水环境现状调查及评估方法分析

叶兆木，彭瑶，赵芳，顾苇苇

(重庆市生态环境科学研究院，重庆 401147)

我国很多城市贯穿河流、湖泊、大江大河等，水环境质量的好坏是反映城市发展质量和市民生活质量的“晴雨表”。目前水环境污染现象越来越被政府和社会公众关注，尤其是城市内部的水环境污染，严重影响居民的生活安全，也影响市容市貌。有些水环境污染因历史原因长期得不到根本解决，破坏了城市生态环境，也带来了一些负面影响。现代社会倡导“以人为本”的城市居住理念，需要科学开展水环境现状调查及评估，及时掌握水环境污染状况，发现污染的水域及时进行水体修复，提升城市治理水平，改善城市人居环境。

1 水环境现状调查的重要性

改革开放以来，全国工业化和城镇化发展突飞猛进，新城开发与旧城改造步伐加快，但由于城市环保基础设施建设相对滞后等原因，导致大量的污染排放与吃紧的治污能力之间的矛盾日渐突出，城市湖库水环境质量急剧恶化，部分湖库甚至成为城市纳污沟，“城市之肺”逐步演化成了“城市之泪”。统计显示，近3年全国有360个城市遭发生了不同程度的内涝，发生范围广、积水深度大、积水时间长、损失严重。全国有360个遭遇内涝的同时，有1 100座城市缺水。城市的缺水量每年大于70亿m3，河道自净功能减弱甚至丧失，城市水体污染严重，甚至威胁饮水安全。环境事件往往起源于安全生产疏漏和安全意识淡薄，加强企业安全管理是预防和降低环境事件的关键[1]。

党的十八大以来，以习近平总书记为核心的党中央高度重视环境保护和生态建设，提出了“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念，在推进工业化和城镇化的同时也要加强生态环境保护。2013年12月，习近平总书记提出建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。2014年11月，住建部出台《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》 。2016年3月10日，习近平总书记在参加青海代表团审议时强调“坚持节约资源和保护环境的基本国策，像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境，推动形成绿色发展方式和生活方式”。积极推行低影响开发建设模式，各地区旧城改造与新区建设要按照对城市生态环境影响最低的开发建设理念，控制开发强度，合理安排布局，有效控制地表径流，最大限度地减少对城市原有水生态环境的破坏，同时根据需求适当开挖河湖沟渠、增加水域面积，促进雨水的积存、渗透和净化，打造和谐生态环境。“源头治理”是实现水体水环境质量大幅提高的根本途径[2]。

因此，加强水环境现状调查显得非常重要。只有开展充分的水环境现状调查，才能准确了解水环境污染状况，有针对性进行水体修复和环境综合整治，更好地进行低影响开发和海绵城市建设。水文调查和历史数据分析只能发现可能存在的污染原因，但通过现状水质加密监测，可以证实污染原因，再现污染发生的过程[3]。当前，要深入贯彻党的十九大精神，统筹山水林田湖草系统治理，实行最严格的生态环境保护制度，形成绿色发展方式和生活方式，坚持走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，建设美丽中国，为人们创造良好生产生活环境，为全球生态安全作出贡献。推进生态文明建设，以改善城市湖库水体水质、恢复湖库良好生态功能、保障库区水环境安全为目标，以切实解决人民群众关注的环境问题为重点，以实施工程项目为依托，以建立长效管理机制为保障，综合运用工程措施和经济、法律、行政综合管理手段，大力推进水体修复、流域水环境综合整治，实现湖库水环境质量和周边景观同步提升，形成和谐共生的生态体系。

2 水环境现状问题及原因分析

近年来，随着房地产开发的兴起以及工业园区的发展，人口和工业规模迅速增长，污染急剧增多，但由于市政环保基础设施建设严重缺失，加之管理机制不顺，造成大量生活污水和工业废水直排入湖、湖面、江面漂浮物腐烂发臭、底泥淤积严重等一系列问题，导致湖体、江体水质超标严重，水体呈现富营养化。水库主要污染源是入河生活污水和生活废弃物及畜禽养殖所产生的部分入河污染物[4]。很多大城市将迎来新一轮的开发建设潮，如不及时对流域内的各类环境问题开展专项整顿和治理，不仅流域自身的水环境质量将面临进一步恶化的风险，而且还可能直接影响水环境质量和水体生态安全。水环境污染一般包括外源污染和内源污染。而在具体原因方面，除了外源污染原因、内源污染原因，还有管理机制原因。

2.1 外源污染现状问题及原因分析

1)市政基础设施建设滞后，污水直排现象严重。近年来，随着社会经济发展提速和城市化建设进程加快，人口和产业大量聚集，但与之对应的市政基础设施建设步伐却严重滞后，污水截污干管缺失，导致水体流域内生活污水和工业废水直排现象较为普遍。部分生活污水未得到有效地处理，部分工业企业因没有截污干管而将废水就近排入附近水体。

2)水体周边人口密度大，缓冲距离不足。城市建成区大型生活住宅小区众多，人口密度特别大。由于前期规划建设不合理等历史遗留问题，水体周边建筑距离水面几乎无缓冲距离，部分建筑紧贴水面而建，小区住户的裸露地面、菜地种植和零星畜禽养殖等产生的污染直接入水，高密度的人口聚集，导致水体水质受到了较大的人为影响。

3)面源污染日益加重，防控手段相对不足。根据对水体流域污染现状调查，大部分水体受流域内面源污染影响较重。面源污染中，城市地表径流污染贡献又较为突出，一般由城市地表径流所带来的污染物占流域城市面源的90%，其中COD占面源污染总量的98%。但目前，水体流域内对于面源污染的有效防控手段明显不足，流域面源污染有进一步加重的趋势。

2.2 内源污染现状问题及原因分析

1)污泥淤积量大，水体自净能力较差。有些水体流经地带水流较缓、水体交换能力差，加之支流污染较重，水底泥淤积量较大，同时由于多年未开展清淤，淤积的底泥持续释放污染物，对自净能力本就不高的水体造成了进一步的影响。

2)污染治理不及时，水环境进一步恶化。由于水体流域范围内现有环境污染的累加效应和滞后效应，若不及早治理，水环境将存在恶化的趋势，对整体水环境质量的达标将带来更大的压力，同时也对水体流域沿线生态环境保护造成巨大的威胁。在传统粗放式城市建设模式下，已受到破坏的水体和其他自然环境，进一步扩大污染的可能性更大。

2.3 管理机制现状问题及原因分析

1)责任主体不明确，湖库缺乏有效管理。目前，很多水体并未设置统一的监管责任部门，主体管理部门由其周边围建的小区物管进行分段负责，且只负责岸边管理，不负责水体管理，同时缺乏相应的监督部门。个别物管更是放弃了岸边管理，造成了岸边周边存在较为严重的污水直排、水面植物腐烂丢弃、生活垃圾随意丢弃等问题和现象。更有甚者，部分建筑土石方直接推入水体内，不仅挤占了水体容量，也严重污染了水体水质。建立智能化的环境执法监督管理平台，充分锻炼现场勘查、移动执法、应急处置等能力[5]。

2)环保宣传教育力度不足，管理手段单一。水体周边相关小区物业公司对社区内公众环保宣教力度不足，对影响和危害湖库水质的行为大都以口头教育等方式进行管理。有些物业公司也曾对社区内的畜禽养殖情况进行整顿，但由于缺少相关依据及行政力量支持，整顿成果收效甚微。水体周边居民环保认识差异较大，部分不自觉的居民可能会为了图方便而不爱护水源。政府加强环境法制建设力度，大力宣传环保知识，形成环保意识，共筑美好生活家园[6]。

3 水环境现状调查及评估方法

根据水环境现状问题及原因分析，总体思路为水体外截断污染源、水体内恢复水生态、水体管理长效化。水体外截断污染源以大力开展水体流域工业污染和生活污染整治为主，并加强水面漂浮垃圾清理；水体内恢复水生态以因地制宜实施水体生态功能修复措施为主；水体管理长效化以明确水体管理主体，落实管理机构、人员、制度、经费为重，建立水体管理长效机制。为准确摸清水环境现状及健康状况，对水质以及水生和底栖生物进行了调查和监测，并对其监测结果进行评价。

3.1 水质现状调查及评估

3.1.1水质监测断面设置及水质监测指标确定

对水质指标进行监测，合理确定水体监测点，合理进行分布。水质监测指标包括pH、DO、高锰酸盐指数、COD、BOD5、NH3-N、TP、TN、硫化物、叶绿素a及透明度11项。

3.1.2采样及分析方法

调查采样与分析方法见表1。

表1 采样与分析方法

3.1.3水质现状评价

地表水现状评价采用标准指数法进行评价，评价模式如下：

(1)

pH评价模式：

(2)

(3)

式中：Pi,j为i污染物在j监测点处的单项污染指数；Ci,j为i污染物在j监测点处的实测浓度，mg/L；Csi为i污染物的评价标准，mg/L；PpH为 pH的单项污染指数；pHsd为地表水水质标准中规定的pH值下限；pHsu为地表水水质标准中规定的pH值上限；pHj为j监测点处实测pH值。DO评价模式为：

(4)

(5)

(6)

式中：PDO为DO的单项污染指数；DOf为某水温、气压条件下的饱和溶解氧质量浓度，mg/L；DOj为溶解氧实测值，mg/L；DOs为溶解氧的水质评价标准限值，mg/L；T为水温，℃。按上述评价模式和评价标准，测算水环境水质指标。

3.1.4水体富营养化评价

1)湖泊(水库)富营养化状况评价方法

综合营养状态指数法。

2)综合营养状态指数计算公式

TLI(∑)=∑Wj·TLI(j)

(7)

式中：TLI(∑)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为代表第j种参数的营养状态指数。

以chla作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为：

(8)

式中：rij为第j种参数与基准参数chla的相关系数；m为评价参数的个数。

中国湖泊(水库)的chla与其他参数之间的相关关系rij及rij2见表2。

表2 中国湖泊(水库)部分参数与chla的相关关系rij及值

营养状态指数计算公式为：

①TLI(chl)=10(2.5+1.086lnchl)

(9)

②TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

(10)

③TLI(TN)=10(5.453+1.694lnTN)

(11)

④TLI(SD)=10(5.118-1.94lnSD)

(12)

⑤TLI(CODMn)=10(0.109+2.661lnCOD)

(13)

式中：叶绿素a chl单位为mg/m3；透明度SD单位为m；其他指标单位均为mg/L。

3)湖泊(水库)富营养化状况评价指标

叶绿素a(chla)、总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn)。

4)湖泊(水库)营养状态分级

采用0～100的一系列连续数字对湖泊(水库)营养状态进行分级，TLI(∑)与营养类别的对应关系见表3。

表3 TLI(∑)与营养类别的对应关系

根据上述公式对水体水质进行富营养化评价，由各采样点的综合营养状态指数及对应的营养类别得出水体富营养化状况。

3.2 水生生态环境现状调查及评估

为系统了解水体水环境健康状态，综合反映湖体健康，开展浮游植物、浮游动物、底栖动物等水生生物调查监测。通过浮游植物指示水体富营养化程度，利用浮游动物中特征物种评价水体富营养化程度，原生动物的出现及数量构成评价水质清洁和污染状态，底栖生物反映水生生态系统中水质污染状态和沉积物健康程度。

3.3 换水周期评估

水体换水周期(也称作水体交换周期)是自然界水文循环的效应反映，由于地球上水体的循环作用，导致地球上各种形式水体不断地进行交换及更新，从时间角度上来分析，不同形式的水体存在不同的更新交替期，可用水体交换周期来表征各种水体交替时间的长短。

因此，水体交换周期的计算公式通常为：

d=s/Δs

(14)

式中：d为水体交换时间，天；s为水体的容量(河湖多年平均蓄水量)，m3或万m3；Δs为该项水资源参与水平衡的活动量，(河湖生态需水量)，m3/s。

若水体的常年蓄水位基本不变，水体的入库水量与出库水量基本一致，上式可变化为：

T=V/Q

(15)

式中：T为水体换水周期，a；V为水体的常年库容，m3；Q为水体年入库水量，m3/a。

通常情况下，补给水主要来自于地表径流、湖面降水和支流污水等，因此，水体入库水量按照下式计算：

d=s/Δs

(16)

式中：Q为入库水量，m3；S地为地表径流，m3；H湖面为水面净入水量，m3；Q支流为支流来水量，m3；Q污水为水体外源污水量，m3。

随着城市市政基础设施将进一步完善，水体流域内大量的生活污水和工业废水将被市政管网截走，未来的水体外源污水量将会大幅下降，支流流量亦将大幅下降。

4 结语

我国是一个严重缺水的国家，而且南北、东西分布极其不均匀，水资源对国家的长久治安非常重要。改革开放以来，随着工业化和城镇化的快速发展，水环境污染的情况越来越多。党的十八大以来，习近平总书记高度重视环境保护，提出“绿水青山就是金山银山”，为水环境治理指明了方向。加强水环境现状调查及评估，对开展水体修复和环境综合整治具体非常重要的作用，也是打造优良生态环境和促进经济社会协同发展的助推器。对此，本文提出了水环境现状调查及评估的有关方法。随着我国经济实力的不断提升和对环境保护的更加重视，相信会有更加完善的水环境现状调查及评估方法，相信会有更加美好的和谐生活家园。