北京奧運龍形水系水質(zhì)特征分析與評價

劉青,何芳、,張清靖,楊慕,李揚、,曲疆奇

(1.大連海洋大學(xué)遼寧省水生生物學(xué)重點實驗室,遼寧大連116023;2.北京市水產(chǎn)科學(xué)研究所,北京100068)

北京奧運龍形水系水質(zhì)特征分析與評價

劉青1,何芳1、2,張清靖2,楊慕2,李揚1、2,曲疆奇2

(1.大連海洋大學(xué)遼寧省水生生物學(xué)重點實驗室,遼寧大連116023;2.北京市水產(chǎn)科學(xué)研究所,北京100068)

根據(jù)2012年對北京市奧林匹克公園龍形水系水質(zhì)逐月監(jiān)測結(jié)果,采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI)和水質(zhì)綜合標(biāo)識指數(shù)法(WQI)分別對該水系水體富營養(yǎng)化現(xiàn)狀和水質(zhì)級別進(jìn)行評價。結(jié)果表明:龍形水系水質(zhì)偏堿性,水中溶解氧常年處于過飽和狀態(tài),化學(xué)耗氧量(CODMn)、生化需氧量(BOD5)、懸浮物、葉綠素a、總氮和總磷等水質(zhì)指標(biāo)隨時間變化較大,水體中總磷一直維持在較低水平,是龍形水系水體富營養(yǎng)化的限制因子;水系水體營養(yǎng)狀態(tài)從春季到秋季由輕富營養(yǎng)到中營養(yǎng)轉(zhuǎn)變,其水質(zhì)級別基本上都在Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以上,達(dá)到了水環(huán)境功能目標(biāo)要求;沉水植物種植水域水質(zhì)優(yōu)于非沉水植物種植水域;水系河道設(shè)計也能影響水系的水質(zhì)。本研究結(jié)果可為北京市奧林匹克公園龍形水系水環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

龍形水系;水質(zhì)特征;富營養(yǎng)化;評價

城市景觀水體不僅是市民休閑娛樂的重要場所,也是城市水生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。城市景觀水體多為淺水型水體,容易受到自然因素和人為因素的影響,水體水質(zhì)易惡化,嚴(yán)重時甚至?xí)茐乃鷳B(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),影響人們的生活。北京奧運龍形水系位于北京奧林匹克公園中心區(qū)(40°00＇N, 116°23＇E),呈南北向分布,總長為2.7 km,水面寬度為18～123 m,總水面面積為16.5 hm2,水深為0.70～1.24 m。自南向北分別有國家體育南路、慧忠路、國家體育館北路、大屯路、大屯北路和科薈南路穿過,將水面分割成W1～W9共9個區(qū)域[1]。北京市奧運龍形水系作為奧林匹克公園里一條完整水系,構(gòu)成了全園的脈絡(luò)和紐帶,在建成后取得了較好的景觀效果,但近兩年水質(zhì)變差,已引起了各方人士的關(guān)注。為此,作者于2012年對北京奧運龍形水系的水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測,并對其水質(zhì)狀況和營養(yǎng)程度進(jìn)行了評價,以期為改善與保護(hù)該水系水質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測點的設(shè)置

根據(jù)龍形水系各區(qū)域的不同特征,選取A、B、C、D 4個監(jiān)測樣點(圖1)。其中,A點為硬質(zhì)河床,直墻水岸,系水系補水的補水口區(qū)域,補充的中水來源于北京清河再生水廠;B點為硬質(zhì)河床,東側(cè)有緩坡水岸,西側(cè)有親水臺設(shè)計;C點接近自然河床,亦是東側(cè)有緩坡水岸,西側(cè)有親水臺設(shè)計;D點接近自然河床,兩側(cè)皆有緩坡護(hù)岸。各緩坡均種植了水生植物,C、D水域種植有4萬m2的沉水植物。在補水時水的流向自南向北。

1.2 方法

1.2.1 監(jiān)測指標(biāo)和方法 水質(zhì)指標(biāo)包括溫度、pH、溶解氧(DO)、總氮(TN)、總磷(TP)、化學(xué)耗氧量(CODMn)、生化需氧量(BOD5)、葉綠素 a(Chl-a)、氨氮硝酸鹽氮亞硝酸鹽氮懸浮物(SS)。于2012年4—11月每月中旬對各監(jiān)測點進(jìn)行樣品采集,用多功能水質(zhì)測量儀(Aquameter GPS水質(zhì)多參數(shù)分析儀)現(xiàn)場測定 pH、溫度、DO;其他指標(biāo)用采樣瓶采集水樣,帶回實驗室后按照 《水與廢水監(jiān)測分析方法》(第四版)中的方法進(jìn)行測定。其中TP濃度含量較低,采用經(jīng)典的方法無法檢出,故使用儀器(德國 WTW 的CR2200消解器和pHotoFlex光度計)測定TP。

圖1 龍形水系采樣點位置圖Fig.1 The sampling sites in Dragon-shaped water system

1.2.2 評價方法

1)富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價。采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法,該方法是按照各參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)的相關(guān)性程度對不同參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)適當(dāng)加權(quán),用加權(quán)后的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來判斷水體所處營養(yǎng)狀況。與其他方法相比,綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法計算更簡單,評價結(jié)果更準(zhǔn)確[2]。本研究中,以中國環(huán)境監(jiān)測總站制定的 《湖泊(水庫)富營養(yǎng)化評價方法及分級技術(shù)規(guī)定》,選取TN、TP、CODMn、Chla 4種反映水體富營養(yǎng)程度的主要指標(biāo),通過計算綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI),對龍形水系的富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行評價。

參照文獻(xiàn) [2]中的方法計算相關(guān)加權(quán)綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù):

其中:TLI(Σ)表示綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;TLI(j)為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以Chl-a作為基準(zhǔn)參數(shù),第j種參數(shù)的歸一化相關(guān)權(quán)重計算公式為

其中:rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chl-a的相關(guān)系數(shù);m為評價參數(shù)的個數(shù)。

各單項營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的計算公式為

采用0～100之間的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級,將富營養(yǎng)狀態(tài)分為5個等級: TLI(Σ)為0～30時為貧營養(yǎng),30～50為中營養(yǎng), 50～60為輕度富營養(yǎng),60～70為中度富營養(yǎng), 70～100為重度富營養(yǎng)[3]。

2)水質(zhì)級別的判定。水質(zhì)級別的判定采用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法,它是一種全新的水質(zhì)綜合評價方法,可以完整標(biāo)識水質(zhì)評價指標(biāo)的類別、水質(zhì)數(shù)據(jù)、功能區(qū)目標(biāo)值等重要信息,對綜合水質(zhì)做出合理的評價。綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)由單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)總和的平均值、代表水質(zhì)類別與功能區(qū)劃設(shè)定類別的比較結(jié)果、參與整體水質(zhì)評價的指標(biāo)中劣于功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)指標(biāo)個數(shù)組成。

單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(Pi)的計算公式為其中:X1為第i項水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別;X2為監(jiān)測數(shù)據(jù)在X1類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下限值與X1類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)上限值變化區(qū)間所處的位置;X3為水質(zhì)類別與水體功能劃定類別的等級差別,為一位或兩位有效數(shù)字。

綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)(WQI)的計算公式為其中:X1·X2為單因子水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法總和的平均值,為綜合水質(zhì)指數(shù);X3為參與綜合水質(zhì)評價的單項水質(zhì)指標(biāo)中,劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的指標(biāo)個數(shù),為標(biāo)識指數(shù);X4為綜合水質(zhì)類別與功能區(qū)類別的比較結(jié)果,視綜合水質(zhì)的污染程度,亦為標(biāo)識指數(shù)。計算WQI的具體方法參照文獻(xiàn)[4]。

對于龍形水系水環(huán)境而言,可以在斷面水質(zhì)級別評價的基礎(chǔ)上對水系整體的綜合水質(zhì)級別進(jìn)行評價,計算公式為

其中:Y1·Y2為水系的綜合水質(zhì)指數(shù);i為水系水質(zhì)監(jiān)測斷面編號;n為水系水質(zhì)監(jiān)測斷面總數(shù);(X1·X2)i為河流或水系第i個監(jiān)測斷面上的綜合水質(zhì)指數(shù)。

由綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)判斷水質(zhì)級別的標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 基于綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)的綜合水質(zhì)級別判定標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Comprehensive water quality classification depending on water quality index(WQI)

本研究中采用國家環(huán)境保護(hù)總局2002年頒布的地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)[5]。根據(jù)北京市水利規(guī)劃設(shè)計研究院編著的 《北京奧林匹克公園水系及雨洪利用系統(tǒng)研究、設(shè)計與示范》,確定龍形水系水環(huán)境功能目標(biāo)為地表水Ⅲ類水質(zhì)。

2 結(jié)果

2.1 龍形水系水體的理化性狀

根據(jù)對北京奧運龍形水系2012年4—11月的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù),得到各月份龍形水系水質(zhì)狀況如表2所示。由表2可知,水溫隨季節(jié)變化明顯,變化范圍為4.18～28.85℃,其中7月水溫最高,11月水溫最低,均與其他月份有顯著性差異(P＜0.05);相同月份各監(jiān)測點之間的水溫變化不顯著(P＞0.05)。龍形水系的pH在4—5月較高,且顯著高于其他月份(P＜0.05);6—11月的pH略呈下降趨勢,但各月份間差異不顯著(P＞0.05),總體上龍形水系水質(zhì)偏堿性。龍形水系的DO含量變化范圍為7.62～14.17 mg/L,DO含量隨季節(jié)變化明顯,低溫季節(jié)(4—5月和10—11月)的DO含量顯著高于高溫季節(jié)(8月) (P＜0.05)。從大部分監(jiān)測到的DO值來看,龍形水系水體中的DO均處于過飽和狀態(tài),這是由于該水系堿度較高,且長時間保持穩(wěn)定,和離子增多,CO2來不及溶入水中,而大量無機碳在微生物作用下轉(zhuǎn)化為有機體,釋放出氧氣,使水體中DO呈過飽和狀態(tài)[6];同時這還與北京晴天較多,光照充足,水中的藻類和光合細(xì)菌等光合作用強烈,水體受風(fēng)力影響較大,以及大氣DO補充等有關(guān)。

表2 龍形水系水體的理化性狀Tab.2 The physical and chemical parameters of water quality in the dragon-shaped water system mg/L

由表2也可以看出,龍形水系各監(jiān)測點的CODMn含量隨月份變化大致呈現(xiàn)出先下降后上升的“U”字型趨勢。其中,4月的 CODMn含量最高, 7、8月CODMn含量較低,且均與其他月份有顯著性差異(P＜0.05)。龍形水系BOD5含量隨月份變化大致呈現(xiàn)出 “L”型趨勢。其中,4月的BOD5含量最大,顯著高于其他月份(P＜0.05),5月次之;而其他月份各監(jiān)測點BOD5的最高值為8.28 mg/L,最低值為2.50 mg/L。CODMn和BOD5都是衡量水中有機物含量的重要指標(biāo),其值越大,說明水中的有機物含量越高[7]。龍形水系夏季的CODMn顯著下降,與其水系水質(zhì)凈化措施關(guān)系較大,夏季在龍形水系種植的沉水植物大量生長,構(gòu)建的沉水植物系統(tǒng)形成,水生植物-微生物系統(tǒng)得到恢復(fù),一方面水生植物吸收和富集部分小分子有機污染物,另一方面通過促進(jìn)物質(zhì)的沉淀和促進(jìn)微生物的分解作用來凈化水體,有效地降解了水中的有機物[7]。水體中的SS含量隨月份變化較大,分別在5、7、9月各出現(xiàn)一個峰值,均與其他月份有顯著性差異(P＜0.05),但這3個月的SS值彼此間均無顯著性差異(P＞0.05)。SS含量的這種變化規(guī)律與龍形水系該年的補水措施關(guān)系密切,SS含量出現(xiàn)峰值的時間正是龍形水系的補水時間點,而補入龍形水系的水均為中水,其SS含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水系中原有水的SS含量,從而導(dǎo)致水系中SS含量季節(jié)性出現(xiàn)峰值。水體中Chl-a值6—10月較高,而 11月最低,顯著低于其他各月份(P＜0.05)。不同監(jiān)測點Chl-a的變化也十分明顯,在同一監(jiān)測時間,A、B監(jiān)測點的Chl-a值較高,C、D監(jiān)測點的Chl-a值較低,這與C、D點所在的水體構(gòu)建了完善的沉水植物系統(tǒng)有關(guān)。已有研究表明,大型水生植物對藻類存在化感作用,能抑制浮游植物的生長,降低藻類的現(xiàn)存量,從而降低Chla的含量[7]。

2.2 龍形水系水體營養(yǎng)鹽水平及成因

龍形水系水體在不同月份的營養(yǎng)鹽水平見圖2。由圖2可見,水體中的TN隨月份變化明顯, 7—10月較低,其中最低值出現(xiàn)在 8月,為(1.03±0.60)mg/L,而4、5、6、11月均較高,最高值出現(xiàn)在11月,為(7.28±6.63)mg/L,且顯著高于除6月之外的其他月份(P＜0.05)。水體中的TP最高值出現(xiàn)在5月,為0.10 mg/L,且顯著高于其他月份(P＜0.05),4、6月的TP也相對較高,而7—11月的TP較低。龍形水系的TP含量變化于0.003～0.105 mg/L,都處于較低水平,一直維持在Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(＜0.2 mg/L)范圍內(nèi)。從采樣點位來看,4—11月A、B點監(jiān)測到的TN平均值分別為(5.16±5.14)、(5.94±3.48)mg/L, TP平均值分別為(0.047±0.032)、(0.035±0.042) mg/L,而 C、D點監(jiān)測到的 TN平均值分別為(1.93±1.17)、(1.92±1.66)mg/L,TP平均值分別為(0.029±0.034)、(0.021±0.033)mg/L,A、B點的TN和TP顯著高于C、D點(P＜0.05),而A與B點或C與D點之間卻無顯著性差異(P＞0.05)。通常C、D點的TN和TP值都要比A、B點低,特別是C、D點的TP都維持在Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(＜0.02 mg/L)范圍內(nèi)。水體中NO-2-N的含量11月最高,為(0.073±0.045)mg/L,顯著高于除5、6月之外的其他月份(P＜0.05);5月次之,為(0.042±0.059)mg/L,而其他月份均較低。水體中的NH+4-N含量在6月最高,為(2.00±0.42) mg/L,顯著高于其他月份(P＜0.05);11月最低,僅為(0.10±0.08)mg/L。而水體中的NO-3-N含量在11月最高,為(6.72±6.28)mg/L,顯著高于其他月份(P＜0.05)。

圖2 龍形水系營養(yǎng)鹽指標(biāo)的月變化Fig.2 The monthly change in nutrient indicators in the dragon-shaped water system

氮、磷等營養(yǎng)鹽的含量對水質(zhì)有重要影響,是浮游植物和大型水生植物初級生產(chǎn)的限制性因子,要保護(hù)和維持好水體水質(zhì),必須將氮、磷作為優(yōu)先控制的污染物[8]。本研究結(jié)果表明,高溫季節(jié)的氮、磷水平比低溫季節(jié)低,主要是冬季的低溫抑制了微生物、浮游動植物、水生植物的生物活性,從而降低了生物作用對氮、磷的去除效果,因此自凈能力差[9]。沉水植物較多的水域(C、D點)比其他水域(A、B點)的氮、磷水平明顯低,也是由于水生植物在不同的營養(yǎng)級水平上存在維持水體清潔和自身優(yōu)勢穩(wěn)定狀態(tài)的機制:水生植物有過量吸收營養(yǎng)物質(zhì)的特性,能降低水體的營養(yǎng)水平[10-12]。在天然富營養(yǎng)化條件下,磷元素多因其易于沉積而成為浮游植物生長的限制因子,也成為難以去除的營養(yǎng)物質(zhì)。在天然水體中,大型根著植物(沉水植物)因其可以直接從底泥中吸收營養(yǎng)而在與浮游植物的競爭中占優(yōu)勢[13-14]。因此,在水系中種植沉水植物對于穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)和凈化水質(zhì)有其特有的作用。

2.3 龍形水系水體富營養(yǎng)化狀態(tài)的評價

利用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(TLI(Σ))對4—11月水系中各監(jiān)測點的綜合富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)進(jìn)行計算,結(jié)果如表3所示。從表3可見:A監(jiān)測點水體各月的TLI(Σ)為43.99～58.38,其中4—7月和9—10月水體的綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)變化不大,皆處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài),8、11月的指數(shù)下降較明顯,呈中營養(yǎng)狀態(tài);B監(jiān)測點水體各月的TLI(Σ)為40.07～63.95,4、5月水體處于中度富營養(yǎng)狀態(tài),6月為輕度營養(yǎng)狀態(tài),7—11月為中營養(yǎng)狀態(tài),整體上隨月份的增加水質(zhì)呈遞減趨勢;C監(jiān)測點水體各月的TLI(Σ)為35.22～55.52,4—6月水體為輕度富營養(yǎng)狀態(tài),7—11月為中營養(yǎng)狀態(tài);D監(jiān)測點水體的TLI(Σ)為31.75～55.67,4、5月水體處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài),6—11月為中營養(yǎng)狀態(tài)。總體上來講,龍形水系水體4、5月的TLI(Σ)較高,呈中度或輕度富營養(yǎng)化狀態(tài),而6—11月的TLI(Σ)較低,處于中營養(yǎng)狀態(tài),C、D點的TLI(Σ)明顯低于同期的A、B點。

水系水質(zhì)綜合富營養(yǎng)狀態(tài)評價結(jié)果表明,水系水體營養(yǎng)狀態(tài)從春季到秋季由輕度富營養(yǎng)到中營養(yǎng)轉(zhuǎn)變。荊紅衛(wèi)等[15]對北京市其他城市湖泊富營養(yǎng)程度的研究表明,富營養(yǎng)化程度在盛夏形成高峰,春季和冬季為全年最低,這種不同的富營養(yǎng)狀態(tài)趨勢與龍形水系自身獨特的設(shè)計有關(guān)。在龍形水系,采用的高效循環(huán)處理和強化除磷新技術(shù)降低了水體的TP含量,使該水系中的TP水平一直維持在Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),特別是C、D點的TP水平基本上都保持在Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),龍形水系水體的N/P值比較高,達(dá)到42～390。根據(jù)一些學(xué)者提出的營養(yǎng)物劃分標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)N/P＜7～10時,藻類生長表現(xiàn)為氮限制狀態(tài);當(dāng)N/P＞22.6～30時,磷成為藻類生長的限制性因子[16-17]。由此可見,龍形水系夏季較低的磷含量一定程度上降低了水體中無機氮的生物利用,限制了水體中藻類的生長,沒能引起水質(zhì)富營養(yǎng)化程度的惡化。這與已有關(guān)于磷在不同水體中起限制因子作用的報道[18-19]結(jié)果相同。龍形水系的高效循環(huán)處理和強化除磷新技術(shù)對于磷的去除效果明顯,并且在一定程度上控制了水體富營養(yǎng)化的發(fā)生。

表3 龍形水系綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)月變化Tab.3 The monthly changes in trophic level index(TLI)in the dragon-shaped water system

2.4 龍形水系水質(zhì)級別判定

水系水質(zhì)級別的判定采用綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)法(WQI)。本研究中選取 DO、TN、TP、CODMn、BOD5、NH+4-N作為評價指標(biāo)。根據(jù)這些評價指標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù),按照公式(7)和(8)計算 WQI值,結(jié)果見表4。從表4可見,4月龍形水系各監(jiān)測點的WQI為3.830～4.431,參評指標(biāo)中有2個指標(biāo)超標(biāo),除A點水質(zhì)為Ⅲ類外,其他監(jiān)測點水質(zhì)均為Ⅳ類;5月水系各監(jiān)測點的WQI為4.131～ 3.430,參評指標(biāo)中有3個指標(biāo)超標(biāo),A、B監(jiān)測點水質(zhì)為Ⅳ類,劣于水環(huán)境功能目標(biāo)一個級別,C、D點為Ⅲ類;6月水系各監(jiān)測點的WQI皆大于4,參評指標(biāo)中有4個指標(biāo)超標(biāo),各監(jiān)測點水質(zhì)皆為Ⅳ類,均低于水環(huán)境功能目標(biāo)一個級別;7—10月水系各監(jiān)測點的WQI為2.510～3.920,水質(zhì)達(dá)到水環(huán)境功能目標(biāo),參評指標(biāo)中有1個超標(biāo),A、B點水質(zhì)為Ⅲ類,C、D點水質(zhì)甚至達(dá)到Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn);11月B點水質(zhì)為Ⅳ類,A點水質(zhì)為Ⅲ類,C、D點水質(zhì)為Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)?？偠灾?水系的A、B點的WQI較C、D點高。

表4 不同樣點綜合水質(zhì)標(biāo)識指數(shù)月變化Tab.4 The monthly changes in WQI in different sampling sites

依據(jù)公式(9)計算整個水系的綜合水質(zhì)指數(shù)(Y1·Y2)為2.90～4.40。從圖3可見,6月水系的Y1·Y2最大,4、6月整個水系的綜合水質(zhì)劣于水環(huán)境功能目標(biāo)一個級別;5、7、9、10、11月水系為Ⅲ類水質(zhì),達(dá)到水環(huán)境功能目標(biāo)要求;8月水系的Y1·Y2最低,綜合水質(zhì)達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 水系綜合水質(zhì)指數(shù)月變化趨勢Fig.3 The monthly changes in WQI in the water system

龍形水系能維持良好的水質(zhì)狀況,除使用了強化循環(huán)除磷技術(shù)以及構(gòu)建與完善了沉水植物系統(tǒng)外,水系的緩坡設(shè)計與緩坡上種植了蘆葦?shù)人参镆彩且粋€重要因素。研究表明,河岸帶對來自農(nóng)田的地表徑流和營養(yǎng)物質(zhì)有截留效應(yīng)[20-21]。李婉等[22]報道了北京轉(zhuǎn)河水質(zhì)狀況與河岸結(jié)構(gòu)有明顯的對應(yīng)關(guān)系,在水生植物相對較多的河岸帶,河流中的硝酸鹽和氨氮濃度較低。緩坡上種植的蘆葦?shù)人参锞哂忻黠@的根際效應(yīng),根際微生物的數(shù)量和活性均大于非根際微生物的數(shù)量和活性。有研究表明:植物可強化根際微生物吸收、根際周圍硝化和反硝化等作用,是去除TN的主要途徑[23];蘆葦對水中富營養(yǎng)化成分的去除率在輕富營養(yǎng)化水體中高于重度富營養(yǎng)化水體[24]。

水域中沉水植物的構(gòu)建和緩坡水生植物的種植,不僅能營造一片水下森林,美化環(huán)境,還能更好地保護(hù)水質(zhì)。此外,對枯萎和腐爛的水生植物要做到及時清理收割,以防止對水質(zhì)造成再次污染。

3 結(jié)論與建議

1)對龍形水系2012年度的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示:龍形水系水質(zhì)偏堿性;水中DO常年處于過飽和狀態(tài),CODMn和BOD5隨月份分別呈現(xiàn)出 “U”型和 “L”型變化趨勢,SS分別在5、7、9月各呈現(xiàn)一個峰值,而Chl-a、TN和TP隨時間變化較大,且水域中沉水植物的構(gòu)建對其值的降低影響明顯;水體TP一直維持在較低水平,是龍形水系水體富營養(yǎng)化的限制性因子。

2)通過對水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)和水質(zhì)級別進(jìn)行評價和判定,得出了龍形水系水體營養(yǎng)狀態(tài)從春季到秋季由輕富營養(yǎng)到中營養(yǎng)轉(zhuǎn)變,其水質(zhì)級別大部分時間都在Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以上,達(dá)到了水環(huán)境功能目標(biāo)的要求。

3)水域中沉水植物的構(gòu)建、緩坡水生植物的種植、水質(zhì)的循環(huán)處理和強化除磷技術(shù)等措施對龍形水系的水質(zhì)保護(hù)都起到了重要的作用。

4)補入景觀水體的水為中水,建議增加一些凈化措施對補入的中水水質(zhì)凈化后再進(jìn)入該水系,這樣能對水系水質(zhì)起到更好的保護(hù)作用。

5)鑒于龍形水系種植沉水植物水域(C、D水域)水質(zhì)明顯優(yōu)于非種植區(qū)域(A、B水域),建議加大對該水系沉水植物種植的水域面積,并放養(yǎng)一定數(shù)量的鰱、鳙等濾食性魚類,在營造一片水下森林、美化環(huán)境的同時,更好地保護(hù)水質(zhì)。另外,要及時收割枯萎水生植物,防止對水質(zhì)的再次污染。

6)龍形水系建設(shè)在奧林匹克森林公園內(nèi),游客較多,建議加強對游客文明觀光旅游的宣傳和引導(dǎo),減少人為的向水系水體中投入食品、垃圾等外源污染物。

[1]尹澄清.城市面源污染的控制原理和技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009:15-23.

[2]金相燦,劉鴻亮,屠清瑛,等.中國湖泊富營養(yǎng)化[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1990.

[3]王翠明,劉雪芹,張建輝,等.湖泊富營養(yǎng)化評價方法及分級標(biāo)準(zhǔn)[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2002,18(5):47-49.

[4]郭明明.標(biāo)識指數(shù)法在河流水質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2006,31(7):175-178.

[5]國家環(huán)境保護(hù)總局.GB3838-2002中國標(biāo)準(zhǔn)書號[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[6]唐桂明.近海河段溶解氧過飽和原因淺析[J].海洋環(huán)境科學(xué), 1994,13(1):21-31.

[7]吳振斌,邱東茹,賀峰,等.水生植物對富營養(yǎng)水體水質(zhì)凈化作用研究[J].武漢植物學(xué)研究,2001,19(4):299-303.

[8]崔力拓,李志偉,胡克寒.河北省海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)的時空變化特征[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報,2012,27(2):182-185.

[9]劉婷婷.嘉陵江水體中碳、氮、磷季節(jié)變化及其輸出[D].重慶:西南大學(xué),2009.

[10]Scheffer M.Multiplicity of stable states in freshwater systems[J]. Hydrobiologia,1990,200/201:475-487.

[11]Scheffer M,vanden Berg M,Breukelaar A,et al.Vegetated areas with clear water in turbids hallow lakes[J].Aquatic Botany, 1994,49(3):193-196.

[12]Schiver P,Bdgestrand J,Jeppesen E,et al.Impact of submerged macrophytes on fish-zooplankton-phytoplankton interactions: large enclosure experiments in a shallow eutrophic lake[J]. Freshw Biol,1995,33(2):255-270.

[13]Anderson M R,Kalff J.Submerged aquatic macrophyte biomass in relation to sediment characteristics in ten temperate lakes[J]. Freshwater Biol,1988,25:115-121.

[14]Rattray M R C,Howad-Williams,Brown J M A.Sediment and water as sources of nitrogen and phosphorus for submerged rooted aquatic macrophytes[J].Aquatic Botany,1991,40:225-237.

[15]荊紅衛(wèi),華蕾.北京城市湖泊富營養(yǎng)化評價與分析[J].湖泊科學(xué),2008,20(3):357-363.

[16]李哲,郭勁松,方芳,等.三峽水庫小江回水區(qū)不同TN/TP水平下氮素形態(tài)分布和循環(huán)特點[J].湖泊科學(xué),2009,21(4): 509-517.

[17]Guildford S J,Heeky R E.Total nitrogen,total phosphorus,and nutrient limitation in lakes and oceans:is there a common relationship?[J].Limnology and Oceanography,2000,45(6): 1213-1223.

[18]張靜,柯東勝,方宏達(dá),等.汕頭港海域氮、磷營養(yǎng)鹽環(huán)境容量及排放總量控制的研究[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報,2012,27(3):247-254.

[19]Boyd C E.Practical aspects of chemistry in aquaculture pond[J]. The Progressive Fish Culturist,1997,59(2):85-93.

[20]Gorsevski P V,Boll J,Gomezdelcampo E,et al.Dynamic riparian buffer widths from potential non-point source pollution areas in forested watersheds[J].Forest Ecology and Management,2008, 256:664-674.

[21]Polyakov V,Fares A,Ryder M H.Precision riparian buffers for the control of nonpoint source pollutant loading into surface water:a review[J].Environmental Reviews,2005,13:129-144.

[22]李婉,張娜,吳芳芳.北京轉(zhuǎn)河河岸帶生態(tài)修復(fù)對河流水質(zhì)的影響[J].環(huán)境科學(xué),2011,32(1):80-87.

[23]Vymazal J.Removal of nutrients in various types of constructed wetlands[J].Science of the Total Environment,2007,380(1/ 3):48-65.

[24]關(guān)寶華,葛瀅,常杰,等.富營養(yǎng)化水體中植物的元素吸收與凈化能力的關(guān)系[J].浙江大學(xué)學(xué)報:理學(xué)版,2001,29(2): 190-196.

Analysis and evaluation of water quality characteristics in Olympic Dragon-shaped Water System in Beijing

LIU Qing1,HE Fang1,2,ZHANG Qing-jing2,YANG Mu2,LI Yang1,2,QU Jiang-qi2
(1.Key Laboratory of Hydrobiology of Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Beijing Fisheries Research Institute, Beijing 100068,China)

The water quality was monthly monitored in the dragon-shaped water system in Beijing Olympic Park in 2012,and the water eutrophication and state were evaluated by trophic level index(TLI)method and water quality index(WQI)method.Some water quality indices including chemical oxygen demand(COD)Mn,biological oxygen demand(BOD5),suspended solid(SS),Chl-a,total nitrogen(TN)and total phosphorus(TP)were found to be fluctuated sharply with time in the slightly alkaline,and supersaturated dissolved oxygen water in the dragonshaped water system.The relatively low level of TP in the water was the limiting factor of eutrophication in the dragon-shaped water system.The eutrophication was found to be changed from light eutrophication in spring to mesotrophication in summer and autumn,classⅢwater quality standard in most of the time to meet the water environment function target requirements.There was better water quality in submerged plant area than that in non-submerged plant area.The water quality was also affected by the drainage channel design.The findings provide a theoretical basis for water environmental protection of Beijing Olympic dragon-shaped water system.

dragon-shaped water system;water quality characteristics;eutrophication;assessment

X171.1;X143

A

2013-03-23

國家重大水專項基金資助項目(2009ZX07314-009-05);國家 “十二五”科技支撐計劃項目(2012BAD25B03);北京市科技計劃項目(Z121100001512008)

劉青(1965-),女,副教授。E-mail:liuqing@dlou.edu.cn

張清靖(1974-),男,高級工程師。E-mail:qingjingzhang2007@yahoo.com.cn

2095-1388(2013)06-0597-07