T∕CSES 201-2025 地表水环境溶解氧异常成因诊断技术指南

ICS13.060.01CCSZ00T/CSES201—2025地表水环境溶解氧异常成因诊断技术指南Technicalguidelinesfordiagnosingcausesofdissolvedoxygenanomaliesinsurfacewaterenvironments2025-06-27发布2025-06-27实施中国环境科学学会发布T/CSES201—2025Ⅰ前言 Ⅲ1范围 2规范性引用文件 3术语和定义 4总体要求 24.1科学性 24.2系统性 24.3实用性 25DO异常诊断技术流程 26数据资料收集 36.1数据收集 36.2数据整合与质量控制 37计算测试分析 37.1溶解氧饱和度计算 7.2水体复氧测定 47.3水体耗氧测定 8异常成因诊断 68.1异常成因类别判定 8.2耗氧/复氧评估 78.3贡献因子排序 8.4常见DO异常情况诊断 附录A（资料性）底泥耗氧测定注意事项 附录B（资料性）生化耗氧测定步骤 9参考文献 10T/CSES201—2025Ⅲ本文件参照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由浙江工商大学提出。本文件由中国环境科学学会归口。本文件起草单位：浙江工商大学、中国环境科学研究院、北京师范大学、浙江农林大学、北京科技大学、中国环境监测总站、大连理工大学。本文件主要起草人：冯华军、霍守亮、周凌峰、刘沙沙、汪佳佳、张靖天、陈雨凡、李文攀、翁南燕、张含笑、马春子、张亚捷。T/CSES201—20251地表水环境溶解氧异常成因诊断技术指南本文件规定了地表水环境中溶解氧（DO）浓度偏低的异常情况的成因诊断方法，内容包括总体要求、DO异常诊断技术流程、数据资料收集、计算测试分析及异常成因诊断。本文件适用于地表水环境DO异常成因诊断与分析。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB3838地表水环境质量标准GB7489水质溶解氧的测定碘量法GB50179河流流量测验规范HJ494水质采样技术指导HJ506水质溶解氧的测定电化学探头法HJ630环境监测质量管理技术导则SL354水质初级生产力测定“黑白瓶”测氧法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1溶解氧dissolvedoxygen；DO溶解在水中的分子态氧，用每升水中氧的毫克数表示。3.2溶解氧异常dissolvedoxygenanomaly因受自然因素、人为活动等影响，导致地表水溶解氧浓度偏低的现象。当监测点DO日均值浓度低于GB3838中相应水功能区目标水质类别对应的标准限值或DO低于2mg/L持续2h以上时，判定为DO异常。3.3溶解氧饱和值oxygensaturationvalue与大气充分接触和平衡条件下所能达到的最大溶解氧浓度。该平衡浓度受温度、氧分压和盐度等因素影响。［来源：HJ596.3—2010，2.95，有修改］3.4溶解氧饱和度dissolvedoxygensaturation水中实际溶解氧浓度与该水体的饱和溶解氧浓度的比率，通常以百分比表示。T/CSES201—202523.5底泥耗氧速率sedimentoxygendemand；SOD由底泥沉积物氧化和生物呼吸作用引起的上层水体DO的消耗速率，一般以单位表面积底泥在单位时间内消耗的DO量表示。注：又称底泥耗氧量。4总体要求4.1科学性诊断过程应以水环境科学理论为基础，结合现场监测数据与模型分析，确保成因诊断的客观性和准确性。4.2系统性需综合考虑水文、水质、生态等多维度因素，覆盖DO异常的来源、传输等过程，避免单一因素片面分析。4.3实用性诊断方法应具备可操作性，结合地表水监测实际条件，采用标准化流程与成熟技术，便于基层监测与管理机构实施。5DO异常诊断技术流程DO异常诊断技术流程包括数据资料收集、DO异常判定、计算测试分析和异常成因诊断4个步骤。技术流程如图1所示。数据资料收集大气复氧测定光合作用复氧测定复氧测定否DO您常判定是计算测试分析溶解氧饱和度计算终止耗氧测定生化耗氧测定水生生物呼吸耗氧测定底泥耗氧测定您常成因诊断自然因素/人类活动耗氧/复氧评估耗氧贡献因子排序溶解氧您常成因诊断结果图1DO异常诊断技术流程T/CSES201—202536数据资料收集6.1数据收集6.1.1收集范围包括但不限于以下水质、水文、地形地貌数据指标：DO、pH值、水温、盐度、高锰酸盐指数、氨氮、叶绿素、海拔、大气压强、流速、水深等。其中DO、温度、海拔/大气压强、盐度等数据为溶解氧异常诊断所需的必须数据。6.1.2水质数据应来自地表水水质自动监测站数据、现场监测结果和实验室分析结果；水文数据应来源于水文站、现场监测设备；地形地貌数据应包括地形图和实地调查结果。6.1.3海拔数据应以米（m）为单位，表示测量点相对于国家高程基准面（即平均海平面）的垂直高度。6.2数据整合与质量控制6.2.1水质数据质量控制要求如下。a）地表水水质自动监测站应按照相关规范和标准定期进行仪器校准，确保数据的准确性和可靠性。b）实验室分析应采用平行样检测等质控手段，确保实验室数据的准确性和重复性。c）现场监测设备应明确规定数据传输的时效性，确保数据及时上传至管理系统，保证实时性和完整性。d）现场取样应按照标准化采样方法进行，以确保样品的代表性和准确性。记录每次取样的水质指标值、采样时间和地点，确保数据的时效性和完整性，具体要求参照HJ494。e）DO测定方法可用碘量法和电化学探头法，具体参照GB7489和HJ506。6.2.2对收集的水质数据进行校验，确保数据的准确性和可靠性。6.2.3数据处理应符合HJ630的规定，并形成完整的数据集。6.2.4建立数据管理系统，确保数据的存储、备份和检索的安全性与有效性。7计算测试分析7.1溶解氧饱和度计算7.1.1溶解氧饱和值计算7.1.1.1对于盐度较低（<5‰）的地表水体，溶解氧饱和值（DOf）的计算见公式（1）和公式（2式中：DOf——溶解氧饱和值，mg/L；P——当地大气压强，Pa；P0——标准大气压强，Pa；T——水温，℃;h——海拔，m。注：对于具备实测P数据的地表水体，直接采用公式（1）进行计算；对于缺乏P数据的地表水体，则通过h利用公式（2）7.1.1.2对于盐度较高(≥5‰）的湖泊、水库、入海河口等地表水体，DOf的计算见公式（3T/CSES201—20254式中：DOf——溶解氧饱和值，mg/L；S——实用盐度符号，采用千分比(‰)表示；P——当地大气压强，Pa；P0——标准大气压强，Pa；T——水温，℃。注：对于具备实测P数据的地表水体，直接采用公式（3）进行计算；对于缺乏P数据的地表水体，则通过海拔（h）利用7.1.2溶解氧饱和度计算溶解氧饱和度（DOs）的计算见公式（4）：式中：DOs——溶解氧饱和度，%；DO——溶解氧实测浓度，mg/L；DOf——溶解氧饱和值，mg/L。7.2水体复氧测定7.2.1水体复氧来源水体复氧来源包括大气复氧和光合作用复氧。7.2.2大气复氧计算7.2.2.1大气复氧速率（AR）计算见公式（5AR=k2×(DOf-DOm)×H×1000（5）式中：AR——大气复氧速率，mg/（m2·d）；k2——大气复氧系数，d-1；DOf——溶解氧饱和值，mg/L；DOm——溶解氧实测日平均浓度，mg/L；H——断面平均水深，m。7.2.2.2测量大气复氧系数（k2）的基本方法，可以采用DO平衡法和公式法。a）DO平衡法中常见方法是Odum法，见公式（6）：式中：k2——大气复氧系数，d-1；∆DO/∆t——单位时间内溶解氧浓度的变化速率，mg/（L·hDOf——溶解氧饱和值，mg/L；DO——溶解氧实测浓度，mg/L；T/CSES201—20255SS——日落后时段；SR——日出前时段。b）公式法中最常用的是以河流流速和水深为基本参数的经验公式，见公式（7）：式中：k2——大气复氧系数，d-1；u——断面平均流速，m/s；H0——断面平均水深，m；c——比例系数，通常在1~20之间；m——流速指数，通常在0.5~1.0之间；n——水深指数，通常在1.0~1.5之间。其中断面平均流速和水深可通过实测获得，流速测量方法可参照GB50179执行，确保测量结果的规范性与代表性。c，m、n可通过历史监测数据回归拟合获取，也可参考已有研究的典型值。7.2.3光合作用复氧测定7.2.3.1测定原理、测定方法具体参照SL354。7.2.3.2计算方法：光合作用复氧量（PSN）为白瓶中DO与黑瓶DO的差值，表示单位时间水体通过光合作用增加的氧气量，以mg/（m2·d）计。7.3水体耗氧测定7.3.1水体耗氧途径水体耗氧包括水生生物呼吸作用耗氧和底泥耗氧，以mg/（m2·d）表示。为进一步细化呼吸作用耗氧的来源，可通过生化耗氧测定加以区分。生化耗氧包括含碳有机物生化耗氧和硝化作用耗氧。其中，硝化作用耗氧又可细分为氨氧化耗氧和亚硝酸盐氧化耗氧。7.3.2水生生物呼吸耗氧测定7.3.2.1测定原理、测定方法同7.2.2.1。7.3.2.2计算方法：呼吸作用耗氧量（RSE）为初始瓶DO与黑瓶DO的差值，表示单位时间水体中生物代谢消耗氧气量，以mg/（m2·d）计。7.3.3底泥耗氧测定7.3.3.1测定方法：取一定表面积的底泥，封闭在测定容器内，注入DO饱和上覆水。通过测定容器内DO随时间的变化，绘制耗氧特性曲线，并利用拟合分析计算底泥耗氧速率。测定注意事项见附录A。7.3.3.2底泥耗氧速率的计算见公式（8）：SOD=ks式中：SOD——底泥耗氧速率，mg/（m2·d）；ks——单位体积上覆水体的耗氧速率，mg/（L·min由绘制底泥耗氧特性曲线后经由最小二乘法拟合得到；V——上覆水体积，L；T/CSES201—20256A——底泥面积，m2。注：底泥耗氧特性曲线通常通过记录上覆水中DO浓度随时间的变化绘制，在初始阶段呈线性下降时，可采用最小二乘法对该阶段数据进行线性拟合，斜率即为单位体积水体的耗氧速率k。7.3.4生化耗氧测定7.3.4.1测定原理：采用抑制剂法，分别测定含碳有机物生化耗氧、氨氧化和亚硝酸盐氧化的速率。硝化抑制法需在已知氨氮浓度大于0.5mg/L、pH值>6.5条件下进行，以确保硝化菌活性及反应有效性。氯酸钠（NaClO3）抑制剂可抑制NO2--N氧化为NO3--N，但不影响NH3-N氧化为NO2--N的过程。烯丙基硫脲（ATU）抑制剂可抑制NH3-N氧化为NO2--N，但不影响NO2--N氧化为NO3--N。7.3.4.2测定方法：该实验通过向分装水样中添加不同抑制剂，恒温避光培养1天后测定DO变化，以区分各类生化耗氧过程和速率。其中，1号培养瓶加入ATU与NaClO3抑制剂；2号培养瓶加入ATU抑制剂；3号培养瓶加入NaClO3抑制剂；4号培养瓶为对照样，不加入任何抑制剂，具体步骤见附录B。7.3.4.3生化耗氧量（BOD）计算见公式（9）：BOD=∆ODBLK×H×1000（9）式中：BOD——生化耗氧速率，mg/（m2·d）；∆ODBLK——对照样（4号瓶）1d后的DO变化量，mg/L；H——断面平均水深，m。7.3.4.4含碳有机物生化耗氧速率（CBOD）计算见公式（10）：式中：CBOD——含碳有机物生化耗氧速率，mg/（m2·d）；∆ODATU+NaClO——加入ATU与NaClO3抑制剂（1号瓶）1d后的DO变化量，mg/L；H——断面平均水深，m。7.3.4.5氨氧化耗氧速率（ODAO）计算公式（11）如下：ODAO=(∆DOBLK式中：ODAO——氨氧化耗氧速率，mg/（m2·dΔDOATU——加入ATU抑制剂样品（2号瓶）1d后的DO变化量，mg/L；ΔDOBLK——对照样（4号瓶）1d后的DO变化量，mg/L；H——断面平均水深，m。7.3.4.6亚硝酸盐氧化耗氧速率（ODNO）计算公式（12）如下：ODNO=(∆DOBLK-∆DONaClO3)×H×1000（12）式中：ODNO——亚硝酸盐氧化耗氧速率，mg/（m2·d）；ΔDONaClO——加入NaClO3抑制剂样品（3号瓶）1d后的DO变化量，mg/L；ΔDOBLK——对照样（4号瓶）1d后的DO变化量，mg/L；H——断面平均水深，m。8异常成因诊断8.1异常成因类别判定通过比较DO与DOs，可以初步判断DO异常是否由自然背景因素引起。当DO低于目标水质类别T/CSES201—20257对应的标准限值，而DOs在60%~100%范围内时，表明异常可能主要由自然因素导致，例如水温、海拔或盐度变化等。在此基础上，可结合不同水体的生态需氧特性和季节变化，参考推导的DO生态基准值开展补充分析。若DO较低且DOs也低于60%，则可能存在非自然因素引发的DO异常，需要进一步排查以确定具体原因。8.2耗氧/复氧评估通过计算总复氧速率与总耗氧速率的差值ΔDO=AR+PSN-RSE-SOD，可以判断水体的氧平衡状态：当ΔDO>0，表明总复氧速率高于总耗氧速率，水体的复氧能力能够弥补耗氧影响，DO水平可以维持或上升；当ΔDO<0，总耗氧速率高于总复氧速率，表明水体的复氧能力不足以抵消耗氧作用，水体DO水平将逐渐下降，可能存在异常耗氧现象。8.3贡献因子排序为进一步诊断水体DO异常的成因，可结合各耗氧途径的作用大小，分析具体来源与贡献。其中，各类生化耗氧过程可通过比较CBOD、ODAO和ODNO，进一步识别生化耗氧原因与强度。8.4常见DO异常情况诊断在不同的水体环境和外部条件下，溶解氧异常可能表现出多种类型。DO异常的类型、表现及可能原因分析见表1，以便针对性分析和治理。表1常见溶解氧异常情况诊断异常类型表现特征可能的成因自然环境驱动型DO浓度偏低，但饱和度常超60%高水温、高盐度环境或高海拔区域，水体物理溶解氧能力下降，自然条件主导DO低值大气复氧受限型水体DO整体偏低，底层更严重水流流速缓、水深较大的地表水体，大气-水体氧传递受阻，复氧补给不足光合复氧不足型白天DO水平低且波动小，夜间持续下降浮游植物/光合生物量不足，或水体透明度差、光照弱，光合作用产氧难以弥补消耗硝化作用主导型DO持续偏低，夜间无回升，氨氮降盐升水体氨氮浓度高，硝化细菌在适温、适宜pH条件下活跃，氨氧化过程持续大量耗氧含碳有机物超载型DO显著偏低，CBOD高，水体异味浑浊有机物的好氧代谢剧烈消耗DO底泥耗氧型底层DO显著低于表层底泥中有机物富集，微生物分解底泥有机物的好氧过程持续消耗水体底层溶解氧水生植物呼吸失衡型晨最低，周期性循环水生植物/浮游植物过量，白天光合复氧快，夜间呼吸作用强，快速耗氧致水体缺氧复合型异常DO昼夜波动剧烈，底层长期低于表层大气复氧弱、生物呼吸耗氧、底泥分解耗氧等多因素叠加，氧消耗远大于氧补给能力T/CSES201—20258（资料性）底泥耗氧测定注意事项A.1由于传质阻力，底泥耗氧量主要由表层0.5cm厚的底泥控制。对于一般水体，试验需要控制底泥厚度大于10cm。A.2上覆水需水质均一，能持续提供DO。上覆水的DO浓度高于底泥氧气消耗量，在3mg/L以上。A.3上覆水体积和底泥面积之比（V/A）过大或过小都会影响试验结果，需调整以获得最佳测定时间和数据准确性。A.4实验需在恒温下进行。A.5为了防止藻类生长，在黑暗中培养。A.6上覆水需有适当流动，流速需足够混合，但不冲刷底泥。通常采用上覆水循环和水力搅拌模拟实际条件。A.7测定时间总历时一般控制在6h~5d之间，根据底泥耗氧强度和实验目的合理设定。测定时间间隔需合理安排，建议初始每分钟读取一