爱因斯坦小组.docx
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爱因斯坦小组
2009级环境科学○爱因斯坦小组
环规湖水质监测实验
实
施
方
案
实验人员：
汪晓东韦天皓
房文艳申小果
房继德
实验日期：
2011年3月~6月
第一部分研究区域环境概括
一、开封市环境概括
（一）城市概括
开封是北宋时的国都，简称汴，现为河南省地级市，是我国七大古都和国务院首批公布的24座历史文化名城之一。
开封地处中华民族历史文化摇篮的黄河之滨，是一座历史文化悠久的古城。
在中国的历史上，开封曾被称为大梁、汴梁、东京、汴京等。
自建城至今已有2700多年的历史。
战国时期的魏国，五代时期的后梁、后晋、后汉、后周以及北宋和金七个王朝曾先后建国都于开封，故称“七朝故都”。
开封界于东经113°51′51″—115°15′42″，北纬34°11′43″—35°11′43″，位于河南省中部偏东，是黄河冲积扇平原的尖端。
海拔69米至78米，总面积6444平方公里，其中市区面积362平方公里。
南北宽约92公里，东西长约126公里。
其在中国版图上处于豫东大平原的中心部位。
开封是中原地区黄河沿线重要的旅游城市，2001年被国家旅游局命名为中国优秀旅游城市。
悠久的历史，深厚的文化积淀，使开封享有七朝都会、文化名城、大宋故都、菊城之盛名。
遍布市县的名胜古迹，依稀可寻的古城风貌，特色浓郁的民俗文化，绚丽多姿的秋菊，显示了古都的风韵和魅力。
（二）自然概括
开封属暖温带大陆性季风气候，四季分明，光照充足，气候温和，雨量适中。
年平均气温14℃，年均降雨量670毫米，林木覆盖率高于全国平均水平。
开封坐落于广袤的豫东平原之上，境内无山，河流、湖泊较多，气候温和，雨量充足，地上地下水资源丰富，自然生态环境较好。
开封的河流分属黄河、淮河两大水系。
其中流域面积在100平方公里以上的有黄河、涡河、惠济河、贾鲁河等32条。
城区拥有龙亭、铁塔、禹王台三大园林风景区，包公湖、龙亭湖、铁塔湖有水系相通，湖水面积占城区面积的四分之一，素有北方水城之美誉。
据1999年统计资料，城区绿化覆盖率为34.4％，境内森林覆盖率高于全国平均水平。
噪音平均值为57.2分贝，空气污染综合指数为88.7，饮用水质达标率大于95％，均控制在国家标准之内。
树木以桐树、柳树、槐树为主。
黄河滩区、柳园口湿地自然保护区是众多鸟类的天然栖息地。
农作物以小麦、棉花、玉米、大豆、花生为主。
石油、天然气、地下矿泉水资源储量也比较丰富。
然而据《2008年开封市环境状况公报》，经过各方的努力，全市环境质量有所改善，但是，环境污染的状况并未得到根本的遏制，生态环境较为脆弱，环境形势依然严峻。
下面依次介绍全是水环境状况。
河流——2008年，开封市6个地表水出境责任目标断面水质COD平均达标率为91.8%，而全市监控河流综合水质均劣于《地表水环境质量标准》中V类标准，污染较重的东郊沟、药厂河、惠济河、马家河，其主要的污染指标为氨氮、五日生化需氧量、挥发酚、高锰酸盐指数等。
湖泊——龙亭湖和包公湖遭到不同程度的污染，但污染程度低于城市河流。
与上年相比，龙亭湖污染程度基本不变，包公湖的程度有所减轻。
主要指标为五日生化需氧量、高锰酸盐指数，均达到地表水环境质量V类标准。
地下水——2008年开封市对地下水监测井位进行了调整，从监测结果来看，地下水质级别较差。
主要超标项目为亚硝酸盐、氟化物等，其他各种污染物的检出弄都比较低，基本符合地下水IＩＩ类标准。
城市饮用水源地——2008年全市饮用水源地水质状况良好，水质级别为良，达标率100%，与上年持平。
废水以及污染物排放情况——2008年全市工业废水排放达标率为96.11%。
（三）社会经济概括
建国以来特别是改革开发以来，开封经济和社会事业发展迅猛，城市建设、工业、农业、交通、通讯、商业、旅游业均取得了显著的发展成就。
开封十分注重基础设施建设，积极创造对外开放的良好环境，在保护和完善老城区的基础上，努力向新兴的现代化城市迈进。
全市现有工业企业3580家，形成了以化工、机械、轻纺、食品、医药等为支柱的产业体系。
开封地处豫东平原，气候温和，雨量适中，水利发达，农副产品资源丰富，发展农、林、牧、渔业自然条件得天独厚。
所属五县均是全国商品粮和小麦生产基地，也是全省小麦、棉花、花生、大豆的重要产区。
二、环规湖周边环境概括
环规湖是环境与规划学院门前的湖，在此我们将其命名为环规湖，该湖是河南大学校园内一个小型的人工湖，位于南部。
湖的东、西、北三面均为学校建筑物，呈不规则形状。
有一座桥连通南岸与北岸。
湖底有淤泥和鹅卵石，湖内有藻类植物、海绵、莲、水蛭、鱼等生物。
岸边植有垂柳及绿化草皮等。
校内湖（河流）贯穿东西，与整个学校溶为一体，本应该是学校最亮丽的一道风景线。
但是由于水源缺乏，湖内水无法流通，且湖内垃圾经常得不到及时清理，湖水受到污染，导致水体恶化，湖水泛绿并且发臭，严重影响学校的形象，据了解校内湖本来规划是引用马家河水流入再流回马家河，但由于建设工程复杂以及费用较高，以至于没有执行，目前靠人工蓄水。
所以现在的校内河变成了校内湖，校内湖的治理已经迫在眉睫。
第二部分实验研究方法
一、技术路线
二、采样点的布设
（一）环规湖采样点分布图
（二）采样点布设方法及原则
环规湖属于人工湖泊，湖泊通常只设监测垂线，通过对所监测区域的实地考察，因为湖泊没有进水区、出水区，所以在湖泊的不同水域（如深水区、浅水区、湖心区、岸边区）按照水体类别和功能设置监测垂线。
根据实地调查，湖泊在桥的两侧大致对称分布，湖水在桥处贯通连接，所以在深水区设置2个，浅水区设置2个，湖心区设置2个，岸边区设置2个共八条监测垂线。
其中深水区、浅水区、岸边区左右两侧各设一个，而湖心区因为考虑到取水样的难度，所以将湖心区的地点设在左右两侧湖水流通交换的桥下，从此湖流进彼湖的进水或者出水口处。
而深水区和浅水区则分别在湖水相对最深和相对最浅的地点，岸边区则选择离岸较近且具有代表性的地方。
布设好监测垂线后，根据水深来布设采样点，根据此次的测量，因为此湖泊为人工湖，所以湖泊的水深都较浅。
其中浅水区的水深为37cm、40cm.所以在1/2水深处设置一个采样点。
经过调查和测量其余的六个监测垂线的水深均大于0.5m小于5m，所以其余的六个采样点均在水面下0.5m处设置，在采样点处取水样。
（三）样品的测定方法
表1地表水环境质量标准基本项目分析方法
序号
项目
分析方法
最低检出线（mg/L）
方法来源
1
水温
温度计法
GB13195-91
2
PH值
玻璃电极法
GB6920-86
3
溶解氧
碘量法
0.2
GB7489-87
电化学探头法
GB11913-89
4
高锰酸盐指数
酸性高锰酸钾法
碱性高锰酸钾法
0.5
GB11892-89
5
化学需氧量
重铬酸钾法
10
GB11914-89
6
五日生化需氧量
五日培养法
2
GB7488-87
7
氨氮
纳氏试剂比色法
0.05
GB7479-87
水杨酸分光光度法
0.01
GB7481-87
8
总磷
钼酸氨分光光度法
0.01
GB11893-89
9
总氮
碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法
0.05
GB11894-89
10
铜
2,9-二甲基-1,10-菲啰啉分光光度法
0.06
GB7473-87
二乙基二硫代安基甲酸钠分光光度法
0.010
GB7474-87
原子吸收分光光度法（螯合萃取法）
0.001
GB7475-87
11
锌
原子吸收分光光度法
0.05
GB7475-87
12
氟化物
氟试剂分光光度法
0.05
GB7483-87
离子选择电极法
0.05
GB7484-87
离子色谱法
0.02
HJ/T84-2001
13
硒
2,3-二氮基萘荧光法
0.00025
GB11902-89
石墨炉原子吸收分光光度法
0.003
GB/T15505-1995
14
砷
二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法
0.007
GB7485-87
冷原子荧光法
0.00006
1）
15
汞
冷原子吸收分光光度法
0.00005
GB7486-87
冷原子荧光法
0.00005
1）
16
镉
原子吸收分光光度法（螯合萃取法）
0.001
GB7475-87
17
铬（六价）
二苯碳酰二肼分光光度法
0.004
GB7467-87
18
铅
原子吸收分光光度法（螯合萃取法）
0.01
GB7475-87
19
氰化物
异烟酸-吡唑啉酮比色法
0.004
GB7487-87
吡啶-巴比妥酸比色法
0.002
20
挥发酚
蒸馏后4-氨基安替比林分光光度法
0.002
GB7490-87
21
石油类
红外分光光度法
0.01
GB/T16488-1996
22
阴离子表面活性剂
亚甲蓝分光光度法
0.05
GB7494-87
23
硫化物
亚甲基蓝分光光度法
0.005
GB/T16489-1996
直接显色分光光度法
0.004
GB/T17133-1997
24
粪大肠菌群
多管发酵法、滤膜法
1）
注：
暂采用下列分析方法，待国家方法标准公布后，执行国家标准。
1）《水和废水监测分析方法（第三版）》，中国环境科学出版社，1989年。
*本标准规定的项目标准值，要求水样采集后自然沉降30min，取上层非沉降部分按规定方法进行分析。
*地表水水质监测的采样布点、监测频率应符合国家地表水环境监测技术规范的要求。
*本标准水质项目的分析方法应优先选用上表1规定的方法，也可采用ISO方法体系等其它等效分析方法，但必须进行适用性检验。
第三部分水质评价方法
一、评价指标
（一）监测的项目：
水温、PH值、臭、色度、浊度、漂浮物、氨氮、ＴＰ（总磷）、
TN（总氮）、COD（化学需氧量）、Toc（总有机碳）、挥发酚、铬、镉、铅、砷、铜、锌、镍。
（二）评价标准：
水域功能和标准分类
依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：
Ⅰ类 主要适用于源头水、国家自然保护区；
Ⅱ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵汤等；
Ⅲ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；
Ⅳ类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；
Ⅴ类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
对应地表水上述五类水域功能，将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类，不同功能类别分为执行相应类别的标准值。
水域功能类别高的标准值严于水域功能类别低的标准值。
同一水域兼有多类使用功能的，执行最高功能类别对应的标准值。
实现水域功能与达功能类别标准为同一含义。
表3地表水环境质量标准基本项目标准限值 单位：
mg/L
序号
标准值
分类
项目
Ⅰ类
Ⅱ类
Ⅲ类
Ⅳ类
Ⅴ类
1
水温（℃）
人为造成的环境水温变化应限制在：
周平均最大温升≤1
周平均最大温降≤2
2
PH值（无量纲）
6---9
3
溶解氧 ≥
饱和率90%
（或7.5）
6
5
3
2
4
高锰酸盐指数 ≤
2
4
6
10
15
5
化学需氧量（COD） ≤
15
15
20
30
40
6
五日生化需氧量（BOD5） ≤
3
3
4
6
10
7
氨氮（NH3-N） ≤
0.15
0.5
1.0
1.5
2.0
8
总磷（以P计） ≤
0.02
（湖、库0.01）
0.1
（湖、库0.025）
0.2
（湖、库0.05）
0.3
（湖、库0.1）
0.4
（湖、库0.2）
9
总氮（湖、库、以N计）≤
0.2
0.5
1.0
1.5
2.0
10
铜 ≤
0.01
1.0
1.0
1.0
1.0
11
锌 ≤
0.05
1.0
1.0
2.0
2.0
12
氟化物（以Fˉ计） ≤
1.0
1.0
1.0
1.5
1.5
13
硒 ≤
0.01
0.01
0.01
0.02
0.02
14
砷 ≤
0.05
0.05
0.05
0.1
0.1
15
汞 ≤
0.00005
0.00005
0.0001
0.001
0.001
16
镉 ≤
0.001
0.005
0.005
0.005
0.01
17
铬（六价） ≤
0.01
0.05
0.05
0.05
0.1
18
铅 ≤
0.01
0.01
0.05
0.05
0.1
19
氰化物 ≤
0.005
0.05
0.2
0.2
0.2
20
挥发酚 ≤
0.002
0.002
0.005
0.01
0.1
21
石油类 ≤
0.05
0.05
0.05
0.5
1.0
22
阴离子表面活性剂 ≤
0.2
0.2
0.2
0.3
0.3
23
硫化物 ≤
0.05
0.1
0.05
0.5
1.0
24
粪大肠菌群（个/L） ≤
200
2000
10000
20000
40000
（三）评价依据、原因、分析
评价方法有两大类，一类是以水质的物理化学参数的实测值为依据的评价方法；另一类是以水生物种群与水质的关系为依据的生物学评价方法。
较多采用的是物理化学参数评价方法，其中又分：
①单项参数评价法即用某一参数的实测浓度代表值与水质标准（如上面的表3）对比，判断水质的优劣或适用程度。
②多项参数综合评价法即把选用的若干参数综合成一个概括的指数来评价水质，又称指数评价法。
指数评价法用两种指数即参数权重评分叠加型指数和参数相对质量叠加型指数两种。
参数权重评分叠加型指数的计算方法是，选定若干评价参数，按各项参数对水质影响的程度定出权系数，然后将各参数分成若干等级，按质量优劣评分，最后将各参数的评分相加，求出综合水质指数。
数值大表示水质好，数值小表示水质差。
用这种指数表示水质，方法简明，计算方便。
参数相对质量叠加型指数的计算方法是，选定若干评价参数，把各参数的实际浓度与其相应的评价标准浓度相比，求出各参数的相对质量指数，然后求总和值。
根据生物与环境条件相适应的原理建立起来的生物学评价方法，通过观测水生物的受害症状或种群组成，可以反映出水环境质量的综合状况，因而既可对水环境质量作回顾评价，又可对拟建工程的生态效应作影响评价，是物理化学参数评价方法的补充。
缺点是难确定水污染物的性质和含量。
60年代以来,国外不断有文献报道和讨论用数学模式来评价水质的污染情况,提出了多种指数.近年来国内先后采用了单项污染指数、综合污染指数等方法评定地表水质量,但都不尽合理;地表水质量分级本是模糊性的问题,随着模糊数学的诞生,用模糊数学方法进行水质综合评价,用隶属函数来描述水质的分级,能够刻划出界线的模糊性,在应用时,显示出客观性和合理性.将模糊数学法评定地表水质量的方法编制成计算机程序,可快速地、准确地评价出各时期的地表水质量级别.
第四部分数据处理分析及结果输出
一、数据的统计和记录
样品编号
水温
PH值
臭
浊度
色度
漂浮物
氨氮
TP
1
2
3
4
5
6
7
8
样品编号
TN
COD
挥发酚
铬
镉
铅
砷
铜
锌
镍
ＴＯＣ
1
2
3
4
5
6
7
8
二、数据处理分析
监测中所得到的许多物理、化学和生物学数据，是描述和评价环境质量的基本依据。
由于监测系统的条件限制以及操作人员的技术水平，测试值与真值之间常存在差异；环境污染的流动性、变异性以及与时空因素关系，使某一区域的环境质量由许多因素综合所决定；描述某一河流的环境质量，必须对整条河流按规定布点，以一定频率测定，根据大量数据综合才能表述它的环境质量，所有这一切均需通过统计处理。
（一）数据修约规则
各种测量、计算的数据需要修约时，应遵守下列规则：
四舍六入五考虑，五后非零则进一，五后皆零视奇偶，五前为偶应舍去，五前为奇则进一。
（二）可疑数据的取舍
与正常数据不是来自同一分布总体，明显歪曲试验结果的测量数据，称为离群数据。
可能会歪曲试验结果，但尚未经检验断定其是离群数据的测量数据，称为可疑数据。
在数据处理时，必须剔除离群数据以使测定结果更符合客观实际。
正确数据总有一定分散性，如果人为地删去一些误差较大但并非离群的测量数据，由此得到精密度很高的测量结果并不符合客观实际。
因此对可疑数据的取舍必须遵循一定的原则。
（三）检验方法
测量中发现明显的系统误差和过失误差，由此而产生的数据应随时剔除。
而可疑数据的舍取应采用统计方法判别，即离群数据的统计检验。
检验的方法很多，现介绍最常用的两种。
1.狄克逊（Dixon）检验法
此法适用于一组测量值的一致性检验和剔除离群值，本法中对最小可疑值和最大可疑值进行检验的公式因样本的容量（n）不同而异，检验方法如下：
（1）将一组测量数据从小到大顺序排列为x1、x2…xn，x1和xn分别为最小可疑值和最大可疑值；
（2）按下表计算式求Q值；
狄克逊检验临界值（Qa）表
2.格鲁勃斯（Grubbs）检验法
此法适用于检验多组测量值均值的一致性和剔除多组测量值中的离群均值；也可用于检验一组测量值一致性和剔除一组测量值中的离群值，方法如下：
（1）有l组测定值，每组n个测定值的均值分别为
1、
2、…、
i、…、
l，其中最大均值记为
max，最小均值记为
min；
（4）根据测定值组数和给定的显著性水平（α），从表 9-7查得临界值（T）；
格鲁勃斯检验临界值（Ta）表
（5）若T≤T0.05，则可疑均值为正常均值；
若T0.05＜T≤T0.01，则可疑均值为偏离均值；
若T＞T0.01，则可疑均值为离群均值，应予剔除，即剔除含有该均值的一组数据。
（四）结果输出
对一个试样某一指标的测定，其结果表达方式一般有如下几种：
1.用算术均数（
）代表集中趋势
测定过程中排除系统误差和过失误差后，只存在随机误差，根据正态分布的原理，当测定次数无限多（n→∞）时的总体均值（μ）应与真值（xt）很接近，但实际只能测定有限次数。
因此样本的算术均数是代表集中趋势表达监测结果的最常用方式。
2.用算术均数和标准偏差表示测定结果的精密度（
±s）
算术均值代表集中趋势，标准偏差表示离散程度。
算术均值代表性的大小与标准偏差的大小有关，即标准偏差大，算术均数代表性小，反之亦然，故而监测结果常以（
±s）表示。
标准偏差大小还与所测均数水平或测量单位有关。
不同水平或单位的测定结果之间，其标准偏差是无法进行比较的，而变异系数是相对值，故可在一定范围内用来比较不同水平或单位测定结果之间的变异程度。
例如，用镉试剂法测定镉，当镉含量小于0.1mg/L时，最大相对偏差和变异系数分别为7.3％和9.0％。
第五部分原因分析
根据实地的考察，可以确定水中悬浮物很多，从湖面上生长的藻类可以初步分析水中的有机物应该相对较多，再根据实验数据的具体分析，确定水中氨氮、ＣＯＤ、ＴＰ、TN的含量和标准比值间的关系。
如果上述各项的值与标准值间的关系均有偏差且相对偏高，可以确定其中污染的主要物质为有机物。
从我们所观察到的外部条件来分析，水体发绿发臭，可以知道其中溶解氧的含量低，究其原因可以大致概括为水中悬浮物（包括荷叶的秸秆）和部分藻类覆盖水体表面，使水体中溶解氧的含量降低，而水中生物在无氧的状态下发生化学反应使水体泛绿发臭。
其他的监测项目则根据实验数据的结果来进行分析。
根据以上原因的分析，我们知道水质变坏的因素。
所以我们应该根据这些因素来进行水质的改善，这才会是我们真正监测水质的目的。
首先人工湖里的水应该经常进行更新，保持水源的清洁。
其次应该经常对水中的悬浮物进行打捞，将其捞出水面，避免水质的快速恶化。
最后也是最重要的是要提高学生的保护水质的意识，这些水中的悬浮物和岸边的垃圾大都是学生在湖边停留离开后留下的。
综合以上的分析，我们可以充分认识到水质监测的重要性。
所以我们要用充分的热情、严谨的科学态度将这次实验做好、做准、做成功。
附录一布点的具体情况
为了解各采样点的具体情况现编制下列表：
表2：
布点的具体情况
采样编号
采样时间
采样人
污染状况
污染来源
采样位置
1
2
3
4
5
6
7
8
附录二实验仪器原理
一、TOC分析仪
我们的生活离不开水，若相当多的有机污染物存在于水中，将直接影响水体的质量，对我们的生活和生产造成危害，因此水和废水的监测，越来越引起人们的重视。
其中水体中总有机碳（TOC）含量的检测，日益引起关注。
它是以碳含量表示水体中有机物质总量的综合指标。
TOC的测定一般采用燃烧法，此法能将水样中有机物全部氧化，可以很直接地用来表示有机物的总量。
因而它被作为评价水体中有机物污染程度的一项重要参考指标。
下面针对TOC仪器的测定原理、TOC分析方法及分析的步骤进行介绍。
（一）TOC仪器的测定原理
总有机碳（TOC），由专门的仪器——总有机
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