庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀分析及修復(fù)對(duì)策

曹文鐘 孫玉鳳

(東北石油大學(xué)，大慶，163318)

水體富營(yíng)養(yǎng)化是指水體氮、磷等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量富集所引起的藻類等浮游生物異常增殖、水體溶解氧減少、水質(zhì)惡化、魚類及其他生物大量死亡的一種現(xiàn)象[1－3]。庫(kù)里泡是大慶市重要的排污、泄洪河道——安肇新河上最終控制水體，大慶市區(qū)的大部分污水經(jīng)過(guò)庫(kù)里泡進(jìn)入松花江。隨著大慶市人口的不斷增加，工業(yè)化、城市化以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速推進(jìn)，庫(kù)里泡每年接納各種污水6000×104t以上，庫(kù)里泡水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象日益加重。安肇新河入松花江閘口距離下游的哈爾濱四方臺(tái)飲用水水源地僅128 km。庫(kù)里泡水質(zhì)不斷惡化，不僅直接影響松花江水質(zhì)，而且還對(duì)哈爾濱市城鎮(zhèn)居民的飲用水安全構(gòu)成威脅。所以加強(qiáng)對(duì)庫(kù)里泡流域污水的治理，以及修復(fù)和改善其水域的生態(tài)系統(tǒng)和功能，勢(shì)在必行，意義重大。

1 庫(kù)里泡自然環(huán)境概況

庫(kù)里泡位于大慶市大同區(qū)、肇州縣、肇源縣三地交界處，地處東經(jīng) 124°46'至 125°54'，北緯 45°47'至46°58'之間，地勢(shì)平坦、周邊地區(qū)道路交通便利。水域呈“葫蘆”狀，南北長(zhǎng)約16 km，東西最寬處約5 km，面積約為 81 km2，平均水深 1.0 ～1.2 m，最大庫(kù)容量9100×104m3，多年平均降水量380～470 mm，年平均日照時(shí)數(shù)2840 h，年平均有效積溫3000℃，年平均氣溫2.2～4.4℃，11月到次年3月為冰凍期，結(jié)冰深度0.86 m，結(jié)冰期160 d。

2 庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)方法

根據(jù)國(guó)家環(huán)保部制定的《湖泊(水庫(kù))富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法及分級(jí)技術(shù)規(guī)定》，對(duì)庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)行評(píng)價(jià)。選取葉綠素a、總磷、總氮、透明度、高錳酸鹽指數(shù)5個(gè)項(xiàng)目作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù):

式中:T(∑)表示綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);T(j)代表第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重，其中葉綠素a為0.2663，總磷為 0.1879，總氮為 0.1790，透明度為 0.1834，高錳酸鹽指數(shù)為0.1834。

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù):

式中:Chla為葉綠素;SD為透明度;TP為總磷;TN為總氮;CMn為高錳酸鹽指數(shù)。

采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對(duì)湖泊(水庫(kù))富營(yíng)狀態(tài)進(jìn)行分級(jí):T(∑)＜30，貧營(yíng)養(yǎng);30≤T(∑)≤50，中營(yíng)養(yǎng);50＜T(∑)≤60，輕度富營(yíng)養(yǎng);60＜T(∑)≤70，中度富營(yíng)養(yǎng);T(∑)＞70，重度富營(yíng)養(yǎng)。

2.2 評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)采用庫(kù)里泡2012年5—8月的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，在庫(kù)里泡入口(1#)、最窄處(2#)、中心(3#)和出口(4#)設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)位如圖1所示。

圖1 庫(kù)里泡水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位示意圖

3 評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)與分析

各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)監(jiān)測(cè)值的平均值及各采樣點(diǎn)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。從評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水體均處于重度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，但同時(shí)也存在一定的差異性。入口處富營(yíng)養(yǎng)化最為嚴(yán)重，由于進(jìn)入庫(kù)里泡的污水部分沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理，導(dǎo)致大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集在此，造成該區(qū)域的污染較為嚴(yán)重;庫(kù)里泡最窄處由于水面狹小、水流緩慢，污染物質(zhì)不能很快地稀釋和降解，因此水質(zhì)也較差;出口處水質(zhì)相對(duì)入口水質(zhì)較好，但沒(méi)有太大變化，依然處于重度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，說(shuō)明水體的自凈能力極低，水體生態(tài)系統(tǒng)已失去平衡，污染非常嚴(yán)重。

4 庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化成因

4.1 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入過(guò)剩

庫(kù)里泡污染源主要分為外源污染和內(nèi)源污染，外源污染主要包括庫(kù)里泡周圍城市生活污水、工業(yè)廢水構(gòu)成的點(diǎn)源污染和陸地地面雨水沖刷、湖面降水等構(gòu)成的面源污染;內(nèi)源污染主要由底泥中氮、磷的釋放造成的，在外源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)入湖減少之后，內(nèi)源釋放仍可維持水體繼續(xù)保持富營(yíng)養(yǎng)化水平[4－5]。

表2 庫(kù)里泡水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果

近幾年來(lái)，庫(kù)里泡污染物排放持續(xù)超過(guò)了自身的水環(huán)境承載能力，造成了水體污染，且污染程度不斷加劇，富營(yíng)養(yǎng)化也隨之發(fā)生。由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入過(guò)剩，引起藻類大量繁殖，過(guò)多的消耗水中的氧，使魚類、浮游生物缺氧死亡，它們的尸體腐爛又造成水質(zhì)污染，近而導(dǎo)致了庫(kù)里泡生態(tài)結(jié)構(gòu)的失調(diào)[6－8]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年入河污水總量6016×104t，入河COD 13480 t、氨氮1517 t;其中工業(yè)廢水3723×104t，COD 8167 t、氨氮 777 t;城市生活污水 2293 ×104t，COD 5313 t、氨氮 740 t。由此可見，多點(diǎn)源的污染物控制是庫(kù)里泡水體修復(fù)的關(guān)鍵與重點(diǎn)，各點(diǎn)源排放的污水應(yīng)達(dá)標(biāo)處理后進(jìn)入庫(kù)里泡。

4.2 流域水資源匱乏，生態(tài)環(huán)境用水難以保證

庫(kù)里泡流域的水源一部分來(lái)自雨水和大慶市的生活污水、工業(yè)廢水以及一少部分的養(yǎng)殖業(yè)污水;另一部分是安達(dá)地區(qū)的工業(yè)廢水和生活污水，通過(guò)興隆干渠合并八里泡、鐵路泡的工業(yè)廢水，一起排入安肇新河進(jìn)入庫(kù)里泡。沒(méi)有其它凈化生態(tài)補(bǔ)水，全部依靠庫(kù)里泡自凈后的污水作為生態(tài)補(bǔ)水。由于得不到環(huán)境用水的補(bǔ)充，水體底泥的日積月累，環(huán)境容量越來(lái)越小，自凈能力越來(lái)越差。

另外，大慶地勢(shì)東北高、西南低，境內(nèi)沒(méi)有天然河流，排水不暢進(jìn)一步加速了水污染進(jìn)程。在枯水期地表徑流、生活污水及工業(yè)廢水在水體中流動(dòng)性較差，河水置換周期長(zhǎng)，流速緩慢，這就給氮、磷引起的水體富營(yíng)養(yǎng)創(chuàng)造了條件，水體水質(zhì)惡化是必然的。

4.3 人為干擾

自20世紀(jì)90年代后期，每年夏季，庫(kù)里泡出現(xiàn)了大量的撈“魚食”人員，每年撈取“魚食”的質(zhì)量(干質(zhì)量)在千噸左右。所謂的“魚食”，實(shí)際是水中的浮游動(dòng)物。大約經(jīng)過(guò)10年捕撈，庫(kù)里泡水體中的浮游動(dòng)物捕撈殆盡。

2012年5—8月對(duì)庫(kù)里泡浮游動(dòng)植物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共檢出浮游動(dòng)物25種，密度較小，為360～2187個(gè)·L－1，平均值為 1145個(gè)·L－1;春季以水螨為主要優(yōu)勢(shì)種，夏季以輪蟲為主，1#、2#采樣點(diǎn)分別以泡輪蟲屬(Pompholyx)、多肢輪蟲屬(Polyartha)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，3#、4#采樣點(diǎn)都以異尾輪蟲屬(Trichocerca)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。共檢出浮游藻類238種，密度為9.16×105～17.46 ×105個(gè)·L－1，平均值為 13.22×105個(gè)·L－1;以綠藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，1#、2#和 3#采樣點(diǎn)主要優(yōu)勢(shì)種為四角十字藻(Crucigenia quadrata)、湖生卵囊藻(Oocystis lacustis)，4#采樣點(diǎn)主要優(yōu)勢(shì)種為雙對(duì)珊藻(Scenedenus bijuga)和短棘盤星藻(Pediastrum boryanum);其中湖生卵囊藻為水體污染指示種[9]，雙對(duì)珊藻為中富營(yíng)養(yǎng)型指示種，短棘盤星藻為中營(yíng)養(yǎng)型指示種，說(shuō)明庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象已非常嚴(yán)重[10]。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，目前庫(kù)里泡水體中以細(xì)菌、浮游植物及有機(jī)碎屑為食的浮游動(dòng)物數(shù)量很少，部分浮游植物數(shù)量迅速增加，水生食物鏈遭到破壞，生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，原有生態(tài)系統(tǒng)的完整性和多樣性被破壞，導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)因失去平衡而崩潰，庫(kù)里泡水體向富營(yíng)養(yǎng)化的方向發(fā)展[11－12]。

5 庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化治理對(duì)策研究

要改善庫(kù)里泡的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀，必須采取綜合措施，對(duì)污染源進(jìn)行全面的控制，并從生態(tài)學(xué)的角度實(shí)施生態(tài)恢復(fù)措施，同時(shí)環(huán)保部門應(yīng)加強(qiáng)庫(kù)里泡水環(huán)境管理與監(jiān)督工作。

5.1 削減污染物的輸入量

庫(kù)里泡的污染主要來(lái)源于點(diǎn)源和面源污染。應(yīng)修建截污工程和城市污水處理廠削減點(diǎn)源污染，將直接排入庫(kù)里泡的未經(jīng)處理的廢水，通過(guò)截污管道收集后引到污水處理廠，進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理后排放入河。從根本上截?cái)嗤獠枯斎朐矗顾w失去營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)富集的可能性。通過(guò)“清水入河”，改善庫(kù)里泡水質(zhì)。

沿河面源污染物主要來(lái)源于湖邊農(nóng)田施肥或者噴灑農(nóng)藥，應(yīng)適當(dāng)將部分農(nóng)田退耕還林或者還草;控制氮肥施用量，平衡氮、磷、鉀的比例;另外可推廣有機(jī)肥還田、“微生物菌肥”和廣滴灌技術(shù)等方式，在節(jié)約水資源、提高化肥使用效率的同時(shí)，控制農(nóng)業(yè)徑流，避免農(nóng)田多余的水排入庫(kù)里泡[13]。

5.2 引江補(bǔ)水

目前，調(diào)水改善水環(huán)境的方法在國(guó)內(nèi)外有較多成功實(shí)例，如東華盛頓的Moses湖[14]、荷蘭Veluwemeetr湖、西雅圖Green湖都成功地進(jìn)行過(guò)引水治理;國(guó)內(nèi)太湖流域“引江濟(jì)太”調(diào)水工程[15]、南京玄武湖[16]、杭州西湖[17]、昆明滇池[18]、武漢東湖[19]等，都采用了外流引水進(jìn)行治理，取得了一定成效。

為了保證城市用水，改善松嫩平原西部生態(tài)環(huán)境，大慶市已先后建成了以嫩江為水源的“北引”、“中引”和“南引”三處主要引水工程，效果顯著。因此，可以考慮引嫩江水入庫(kù)里泡，補(bǔ)充生態(tài)用水，從而增大水環(huán)境容量;調(diào)整水體流態(tài)，縮短水體更新周期;促進(jìn)水力交換，加快污染物擴(kuò)散速度，降低含氮、磷污染物質(zhì)向底泥沉積的速率，有效地控制水體內(nèi)部氮、磷富集;同時(shí)增加水體中浮游動(dòng)物的數(shù)量，修復(fù)水生食物鏈，恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的完整性和多樣性，從而提高庫(kù)里泡的整體自凈能力[20－21]。

5.3 生態(tài)修復(fù)

建立濕地保護(hù)帶是我國(guó)絕大多數(shù)內(nèi)陸湖泊水體修復(fù)工作最為積極有效的方法。濕地系統(tǒng)能有效阻滯、截留地表徑流攜帶的懸浮物，降解營(yíng)養(yǎng)物和其他有機(jī)物，是一種有效遷移、控制地表徑流中營(yíng)養(yǎng)物入河的方法。所以，可考慮將沿庫(kù)里泡地勢(shì)低洼、易澇、經(jīng)濟(jì)效益不高的農(nóng)田、魚塘等恢復(fù)為濕地，通過(guò)種植蘆葦、香蒲、睡蓮等植物，改造成人工濕地生態(tài)系統(tǒng)，發(fā)揮生物凈化作用，去除水中的COD、氮、磷等污染物質(zhì)。

5.4 管治結(jié)合、依法治湖

在湖泊的保護(hù)中，管理與治理同等重要，當(dāng)前庫(kù)里泡的管理仍比較薄弱，形成一面治理，一面又污染的局面。因此必須強(qiáng)化相關(guān)部門對(duì)庫(kù)里泡的管理，取締人為捕撈“魚食”的行為，并加強(qiáng)對(duì)人為干擾的監(jiān)督。從而保護(hù)水體中的浮游動(dòng)物，恢復(fù)水生食物鏈，完善水生態(tài)系統(tǒng)的完整性和多樣性，構(gòu)建自凈能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高的水生生態(tài)系統(tǒng)。使管理與治理同時(shí)并進(jìn)，否則，只治理不管理，庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化的程度還會(huì)加劇。

法制不健全也是造成庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要原因。要徹底改變庫(kù)里泡污染現(xiàn)狀，必須加強(qiáng)環(huán)境立法，同時(shí)要強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)督，早日將庫(kù)里泡水污染防治工作納入法制化的軌道，并制定相配套的政策措施和管理辦法，在治理的同時(shí)堅(jiān)決控制新污染源的產(chǎn)生。

6 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)在的庫(kù)里泡富營(yíng)養(yǎng)化非常嚴(yán)重，因此如何治理庫(kù)里泡，已經(jīng)成為迫在眉睫的任務(wù)。庫(kù)里泡生態(tài)環(huán)境的修復(fù)是一項(xiàng)長(zhǎng)期而復(fù)雜的工作，在治理過(guò)程中中，任何單一的措施都很難有效地控制富營(yíng)養(yǎng)化，有時(shí)甚至還會(huì)導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化程度加劇。因此在實(shí)際工作中，通常綜合多種治理措施，以期達(dá)到最佳效果。

[1]Atalah J，Mary K Q，Kenneth I，et al.Impacts of invasion by Dreissena polymorpha(Pallas，1771)on the performance of macroinvertebrate assessment tools for eutrophication pressure in lakes[J].Hydrobiologia，2010，654(1):237 －251.

[2]Glibert P M，Burkholder J M.Harmful algal blooms and eutrophication:“strategies”for nutrient uptake and growth outside the Redfield comfort zone[J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2011，29(4):724 －738.

[3]Ishii Y，Harigae S，Tanimoto S，et al.Spatial variation of phosphorus fractions in bottom sediments and the potential contributions to eutrophication in shallow lakes[J].Limnology，2010，11:5 －16.

[4]李明傳.水環(huán)境生態(tài)修復(fù)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展[J].中國(guó)水利，2007(11):25－28.

[5]王春玲，趙興敏，趙蘭坡.富營(yíng)養(yǎng)化水體內(nèi)源磷釋放和穩(wěn)定化研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2011，36(1):26 －30.

[6]Brodie J E，Devlin M，Haynes D，et al.Assessment of the eutrophication status of the Great Barrier Reef lagoon(Australia)[J].Biogeochemistry，2011，106(2):281 － 302.

[7]Abeynaike A，Wang Luyao，Jones M I，et al.Pyrolysed powdered mussel shells for eutrophication control:effect of particle size and powder concentration on the mechanism and extent of phosphate removal[J].Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering，2011，6(2):231－243.

[8]Andersen J H，Axe P，Backer H，et al.Getting the measure of eutrophication in the Baltic Sea:towards improved assessment principles and methods[J].Biogeochemistry，2011，106:137 －156.

[9]潘靜，陳椽，寧愛麗，等.草海浮游植物的調(diào)查及其富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(12):309 －7312.

[10]況琪軍，胡征宇，周廣杰，等.香溪河流域浮游植物調(diào)查與水質(zhì)評(píng)價(jià)[J].武漢植物學(xué)研究，2004，22(6):507 －513.

[11]Uthicke S，Vogel N，Doyle J，et al.Interactive effects of climate change and eutrophication on the dinoflagellate－bearing benthic foraminifer Marginopora vertebralis[J].Coral Reefs，2012，31(2):401－414.

[12]Pogozhev P I，Gerasimova T N.The role of zooplankton in the regulation of phytoplankton biomass growth and water transparency in water bodies polluted by nutrients[J].Water Resources，2011，38(3):400 －408.

[13]許繼軍，劉志武.長(zhǎng)江流域農(nóng)業(yè)面源污染治理對(duì)策探討[J].人民長(zhǎng)江，2011，42(9):23 －27.

[14]Welch E B，Barbiero R P，Bouchard D，et al.Lake trophic state change and constant algal composition following dilution and diversion[J].Ecological Engineering，1992，1(3):173 －197.

[15]郝文彬，唐春燕，滑磊，等.引江濟(jì)太調(diào)水工程對(duì)太湖水動(dòng)力的調(diào)控效果[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2012，40(2):129－133.

[16]馮冰冰，王國(guó)祥，楊文斌.南京玄武湖污染源調(diào)查與分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，35(28):8963 －8964，8973.

[17]李共國(guó)，吳芝瑛，虞左明.引水和疏浚工程支配下杭州西湖浮游動(dòng)物的群落變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26(10):3508－3515.

[18]郭慧光.滇池治理與滇中調(diào)水[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2007，26(6):30－33.

[19]余成，任憲友，班璇，等.二維水質(zhì)模型在武漢東湖引水工程中的應(yīng)用[J].湖泊科學(xué)，2012，24(1):43 －50.

[20]Zhong Denghua，Liu Jianmin，Xiong Kaizhi，et al.Visual dynamic simulation and optimization of Zhangjiuhe diversion project[J].Transactions of Tianjin University，2008，14(3):186 －192.

[21]Yin Dacong，Zheng Lingling，Song Lirong.Spatio-temporal distribution of phytoplankton in the Danjiangkou Reservoir，a water source area for the South-to-North Water Diversion Project(Middle Route)，China[J].Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2011，29(3):531 －540.