城市水环境治理理论与实践
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第2章 水环境现状调查

2.1 概述

杭州市每月对市区河道进行水质监测,再汇编入杭州市市区河道监管中心编制的《城市河道月度监管报告》。如2013年11月,对100条城市河道和2个湖泊的137个断面进行NH3-N、TP、高锰酸盐指数、DO、透明度、水温6项常规水质指标监测,除娄家湾河因施工断流无法采样,在监测的136个断面中,达到Ⅴ类(含)以上断面62个,占监测断面的45.6%。其中,Ⅲ类(含)以上断面共占19.12%;Ⅳ类占9.56%;Ⅴ类占16.91%,见图2.1。

图2.1 2013年11月杭州市城市河道各类水质分布比例图

2013年11月钱塘江水平均透明度34cm,与上月基本持平;运河平均水位1.44m,较上月下降0.55m。本月降雨量偏少,引配水量基本不受防汛影响,主要城市河道引配水总量为7115万m3,从钱塘江引水3699万m3(珊瑚沙引水工程自流引水2993万m3、中河双向泵站706万m3,为配合上城区实施新塘河生态改善项目,新塘河泵站暂停引水)。从运河、西湖等循环利用进行配水3416万m3(西湖948万m3、运河1052万m3、其他1416万m3)。主要城市河道平均透明度与上月基本持平,为51cm。2013年杭州市城市河道引水量、透明度变化走势图见图2.2。

除此之外,为进一步分析掌握市区河道水质,杭州市各相关部门做了大量分析调研工作,以下进行汇总分析和梳理。

图2.2 2013年杭州市城市河道引水量、透明度变化走势图

2.2 常规理化指标监测

2.2.1 监测时间、点位和项目

2014年7月至2015年7月,杭州市河道整治建设中心选取50条市区河道,进行了现状调研和理化指标监测。其中,已整治河道19条,未整治河道31条。现状调研河道分布图见图2.3。

(1)现场调查。河道现场调查选样原则为:

1)从历年开展整治工作的河道及未来3年需整治河道中选择。

2)从采用了水环境治理技术的河道中选择。

3)涵盖各水系片区和各城区。

河道现场调查主要内容包括河道的名称、地点、河道规模、功能定位、现状护岸情况、现状水质调查、两岸土地利用情况、滨河排水设施情况、河道闸坝设置情况、水质情况、底泥污染等。

(2)数据监测。针对调查河道进行水质理化指标的监测,包括黑臭、嗅和味、浑浊度(NTU)、pH值、DO、高锰酸盐指数、NH3-N、TP、TN和总大肠菌群。以2014年7月数据为例,统计见表2.1。

图2.3 现状调研河道分布图

调研河道水质监测数据 表2.1

续表

注 监测时《城市黑臭水体整治工作指南》尚未颁布实施,本书黑臭指标以人为评判为准,具体参照10.2.2.2节。

2.2.2 评价方法

目前常用的河道水质评价方法有单因子评价法、污染指数法和模糊综合评价法等。沿用杭州常规采用的单因子评价法。单因子评价法在现行国家水质标准中已确定评价原则,根据《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)选择水质最差的单项指标所属类别来确定水体综合水质类别。其方法是:首先要确定该水体评价标准,再用水体中各监测指标的监测结果对照该指标的分类标准,确定该指标的水质类别,在所有水体指标的水质类别中选取最差的水质类别作为水质综合评价的结果。该方法简单明了,可直接了解水质状况与评价标准之间的关系,是目前国内环境监测系统划分水质类别的常用评价方法。

2.2.3 评价结果

沿用现有市区河道水质达标率的概念,从水质理化指标和富营养化指标两个方面对运河片水系、上塘河片水系(运东片)、下沙片水系、上泗片水系以及江南片水系五大水系进行水质总体评价。

2.2.3.1 水质理化指标分析与评价

(1)片区总体达标情况。以Ⅴ类水为达标,采用单因子评价法,对各片区水质达标率情况进行统计(表2.2)。

(2)感官指标评价。从50条河道水质监测数据可看出,杭州市50条河道感官指标较好,基本消除了黑臭。

(3)有机物指标评价。杭州市大部分河段的高锰酸盐指数均能在Ⅴ类以上,只有少量河段的高锰酸盐指数属于劣Ⅴ类,即有机物微污染状态。

(4)营养物指标评价。分析NH3-N、TP数据,大部分在Ⅴ类以下,说明杭州河道属于富营养状态。

(5)卫生学指标评价。大肠杆菌数值均能在Ⅴ类以上,河道卫生学指标较好。

(6)已综合整治河道与未整治河道水质对比。通过对比19条已经实施综合整治的河道(图2.4中红色柱状表示)与31条未整治河道,整体而言,已经实施综合整治的河道水质好于未整治河道,但有个别河道水质仍然较差,原因是:① 个别河道较长,由于是分段整治(如九号港、六号港),且边界条件复杂,导致综合整治后水质改善不明显;② 部分河道综合整治偏重护岸、景观绿化等,虽然也实施了截污,但对混流污染、径流污染等考虑不足,造成水质改善不明显。

本次50个河道水质监测断面理化指标达标情况表 表2.2

注 达标率为以达到Ⅴ类及优于Ⅴ类水质的断面个数计算。

图2.4 调研河道水质主要理化指标与V类标准对比图

2.2.3.2 水质富营养化分析与评价

1.片区总体达标情况

采用营养状态综合评价方法,选取叶绿素a、TP、TN 3个单项指标的浓度值,分别计算水体单项指标的营养状态指数TLI

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

各个指标的营养状态指数计算式为:

式中:Chl-a为叶绿素a。

可由一些评价参数作为基准参数,对其他评价参数进行相关分析后,对相关系数归一化得出相关的权重,即

式中:rij为第j种参数与基准参数Chl-a的相关系数;m为评价参数的个数,采用0~100的一系列连续数值对水体营养状态进行分级,见表2.3。

杭州市用综合营养状态指数法对城区河道50个断面进行富营养化程度界定,大部分仍处于重度富营养状态。

2.富营养化限制性因子分析

分析TN/TP比,杭州河道TN/TP>16,因此,P为杭州河道富营养化的限制性因素。调研河道TN/TP比值见图2.5。

图2.5 调研河道TN/TP比值

河道水质富营养化指标分级表 表2.3

2.3 水生生物监测

2.3.1 监测时间、点位和项目

2011年3月至2012年3月,杭州市市区河道整治建设中心委托杭州市环境保护科学研究院对市区16条河道进行了水生态指标监测。对各监测点位共采样4次,每次采样时间间隔3个月,以获得一年四季不同的水质情况。同时根据上述河道的长度确定了每个河道的1~2个监测断面,见表2.4。

研究河道基本特征 表2.4

水生生物调查主要包括浮游植物种类和优势种、数量、生物量以及叶绿素a浓度的调查。

浮游植物测定方法:浮游植物数量的测定采用有机玻璃采水器在表层50cm采样,每个采样点取水样500mL,加入7.5mL鲁哥氏液固定。水样带回实验室后,用沉淀法48h后浓缩至50mL,取0.1mL水样于计数框中,在10×40显微镜下计数,计算出单位体积内的浮游植物数量。叶绿素a的测定:取100mL水样用WhatmanGF/C微孔玻璃纤维滤膜抽滤,滤膜低温干燥后用90%丙酮萃取叶绿素a,离心后用分光光度法分析。

2.3.2 评价结果

2.3.2.1 浮游植物

根据调查结果,杭州市各河道常见的浮游植物种类主要有:硅藻门的小环藻(Cyclotella)、直链藻(Melosira)、极小曲壳藻(Achnanthesminutissima)、放射针杆藻(Synedraberolinensis);蓝藻门的席藻(Phormidium)、鱼腥藻(Anabaena)、色球藻(Chroococcus);绿藻门的小球藻(Chlorellaellipsodea)、十字藻(Crucigenia)、栅藻(Scenedesmus);隐藻门的蓝隐藻(Chroomonasplacoidea);裸藻门的旋转囊裸藻(Trachelomonasvolvocina)。浮游植物的数量是水生生态系统结构功能的重要指标,杭州市各河道不同季节的浮游植物数量差别较大。从2011年3月的数据可以看出,除了幸福河、婴儿港、蓬架桥港、官河和花园徐直河以外,其他河道藻类密度均较低,数值在20×105个/L以下,其中蓬架桥港密度最高,达到476.94×105个/L。2011年5月浮游植物密度比3月低,基本都在25×105个/L以下,而古荡湾河、新开河、上塘河、和睦港、南黄港、麦庙港、六塘汶漾则在10×105个/L以下。2011年11月因采集样品的河道数较少,除了婴儿港密度为20.08×105个/L以外,新开河、上塘河、胜利河和六塘汶漾均在5×105个/L以下。杭州市河道浮游植物密度图见图2.6。河道浮游植物组成百分比图见图2.7。

2.3.2.2 叶绿素a

对杭州城市河道水体中叶绿素a进行调查。从图2.8可以看出杭州河道叶绿素a夏季最高,春秋季其次,冬季最低。夏季各河道叶绿素a均值为2.06μg/L,春季为1.00μg/L,秋季为1.04μg/L,冬季仅为0.002μg/L。各河道叶绿素a在不同季节变化也略有差异,春季各河道叶绿素a浓度变化不大,各河道叶绿素a值在0.54~1.29μg/L;夏季各河道叶绿素a变化差异变大,叶绿素a值在1.10~4.18μg/L,其中婴儿港、麦庙港、南黄港和余杭塘河叶绿素a值达到3.0μg/L;秋季叶绿素a值在0.64~3.05μg/L,红建河的叶绿素a值最高达到3.05μg/L;冬季叶绿素a浓度很低,全部河道叶绿素a浓度值在0.01μg/L以下。总体来说杭州城区各河道叶绿素a浓度不高。杭州河道叶绿素a季节变化见图2.8。

图2.6 (一)杭州市河道浮游植物密度图

图2.6 (二)杭州市河道浮游植物密度图

图2.7 杭州市河道浮游植物组成百分比图

图2.8 杭州河道叶绿素a季节变化图

2.4 沉积物监测

2.4.1 监测时间、点位和项目

2011年3月至2012年3月,杭州市河道整治建设中心委托杭州市环境保护科学研究院对市区16条河道进行了沉积物指标监测,对各监测点位共采样4次,每次采样时间间隔3个月,以获得一年四季不同的水质情况。具体点位同2.3节。

沉积物调查:沉积物中含水量、粒径分布、TN、TP、有机质含量、表层沉积物中P的形态组成。评估典型河段(即被选取的16条城市河道)沉积物所含主要营养盐对水环境的影响。

沉积物采样方法与测试方法:为了解杭州城区部分河道在经历疏浚清淤后其粒径的分布情况,特进行了粒径调查和有机质分布情况调查。由于被选取的城市河道宽度较小,采样时选择河道中间进行采样,采样仪器为抓斗式采样器,采取表层0~10cm沉积物,分别抓取3次,去除上覆水,然后混合至聚乙烯黑色塑料袋,做好标记,密封带回实验室。将样品平铺在塑料袋上,置于背光通风处自然风干,剔出砾石、杂草等物。自然风干后样品先过20目筛,使用玛瑙研钵研磨至极细。研磨时注意保持研钵干净,每个样品研磨前都要清洗研钵。研磨后过200目筛,用四分法取约100g作为待测样品,用棕色试剂瓶装好备测。测试方法即微波消解后原子吸收光谱法测定。

2.4.2 河道沉积物粒径调查

本次调查对杭州市河道沉积物粒径做了调查。监测河道沉积物粒径分布及有机质含量见表2.5,杭州市区河道沉积物粒径组成见图2.9。从表2.5和图2.9可见,杭州城市河道沉积物粒径主要以砂粒为主,平均含量达到73.5%,粉粒占18.9%,黏粒占8.4%,所以沉积物大多属于砂质壤土或砂土。但在上塘河水系中南黄港铁路桥沉积物则为黏壤土,主要是由于该河道附近道路正在施工,其沉积物主要为施工道路地下水的沉积物沉降。

从水系分布看,上泗片水系、下沙片水系沉积物为砂土或砂质壤土,运河片水系、江南片水系沉积物为黏壤土、砂土或砂质壤土,上塘河水系沉积物则为黏质壤土、黏壤土、砂土或砂质壤土。

研究发现河道沉积物粒径分布呈现两大特征,一是城郊接合部和已经清淤的河道主要以砂土或砂质壤土为主,例如上泗片水系中的3条河道;二是近期没有清淤的城区河道基本以黏壤土、黏质壤土为主,例如运河片水系中婴儿港,胜利河等。一般而言,河道没有清淤或清淤时间较久,其表层沉积物颗粒粒径越细,沉积物堆积较厚,而清淤过的河道或以灌溉为主的河道,其表层沉积物颗粒粒径较粗,沉积物堆积少、薄。

2.4.3 河道沉积物有机质空间分析

从表2.5和图2.10可见研究范围内河道沉积物有机质含量为0.88%~4.67%,平均2.43%,最大值出现在上塘河水系南黄港石桥路,最小值出现在下沙片水系幸福河德胜东路。从整体趋势来看,运河片水系有机质平均含量2.68%>上塘河片水系2.65%>江南片水系2.09%>下沙片水系1.88%>上泗片水系1.79%。根据调查,钱塘江沉积物有机质含量为1.16%~3.42%,平均1.45%,显然杭州市区河道沉积物有机质含量高于钱塘江,与“九五”“十五”期间杭州城市河道部分水域有机质监测值相比,杭州市区河道沉积物有机质含量普遍降低。研究发现,越接近城市建成区有机质含量越高,表明河道所承担的污染负荷越大,例如运河片水系主要位于西湖区和拱墅区,而上塘河片水系主要位于下城、上城、江干区,上述地区河道所处位置均为主城区。

对河道进一步研究分析发现,河道清淤与否与河道有机质含量呈正相关。清淤后的河道有机质含量显著低于未清淤河道,典型河道如婴儿港申花路桥、电厂热水河货场路桥、南黄港石桥路桥点。可见,河道清淤有助于大大降低河道沉积物有机质含量。

图2.9 杭州市区河道沉积物粒径组成

图2.10 杭州市区河道沉积物有机质含量分布

监测河道沉积物粒径分布及有机质含量 表2.5

图2.11 有机质含量与粒径组成相关分析散点图

2.4.4 沉积物有机质与沉积物粒度组成相关性分析

沉积物不同粒度的颗粒其比表面积会有很大的差异,不同的粒度组成使沉积物的孔隙率不同,从而造成沉积物对不同元素的吸附能力有所差异,对水体的底质环境产生影响。通常情况粒径较小的颗粒比表面积更大,其吸附能力更强,污染物更容易被其吸附,随时间推移而不断累积,并在一定条件下释放出来。较大的颗粒吸附能力较弱,附着于上面的污染物更容易释放到水体,并随水流迁移。

从图2.11以及运用统计分析软件SPSS17相关分析可知,杭州市区河道沉积物有机质含量与小颗粒(<20μm)百分含量呈显著正相关(相关系数R=0.515,显著程度P=0.002,小于显著性水平0.01),即沉积物粒度组成中小颗粒含量越多,有机质含量越高,沉积物所受有机污染程度也越严重,这与小颗粒具有较大比表面积和吸附能力有关。

2.4.5 沉积物重金属污染空间分布及评价

本次采样研究了《土壤环境质量标准》(GB 15618—2008)和《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284—84)中规定的8种重金属含量,见表2.6。其中镍在35个监测点中均未检出。

采用内梅罗污染指数PN进行评价(图2.12),有4个河道监测点处于轻度污染,有4个河道监测点处于尚清洁(警戒限),因此,污染样本超标率为11%。从空间分布看,运河片水系和上塘河水系污染相对较重,分别有两条河道监测点位为轻度污染。从污染物分担率来看,详见表2.7,主要为镉污染,其平均污染物分担率达到51.57%,其次为锌,其污染分担率达到18.15%,这与历史数据相吻合。

以潜在生态危害指数RI来评价,详见图2.13,34个河道沉积物监测点其潜在生态危害指数均处于强及很强,只有1个点位潜在生态危害指数为中等,说明由于重金属污染造成的生态危害风险非常高,其主要重金属污染物为镉。

采用《农用污泥中污染物控制标准》(GB 4284—84)进行评价,对碱性土壤上使用河道沉积物采用单因子评价法(表2.8),河道沉积物中主要超标污染物为重金属Zn,35个样品中,超标5个,样本超标率14.3%,分别为余杭塘河长桥、胜利河德胜苑桥、电厂河石祥路桥、古荡湾河翠柏桥、沿山浦,从河道水系分布看,超标河道点位位于运河片水系和上泗片水系。

对比其在酸性土壤中,重金属样品超标率由大到小依次为Zn、Pb、Cd、Cu,从河道来说,电厂热水河货场路桥、上塘河东新关桥、新开河望江路桥各有3个重金属超标,沿山浦、余杭塘河杭三桥、上塘河赤岸桥、南黄港石桥路桥各有2个重金属超标。

综合对比PN和RI两种评价方法的结果,见表2.9。按PN法所得的污染等级基本为清洁(安全)至轻度污染之间,而按RI法所得评价等级基本为强或很强,说明重金属污染对生态危害较大。内梅罗指数PN和潜在生态危害指数RI的分级标准分别见表2.10和表2.11。

部分河道沉积物重金属含量 表2.6 单位:mg/kg

续表

沉积物中污染物分担率 表2.7%

续表

采用GB 4284—84进行单因子评价 表2.8

续表

续表

图2.12 内梅罗污染指数评价

图2.13 潜在生态危害指数评价

两种评价方法对检测方法结果差异分析 表2.9

续表

内梅罗指数PN的分级标准 表2.10

潜在生态危害指数RI的分级标准 表2.11

粒径、有机质与重金属含量之间的相关性分析 表2.12

续表

① 在置信度(双测)为 0.01 时,相关性显著。

② 在置信度(双测)为 0.05 时,相关性显著。

2.4.6 沉积物粒度、有机质与重金属含量相关性分析

表2.12给出了粒径、有机质与重金属含量之间的相关性分析。沉积物粒径为粉粒和黏粒,与As含量呈显著正相关,而与砂粒呈显著负相关,这表明沉积物粒径越细,其As含量越高。有机质与Cd、Cr和Cu含量呈显著正相关,即有机质含量越高,Cd、Cr和Cu含量也越高,说明河道沉积物污染应该是复合型污染,既有有机污染,也有无机污染。As和Cd、Cd和Zn含量、Cr与Cu含量、Zn和Hg含量,均呈显著正相关含量。马秀平等人采用原子吸收分光光度法和原子荧光光谱法,测定了丹河水系干流及主要支流表层沉积物中Mn、Zn、Cu、Pb、Cd、Cr、Hg、As的含量,除了As和Cr之外,其他重金属元素之间均呈现较明显的正相关,表明在沉积物中这些重金属的含量具有共同的变化趋势,且具有一定的同源性。陈磊等人由重金属总量与总磷的相关性探源分析说明Cu、Zn、Cd主要来源于生活污水的排放。刘伟等人利用重金属与TP,重金属与Fe之间的相关性探源结果显示,小城镇生活污水的地表排放使得街道灰尘成为河流沉积物Pb的一个重要来源。魏荣菲分析有机质是影响其重金属分布的重要因素,Mn、Cr、Cu、Zn、Pb五种重金属相关性显著。吴光红等人研究沉积物的重金属含量与原状土壤的重金属含量之间没有相关性,沉积物中重金属元素之间的相关性也较差;但在底部原状土壤中,Hg、Cd、Zn和Pb之间的相关性强,其与有机质(OM)和TP的相关性也较强,Cr、Ni和As与OM和TP的相关性差,Hg、Cd、Zn和Pb具有相似的环境地球化学行为,明显受到人类活动的影响。唐阵武等人调查了武汉市9条中小河流表层沉积物中7种重金属的含量及其不同形态组成,相关分析和主成分分析表明,Pb和Cd可能主要来源于大气沉降和城市污水,Cr、Zn和Hg来源于金属加工冶炼,而As来源于岩石风化等地球化学过程。

上述相关性研究说明,沉积物中这些重金属的含量具有共同的变化趋势,且具有一定的同源性。因此,沉积物中的污染物主要来自大气沉降和城市污水。

2.5 重金属指标监测

2.5.1 监测时间、点位和项目

杭州市河道监管中心在2008年2月18日—2009年12月5日对杭州市城区的18条河道进行了水质定期监测,并选取7个典型断面进行了重金属重点监测,包括Cu、Zn、Se、As、Hg、Cd、Cr6+、Pb等。

2.5.2 评价方法

杭州市城区河道应符合地表水Ⅴ类标准,因此以Ⅴ类水质标准为基准。为了保证风险评价的安全性,选取监测期间重金属浓度最大值,并根据《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)进行评价。

2.5.3 评价结果

污染分析见表2.13,通过分析得出大部分断面的各种重金属含量都能稳定在Ⅰ类水平,除了:①拱宸桥、闸口、珊瑚沙、闻家堰断面的Zn偶尔会出现Ⅱ类水平;②闻家堰断面的Hg偶尔会出现Ⅲ类水平;③拱宸桥、瓶窑的Pb偶尔会出现Ⅲ类水平。根据标准GB 3838—2002,Ⅲ类及Ⅲ类以上的地表水都可作为地表水源保护区、鱼虾越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳期。因此杭州市河道基本不存在重金属污染的风险。

2008—2009年杭州市7个典型河道断面的重金属污染分析 表2.13 单位:mg/L

注 DL是英文Detection limit的缩写,表示可测量到的最小信号。

2.6 有毒有害物质监测

2.6.1 监测时间、点位和项目

2008年2月18日至2009年12月5日,杭州城区选取了7个典型河道断面(表2.14),监测氟化物、氰化物、挥发酚、石油类、阴离子表面活性剂、硫酸盐、氯化物、硝酸盐等有毒有害有机物的含量。

2.6.2 评价方法

杭州市城区河道应符合地表水Ⅴ类标准,因此本书以Ⅴ类标准为基准。根据GB 3838—2002对杭州市各河道水质进行评价分析,并采用污染分担率分析方法对河道不同污染因子进行分析和评价。

2.6.3 评价结果

为了保证风险评价的安全性,选取监测期间有机物浓度的最大值。分析可知:基本上所有断面的各种有毒有害有机物的含量都能稳定在Ⅰ类水平,除了拱宸桥、珊瑚沙、闻家堰的石油类有机物出现Ⅳ类情况,最大值分别为0.05mg/L、0.17mg/L、0.07mg/L,而这几个值都出现在2008年,在2009年的水质监测中并未出现石油类有机物浓度大于0.05mg/L的情况,一直稳定在Ⅰ类水平。因此可以表明,杭州市城区河道基本不存在有毒有害污染物的风险。

2008—2009年杭州市7个典型河道断面的有毒有害物质分析 表2.14 单位:mg/L

注 DL是英文Detection limit的缩写,表示可测量到的最小信号;“—”表示没有监测。

2.7 地下水监测

2.7.1 监测时间、点位和项目

2009年杭州市环境监测中心对杭州市区地下水进行了水质监测,监测共2次(第1次采样为5—7月,第2次采样为11—12月),得出2次监测数据的平均值。监测点位见表2.15。

监测项目为pH值、高锰酸盐指数、NH3-N、总硬度、Cr6+、TCN-、NO2--N、挥发酚、Hg、As、细菌总数、总大肠菌群、F-、Cl-、Pb、Cd、Fe、Mn。

各主城区监测井概况 表2.15

续表

2.7.2 评价方法

采用单项参数和综合评分法对杭州市主城区2009年年平均地下水水质监测结果进行质量评价。

根据《地下水质量标准》(GB/T 14848—93)规定和杭州市主城区浅层地下水的实际情况,选择了13项作为评价项目。由于全部浅层地下水中总大肠菌群均>100个L-1,为劣Ⅴ类,根据内梅罗污染指数计算综合评分值F,其中Fmax=10,评定的水质较差主要是此原因。同时细菌学指标不作为地下水质量级别评定指标,所以评定时,总大肠菌群和细菌总数不作为评价参数。

首先进行各单项组分评价,按照GB/T 14848—93所列分类指标划分为5类,代码和类别代号相同,不同类别标准值相同时,从优不从劣,确定单项组分评价分值Fi,见表2.16。例如,挥发酚类Ⅰ、Ⅱ类标准值均为0.001mg/L,若水质分析结果为0.001mg/L时,应定为Ⅰ类。

单项组分评价分值 表2.16

其次,选用内梅罗污染指数计算综合评分值F,综合评分值F的确定方法为

式中:F为各单项评价分值Fi的平均值;Fmax为单项评价分值中的最大值;n为项数。

最后,根据F值划分地下水质量级别,见表2.17。

综合评价分值级别 表2.17

2.7.3 评价结果

2.7.3.1单项水质参数评价

根据监测数据和评价结果,杭州市主城区监测的水井中超标井率为100%,超标井指超过GB/T 14848—93Ⅲ类标准的水井,已无法作为集中式生活饮用水水源。各监测井中、NH3-N和高锰酸盐指数超标,超标率分别为46.7%、40%和20%,细菌总数(超标率73.3%)和总大肠菌群(超标率100%)超标,除去两项生物性指标,污染类型主要表现为氮污染。

位于拱墅区的临河井为1.83mg/L,超过地下水Ⅲ类标准(0.02mg/L)约90倍;江干区的宋井NH3-N为9.87mg/L,超地下水Ⅲ类标准(0.2mg/L)约50倍。按照区域分布分析,和NH3-N指标超标现象主要集中在拱墅区、下城区和上城区。位于拱墅区的万善井和石板巷井的NH3-N分别为3.44mg/L和4.69mg/L,超过地下水Ⅲ类标准约20倍。下城区4口井(除梁宅井外)NH3-N均超过地下水Ⅲ类标准,钱王井的NH3-N高达6.02mg/L。

拱墅区和下城区均有2口井高锰酸盐指数超标,分别为临河井(4.46mg/L)、万善井(4.86mg/L)、钱王井(3.08mg/L)和胭脂新村l号井(3.16mg/L)。此外拱墅区的街心井(pH值为9.44)和院庭井(pH值为9.20)还存在pH值超标现象。

而总大肠菌群和细菌总数等生物指标超标无明显地理分布特征,所有监测点位全都超标。其中,总大肠菌群最高为230个/mL,细菌总数最高达130000个/mL(西湖区的安乐井)。

除西湖区外,其他城区监测井Fe、Mn超标,超标率分别为26.6%和36.7%。下城区的五里塘苑井Fe为3.33mg/L,超标达10倍以上;其次为风景名胜区的双井(1.68mg/L)和拱墅区的石板巷井(1.47mg/L);而上城区的金鱼弄1号井Mn为2.68mg/L,超标26倍,其次为下城区五里塘苑井(1.63mg/L)和胭脂新村1号井(1.33mg/L)。

2.7.3.2 水质综合评价

根据2009年的实测资料,杭州市主城区浅层地下水水质较差,已不能满足饮用要求,见表2.18。其中,地下水为Ⅱ类标准的监测井有3个,占总监测井数的10%,为Ⅲ类标准的监测井有1个,占总监测井数的3%,而剩余的监测井水质均为Ⅳ和V类标准(Ⅳ、Ⅴ类水监测井分别占总监测井数的47%、40%)。

各主城区监测井浅层地下水评价结果 表2.18

续表

注 总大肠杆菌和细菌总数不作为评价参数。

2.7.3.3 水质现状成因分析

杭州市主城区浅层地下水,主要补给来源于地表水,部分来源于大气降水。“三氮”超标现象普遍,而主要污染项目为、NH3-N和高锰酸盐指数、总大肠菌群及细菌总数,这说明杭州市主城区浅层地下水水质已经受到人为活动的影响。

农业面源污染和生活污水,是造成杭州市主城区浅层地下水氮污染的主要原因。主城区地下水长期受生活污水、乡镇工业废水、农业面源等污染严重,特别是农药、化肥和除草剂等面源污染源已成为主城区农业种植区(主要分布在西湖区和江干区)地下水的主要污染源。农药、化肥和除草剂等残留物质长年积累于土壤中,随着灌溉水及雨水的淋溶,随补给地下水的水源,通过岩石空隙进入地下水,入渗污染地下水。同时积存在土壤中的化肥、农药的残留物质,随汛期洪水的冲刷进入地表水,而主城区的平原河网区地下水埋藏较浅,包气带厚度薄,岩性粗,过滤自净能力较差,入渗途径短,地表的易溶物质易进入地下水中,进而间接污染地下水,造成地下水污染。

拱墅区、NH3-N含量较高,氮污染较为严重。主要原因是多数企业老厂分布于此,工业废水排放有相当程度达不到标准,加之排放时防渗措施较差,使其渗入地下污染地下水。通过现场调查,发现在临河井和万善井2个监测井附近有居民在进行洗衣等活动,这些可能也是造成监测井、NH3-N和高锰酸盐指数等指标超标的原因之一。

下城区NH3-N、高锰酸盐指数超标,存在富营养化问题。这与下城区人口居住密集,未改造的居民老房较多,生活污水排放防渗措施较差有很大关系。

西湖区大部分山区,浅层地下水为基岩裂隙水,水源补给主要来自大气降水,因此呈酸性,pH值偏低,NH3-N偏高。

江干区为郊区菜农聚集区,分布较多的污水池、粪便池,对地下水造成污染。

西湖风景名胜区浅层地下水受西湖水水质影响较大,2003年起,西湖开始大规模引进钱塘江水,由于钱塘江流域连续几年降水量低,加上上游地区产业结构不合理,一些企业污水排放过大,导致水体中NH3-N含量超标。当时相关水域的水质只保持在地表水Ⅱ、Ⅲ类标准,勉强符合饮用水要求,且经常受到咸潮和流域内工农业污染的影响。而随着西湖大规模的引进钱塘江水,地表水渗透导致了西湖风景名胜区浅层地下水受污染。

杭州市主城区浅层地下水Fe、Mn超标,主要受原生地质环境的影响,部分化学组分经淋滤作用渗入地下水,导致主城区浅层地下水中个别区域Fe、Mn超标,并非人为所致。