了 7 个监测断面（南四湖区水质监测断面分布示 意图如图 1 所示），每个断面设左、中、右 3 个监测 点（取 3 个监测点监测结果的平均值作为监测断面 的监测结果），分季度进行了 4 次水质监测，采集水 面下 0.5m 深的水样进行分析。 2.1.2 水质评价方法 近二三十年来，国内外许多学者相继提出多种 水质评价方法，各有其特点[2～3]。本文采用国内较常 应用的综合污染指数法（P 值法）,即 n 个单因子污 染指数的算术平均值，对南四湖区的水环境质量进 行评价[4] . 综合污染指数法（P 值法）的计算公式为： = = = = n i i n i i i P S n C n p 1 1 1 1 其中： Ci 为污染物 i 的实测浓度； i S 为污染物 i 的标准浓度(取地面Ⅲ水类标准)； n 为评价 因子数。 依据 P 值大小，对照水环境质量分级标准（表 2），可确定水体的综合级别,即水体的污染程 度。 表 2 水环境质量分级标准 P 级别 分级依据 ≤0.2 清 洁 多数项目未检出，个别项目检出值也在标准之内 0.2～0.4 尚清洁 检出值均在标准之内，个别项目接近标准 0.4～0.7 轻污染 个别项目检出值超过标准 0.7～1.0 中污染 有两项检出值超过标准 1.0～2.0 重污染 相当一部分项目检出值超过标准 ＞2.0 严重污染 相当一部分项目检出值超过标准数倍或几十倍 水体的水质状况的判定采用单项超标法，即若某监测点所有评价参数不超过某类标准，则以 符合某类标准计，若有一个参数超过Ⅴ类标准，则以超Ⅴ类水质计。 2.1.3 水质评价标准 采用国家地面水环境质量标准（GB3838－88）Ⅲ类水质标准，其中氨氮采用水利部地表水资 源质量标准（SL63－94）。 2.1.4 评价参数 南 阳 湖 湖 昭 阳 微 山 湖 N ☉监测点 独 湖 山 图 1 南四湖区水质监测断面分布示意图
根据南四湖区历年水质监测项目选择DO、BOD、CODm、氨氮、酚、砷6个指标作为评价参数 2.2南四湖区的水质监测结果 2002年南四湖区各监测断面的水质监测结果和评价标准如表3所示。根据表3,南四湖区 有DO、BOD3、COD、氨氮四个项目超过国家地面水Ⅲ类水质标准(GB3838-88),其中BOD3、氨氮 超标现象比较严重 表32002年南四湖区水质监测结果/ng·L 名 站名 BOD3COD氨氮 酚 ≤1.0≤0.005 独山湖 山 10.03.13.3 0.013 昭阳湖 二级湖闸上 0.53 0.013 二级湖闸下 l1.28.6 0.0035 下昭阳湖 19.612.02.1 0.001 0.015 湖微山湖 0.013 微山湖 韩庄闸上 0.0035 资料来源:济宁市水环境监测中心南四湖区水质监测报告2002,1~12 2.3水质现状的综合评价结果 根据表1所示的监测数据,按照GB3838-88Ⅲ类水质标准,计算得到各监测断面的年度综合 评价指数(P值):依据水环境质量分级标准(表2),得到各监测断面水质的综合级别即污染程度, (其中,对D0采用湖泊水质指数中有下限标准因子的处理方法即:当D0>7.8时,Ii=0:当4≤ D0<7.8时,Ii=2-Ci/4;当D0<4时,Ii=5-Ci。):由表1所示的监测数据,按照GB3838-88水 质标准,采用单项超标法,对南四湖的水质状况进行初步评价,其各项结果如表4所示 表4南四湖区水质综合评价指数(P值)和水质状况 站名南阳独山二级湖间上 大捐微山岛韩庄闸上 0.49 染程度轻污染尚清洁 轻污染 中污染重污染轻污染轻污染 水质状况 超V类Ⅲ类 Ⅳ类 超V类超V类Ⅳ类 4结论 对2002年南四湖区7个监测断面的水质状况统计分析显示:符合Ⅲ类水质标准的点占监测点 总数的28.6%,符合Ⅳ类水质标准的点占监测点总数的28.6%,超V类水质标准的点占监测点总数 的42.8%。而2000年各湖区监测点的监测资料分析结果显示口:符合Ⅲ类水质标准的点占监测点 总数的35%,符合Ⅳ类水质标准的点占监测点总数的35%,符合V类水质标准的点占监测点总数的 30%。通常,在汛期来水量大时或非汛期蓄水深时,南四湖水质一般为Ⅲ类,有的达到Ⅱ类;非汛 期的水质一般为Ⅲ类、Ⅳ类,有的甚至达到Ⅴ类。由于2002年是南四湖区的枯水年,根据水环境 质量综合评价结果,南四湖区水质较往年下降明显,已经降到了超V类水质。由此可进一步断定: 湖区水质与流域降水量的相关性显著,南四湖区在枯水年份水环境质量明显下降,主要污染物依 次是BOD3、DO、氨氮、 CODy 采用P值法对南四湖区水质进行综合评价证明:在所监测的7个断面中,有57.1%属于轻污 染,14.3%属于重污染,14.3%属于中污染,14.3%属于尚清洁。所以可以认为南四湖区2002年度 总体水环境污染程度属于轻污染,较往年尚清洁水质下降。 根据P值法的评价结果,2002年度南四湖区的主要污染区域是大捐 3.展望
3 根据南四湖区历年水质监测项目选择 DO、BOD5、CODMn、氨氮、酚、砷 6 个指标作为评价参数。 2.2 南四湖区的水质监测结果 2002 年南四湖区各监测断面的水质监测结果和评价标准如表 3 所示。根据表 3，南四湖区 有 DO、BOD5、CODMn、氨氮四个项目超过国家地面水Ⅲ类水质标准（GB3838－88）,其中 BOD5、氨氮 超标现象比较严重。 表 3 2002 年南四湖区水质监测结果 1)/mg·L -1 湖 名 站 名 指 标 DO BOD5 CODMn 氨氮 酚 砷 ≥5 ≤4 ≤6 ≤1.0 ≤0.005 ≤0.05 上 级 湖 南阳湖 独山湖 昭阳湖 南 阳 独 山 二级湖闸上 8.6 10.0 8.9 5.7 3.1 5.8 6.3 3.3 5.4 4.0 0.4 0.53 0.001 0.001 0.001 0.007 0.013 0.013 下 级 湖 昭阳湖 昭阳湖 微山湖 微山湖 二级湖闸下 大 捐 微 山 岛 韩 庄 闸上 4.6 3.8 8.0 8.9 11.2 19.6 5.2 5.9 8.6 12.0 5.2 5.7 0.2 2.1 4.9 1.3 0.001 0.001 0.001 0.001 0.0035 0.015 0.013 0.0035 资料来源：济宁市水环境监测中心 南四湖区水质监测报告 2002,1～12 2.3 水质现状的综合评价结果 根据表 1 所示的监测数据，按照 GB3838－88Ⅲ类水质标准，计算得到各监测断面的年度综合 评价指数（P 值）；依据水环境质量分级标准（表 2），得到各监测断面水质的综合级别即污染程度， （其中，对 DO 采用湖泊水质指数中有下限标准因子的处理方法即：当 DO>7.8 时，Ii﹦0；当 4≤ DO<7.8 时，Ii=2﹣Ci/4；当 DO<4 时，Ii=5﹣Ci。）；由表 1 所示的监测数据，按照 GB3838－88 水 质标准，采用单项超标法,对南四湖的水质状况进行初步评价，其各项结果如表 4 所示。 表 4 南四湖区水质综合评价指数（P 值）和水质状况 站 名 南 阳 独 山 二级湖闸上 二级湖闸下 大 捐 微山岛 韩庄闸上 P 值 0.63 0.31 0.49 0.90 1.52 0.64 0.50 污染程度 轻污染 尚清洁 轻污染 中污染 重污染 轻污染 轻污染 水质状况 超Ⅴ类 Ⅲ 类 Ⅲ 类 Ⅳ 类 超Ⅴ类 超Ⅴ类 Ⅳ 类 2.4 结论 对 2002 年南四湖区 7 个监测断面的水质状况统计分析显示：符合Ⅲ类水质标准的点占监测点 总数的 28.6%，符合Ⅳ类水质标准的点占监测点总数的 28.6%，超Ⅴ类水质标准的点占监测点总数 的 42.8%。而 2000 年各湖区监测点的监测资料分析结果显示［1］：符合Ⅲ类水质标准的点占监测点 总数的 35%，符合Ⅳ类水质标准的点占监测点总数的 35%，符合Ⅴ类水质标准的点占监测点总数的 30%。通常，在汛期来水量大时或非汛期蓄水深时，南四湖水质一般为Ⅲ类，有的达到Ⅱ类；非汛 期的水质一般为Ⅲ类、Ⅳ类，有的甚至达到Ⅴ类。由于 2002 年是南四湖区的枯水年，根据水环境 质量综合评价结果，南四湖区水质较往年下降明显，已经降到了超Ⅴ类水质。由此可进一步断定： 湖区水质与流域降水量的相关性显著，南四湖区在枯水年份水环境质量明显下降，主要污染物依 次是 BOD5、DO、氨氮、CODMn. 采用 P 值法对南四湖区水质进行综合评价证明：在所监测的 7 个断面中，有 57.1%属于轻污 染，14.3%属于重污染，14.3%属于中污染，14.3%属于尚清洁。所以可以认为南四湖区 2002 年度 总体水环境污染程度属于轻污染，较往年尚清洁水质下降。 根据 P 值法的评价结果，2002 年度南四湖区的主要污染区域是大捐。 3. 展望
南四湖区不仅是全国严重缺水的地区之一,而且,近年来,随着工业的发展,南四湖水污染 题也越来越突出,大量的工业、生活及农业污水未经处理直接排入南四湖,造成大部分河流和 部分湖区水域严重污染,湖内水质的污染不仅破坏了南四湖的生态系统,对南四湖的渔业生产也 构成极大威胁,特别是遇到连续干旱年危害将更严重。因此,相应措施的实行非常必要,2002年 济宁市根据国家淮河水资源管理局出台的南水北调东线工程治污方案,为把南四湖区打造成南水 北调“清水走廊”,在南四湖建立“治、截、导、用、整”五位一体的治污体系,其中,在微山县投 资6700万元的污水处理厂也已试运行:另外,为切实改善水环境质量,微山县近年来把水污染 防治作为环保工作的重点来抓,彻底关闭污染企业,积极开展清洁生产,建设规划面积12.7万 多公顷的南四湖生态保护区,区内有多样的生物、优美的自然景观。这些措施的实行为南四湖区 水环境质量的改善,水资源的可持续利用,以及经济社会的可持续发展和生态环境的保护具有重 大的意义,可进一步促进南四湖区实现人与自然、环境的和谐,实现经济社会的可持续发展 参考文献: [1]济宁市水资源办公室.济宁市水资源公报.1999-2003. [2] Nives S G. Water quality evaluation by index in Dalmatia. Water Res, 1999, (33): 3423--3440 [3]张全东,一种新的水质评价方法].环境科技,195,14(2):1~5. [4]马俊杰.环境质量评价原理和方法[M].西安西安地图出版社.1997 [5]刘会娟,曲久辉.三峡库区城市江段总体水环境质量综合评价[J.环境科学,2002,(1):74~7
4 南四湖区不仅是全国严重缺水的地区之一，而且，近年来，随着工业的发展，南四湖水污染 问题也越来越突出，大量的工业、生活及农业污水未经处理直接排入南四湖，造成大部分河流和 部分湖区水域严重污染，湖内水质的污染不仅破坏了南四湖的生态系统，对南四湖的渔业生产也 构成极大威胁，特别是遇到连续干旱年危害将更严重。因此，相应措施的实行非常必要，2002 年， 济宁市根据国家淮河水资源管理局出台的南水北调东线工程治污方案，为把南四湖区打造成南水 北调“清水走廊”，在南四湖建立“治、截、导、用、整”五位一体的治污体系，其中，在微山县投 资 6700 万元的污水处理厂也已试运行；另外，为切实改善水环境质量，微山县近年来把水污染 防治作为环保工作的重点来抓，彻底关闭污染企业，积极开展清洁生产，建设规划面积 12.7 万 多公顷的南四湖生态保护区，区内有多样的生物、优美的自然景观。这些措施的实行为南四湖区 水环境质量的改善，水资源的可持续利用，以及经济社会的可持续发展和生态环境的保护具有重 大的意义，可进一步促进南四湖区实现人与自然、环境的和谐，实现经济社会的可持续发展。 参考文献： ［1］济宁市水资源办公室.济宁市水资源公报.1999－2003. ［2］Nives S G.Water quality evaluation by index in Dalmatia.Water Res.,1999,(33):3423～3440. ［3］张全东.一种新的水质评价方法[J].环境科技，1995，14(2)：1～5. ［4］马俊杰.环境质量评价原理和方法[M].西安.西安地图出版社.1997. ［5］刘会娟，曲久辉.三峡库区城市江段总体水环境质量综合评价[J].环境科学,2002,(1):74～77