周 超，高乃云，赵世嘏，2，楚文海

（1.同济大学 污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092；2.苏州市自来水公司，江苏 苏州 215000）

生活、工业和农业的快速发展需求充足的水量和良好的水质［1］，而近年来过量的生活和工业污水排放已严重超出河水的自净能力，使自然水质恶化［2］，危害公共健康［3］.由水污染导致的水资源短缺已成为限制可持续发展的至关重要因素［4］.目前上海市自来水厂以黄浦江为主要饮用水源，长江为辅助水源.由于上海地处太湖流域下游，所以黄浦江上游水质不仅受江苏、浙江来水的影响，还受上海市大量生活和工业污水污染，水质仅为Ⅲ到Ⅳ类.因此，上海被列为全国36个水质型缺水城市之一，更是联合国预测21世纪饮用水缺乏的世界六大城市之一.长江水质相对优于黄浦江，上海市有关部门投入巨资修建了避咸蓄淡的青草沙水库，容积达7亿m3，作为上海市新水源地，具有淡水资源充足、水质优良稳定、水源易保护、运行成本低等优势［5］，建成后供水规模占全市原水供应的50%以上，受益人口超过1000万人.其水质好坏直接关系到人民群众的生命健康，因此全面进行上海青草沙水库水质调查，对水库水质进行评价具有非常重要的现实意义.

1 实验内容与方法

本试验研究目的是通过对上海青草沙水库水质的调查和评价，为其作为饮用水水源的水处理工艺选择及饮用水安全保障技术研究提供参考依据.实验内容包括：对上海青草沙水库水质变化情况进行检测，时间为2009年4月到12月.分别从水库的库首、库中、库尾取样，以期反映水库的整体情况.采样频率为每月一次，其中7，8，9三个月加密监测，每月实测2次，共开展12次监测.从常规理化指标、有机物指标、藻类和营养盐指标4方面对水库水质进行调查.采用国家环境监测站推荐的地表水水质评价方法——水污染指数法（WPI）对上海青草沙水库各取样点在监测期内的水质进行评价.

上海青草沙水库由中央沙库区、青草沙库区、水库弃泥区3个部分组成，水域面积66.26km2，其中中央沙库区面积14.28km2；青草沙库区面积51.98 km2（含青草沙垦区2.18km2）；弃泥区面积4.60 km2；环库大堤总长48.79km.水库设计有效容积为4.35亿 m3，总容积为5.24亿 m3，供水规模为719万 m3·d－1.采样站点布设如图1所示，其中2，3，4，5，6，7号点位为库内监测点，采样方法依据国家环保总局《地表水和污水监测技术规范》（HJ／T91—2002）进行现场采样.

图1 采样站点布设图［5］Fig.1 Picture of sampling sites

2 结果与讨论

2.1 水质调查结果

2.1.1 pH 值

如图2所示，各监测点的pH值均处在碱性范围，且变化趋势大致相同，11月开始，pH显著下降.藻类生长旺盛时，光合作用消耗的CO2使水中氢离子减少，pH值升高.而11月后，温度不适合藻类生长，故水中CO2量增加，pH值降低.

2.1.2 高锰酸盐（CODMn）指数

由图3所示，高锰酸盐指数峰值出现在8月至10月.5号点的有机物质量浓度明显高于其他点位，表明其水质最差.水库ρ（CODMn）最大时超过6mg·L－1，对应《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质.

2.1.3 五日生化需氧量（BOD5）

由图4可看出，水库水ρ（BOD5）长年在4mg·L－1以下，对应《地表水环境质量标准》中的Ⅲ类水质.5，6，7号点ρ（BOD5）值较大，水质相对较差.9月至11月间ρ（BOD5）有上升阶段，原因在于藻类死亡后其组织残体氧化消耗了大量氧.由于上海青草沙水库外围保护较好，不存在工业污染，故推断藻类生长是影响其水质的主要因素之一.

2.1.4 藻类

由图5可知，2009年水库藻类高峰出现在8月至10月，与前面有机物指标值升高相对应.调查期间，藻类含量最高为7.69×107个·L－1，最低为0.12×107个·L－1.从7月开始，由于温度、光强等因素适合藻类生长，5号点藻类密度大幅增加.而从其他点数据看，藻类含量也有增加，但增幅不大，均在0.6×107个·L－1以下.表明水库整体藻类密度相对较小.

图5 各点位藻类密度随时间的变化Fig.5 Variation of algae density with time in different sites

周金金等［6］对青草沙水库中氮磷质量浓度的研究表明，水库水氨氮质量浓度较低，在0.45mg·L－1以下，亚硝酸盐氮［7］与硝酸盐氮质量浓度分别在0.1和2.0mg·L－1以下，而总氮质量浓度在0.5～2.5mg·L－1之间，总磷质量浓度均在0.2mg·L－1以下.

2.2 水库水质评价

水质评价是按照评价目标，选择相应的水质参数、水质标准和评价方法，对水体的质量利用价值及水的处理要求作出评定.其目标在于能准确地指出水体的污染程度，了解掌握主要污染物对水体水质的影响程度以及将来的发展趋势，为水资源的保护和综合应用提供原则性的方案和依据.

本文采用水污染指数法（WPI）［8］，以《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中pH 值，溶解氧（DO），高锰酸盐指数（CODMn）、五日生化需氧量（BOD5）、氨氮［6，9］、总磷（TP）［6］和总氮（TN）［6］7项地表水环境质量标准基本项目进行评价.首先是根据GB3838—2002规定的标准值，确定各项水质单个指标质量浓度值对应的水质类别，然后由公式（1）计算出污染指数，再由公式（2）得出监测点位的污染指数.按照表1中水质类别与水污染指数值的对应关系，确定各监测点位的水质类别.考虑到总氮是我国水体中常见的超标因子，为详细了解上海青草沙水库的污染情况，分别对包括和不包括总氮的情况进行了评价.

表1 水质评判指标［8］Tab.1 Water quality evaluation index

式中：ρ（i）为第i个水质指标的质量浓度；ρi（i）为第i个水质指标所在类别标准的下限质量浓度；ρh（i）为第i个水质指标所在类别标准的上限质量浓度；IWPIi为第i个水质指标所在类别标准下限质量浓度所对应的指数值；IWPIh为第i个水质指标所在类别标准上限浓度值所对应的指数值；IWPI为第i个水质指标所对应的指数值.

2.2.1 2号点水质评价

由表2可知，水库2号点总氮IWPI值最大为92.0，对照表2，水质是我国《地面水环境质量标准》（GB3838—2002）V类；IWPI值最小为44.0，为III类，说明2号点位总氮指标为III～V类，这与实测总氮质量浓度直接对照GB3838—2002规定的类别得出的结论一致.同时也证明WPI这种评价方法的可靠性.同理，氨氮为I～II类；pH为I类；DO基本上为I类；TP基本上为II类；CODMn基本上为II类；BOD5基本上为I类.总之，2号点污染程度最重因子为总氮.氨氮，pH，DO 污染程度较轻，其次为 TP，CODMn，BOD5.7—8月，由于总氮质量浓度影响，水体判定为Ⅴ类；其他时间水质相对较好，在Ⅲ～Ⅳ类之间，监测期水质最好的时间为10月29日和11月25日.不考虑总氮影响时，水质基本在Ⅱ类以上，整体Ⅲ类以上，满足作为饮用水水源地的要求.

2.2.2 3号点水质评价

由表3可知，3号点总氮IWPI值最大为89.2，水质是V类；IWPI值最小为44.0，对应为III类，说明3号点的总氮指标为III～V类.3号点氨氮基本上为I类；pH为I类；DO基本上为II类，TP基本上为II类；CODMn基本上为II类；BOD5基本上为I类.3号点污染程度最重的因子为总氮.氨氮，pH，DO，BOD5污染程度较轻，其次为TP，CODMn.4月15日、7月28日、8月13日和27日为Ⅴ类；其他时间水质在Ⅲ～Ⅳ类之间，超标因子为总氮.监测期水质最好的时间为10月29日和11月25日.不考虑总氮影响时，监测期水质均在Ⅱ类以上，达到生活饮用水地表水源地一级保护区的标准.

表2 2号点水质评价结果Tab.2 Water quality evaluation of Site 2

表3 3号点水质评价结果Tab.3 Water quality evaluation of Site 3

2.2.3 4号点水质评价

由表4可知，4号点总氮IWPI值最大为95.6，水质是V类；IWPI值最小为48.0，水质对应为III类，说明库中4号点总氮指标为III～V类.氨氮为I～II类；pH为I类；DO为I～Ⅲ类；TP基本上为II类；CODMn为I～Ⅲ类；BOD5均为I类.4号点在4月15日、8月13日和27日为Ⅴ类，其他时间水质在Ⅲ～Ⅳ类之间，超标因子为总氮.氨氮，pH，BOD5污染程度较轻，其次为DO，TP，CODMn.监测期水质最好的时间为10月29日和11月25日.不考虑总氮影响时，除了7月28日和9月28日，水质均在Ⅱ类以上，整体Ⅲ类以上，完全满足作为饮用水水源地的要求.

表4 4号点水质评价结果Tab.4 Water quality evaluation of Site 4

2.2.4 5号点水质评价

由表5可知，5号点总氮IWPI值最大为100.8，水质是劣V类；IWPI值最小为49.3，水质对应为III类，说明5号点总氮为III～劣V类.氨氮为I～II类；pH为I类；DO基本上为I～Ⅲ类；TP基本上为II类；CODMn为II～Ⅳ类；BOD5为I到Ⅳ类.5号点在4月到8月为Ⅴ类，5月18日甚至达到劣Ⅴ类；9月之后在Ⅲ～Ⅳ类之间，超标因子为总氮.氨氮，pH污染程度较轻，其次为DO，BOD5，TP，CODMn.监测期水质最好的时间为11月25日和12月29日.不考虑总氮影响时，除了9月28日，水质均在Ⅲ类以上，完全满足作为饮用水水源地的要求.

表5 5号点水质评价结果Tab.5 Water quality evaluation of Site 5

2.2.5 6号点水质评价

由表6可知，6号点总氮IWPI值最大为96.0，水质是V类；IWPI值最小为44.0，水质对应为III类，说明6号点总氮指标为III～V类.氨氮为I～II类；pH为I类；DO为I类；TP基本上为II类；CODMn基本上为II类；BOD5基本上为I类水质.6号点在4月15日、7月13日、8月13日和9月28日为Ⅴ类，其他时间水质在Ⅲ～Ⅳ类之间，超标因子为总氮.氨氮，pH，DO 污染程度较轻，其次为 BOD5，TP，CODMn.监测期水质最好的时间为10月29日和11月25日.不考虑总氮影响时，除了9月16日，水质均在Ⅱ类以上，整体Ⅲ类以上，完全满足作为饮用水水源地的要求.

2.2.6 7号点水质评价

表6 6号点水质评价结果Tab.6 Water quality evaluation of Site 6

由表7可知，7号点总氮IWPI值最大为87.6，原水水质是V类；IWPI值最小为40.8，水质对应为III类，说明7号点总氮指标为III～V类.氨氮为I～II类；pH为I类；DO基本上为I类；TP基本上为II类水质；CODMn为II类；BOD5基本上为I类.7号点在4月15日、7月13日、8月13日为Ⅴ类，其他时间水质在Ⅲ～Ⅳ类之间，超标因子为总氮.氨氮，pH，DO，BOD5污染程度较轻，其次为 TP，CODMn.监测期水质最好的时间为10月29日和11月25日.不考虑总氮影响时，除了7月28日 、8月27日和9月16日，水质均在Ⅱ类以上，整体Ⅲ类以上，完全满足作为饮用水水源地的要求.

表7 7号点水质评价结果Tab.7 Water quality evaluation of Site 7

3 结论

2009年4月到2009年12月，从常规理化指标、有机物指标、藻类和营养盐指标4方面对水库水质进行了调查，并采用国家环境监测站推荐地表水水质评价方法——水污染指数法（WPI）对上海青草沙水库水质进行了评价.结果表明，各项指标变化均与水中藻类生长有关系，因此藻类生长是影响水库水质的重要因素.上海青草沙水库作为饮用水水源应着重加强饮用水处理中的除藻、除微污染有机物的工艺，保障饮用水水质安全.各监测点位中5号点水质最差，包括总氮的情况下，5月18日甚至低达劣Ⅴ类，水库整体为Ⅳ类水质.不包括总氮评价时，除了9月28日，水质均在Ⅲ类以上；3号点水质较好，包括总氮的情况下，4月15日、7月28日、8月13日和27日为Ⅴ类；其他时间水质在Ⅲ～Ⅳ类之间，不包括总氮评价时，监测期水质均在Ⅱ类以上.综合判断，青草沙水库水质满足作为饮用水水源地的要求.

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