衡水湖水體氮磷變化規(guī)律及富營養(yǎng)化現(xiàn)狀分析

周振昉

（河北省衡水水文水資源勘測局，河北衡水053000）

衡水湖位于華北平原南部河北省衡水市境內(nèi)，地處黑龍港流域中西部，地理位置在東經(jīng)115°30′～115°40′，北緯37°33′～37°40′之間，屬于典型的淺水型濕地湖泊，具有蓄洪、防澇、供水、景觀、旅游、調(diào)節(jié)當?shù)匦夂?、降解環(huán)境污染等多種功能。隨著衡水市社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們加大了對衡水湖的保護利用。由于衡水湖的水體較淺且交換不暢，植物體腐爛分解等原因，使衡水湖出現(xiàn)了富營養(yǎng)化、生物多樣性減少等一系列環(huán)境問題。研究表明，氮和磷是浮游植物生長所需的營養(yǎng)元素，對藻類生長起促進作用，是造成水體富營養(yǎng)化的主要影響因子［1-2］。采用2004～2013年衡水湖水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，調(diào)查分析了衡水湖水體氮、磷營養(yǎng)元素的變化規(guī)律及其污染來源、成因，對衡水湖水體的富營養(yǎng)化現(xiàn)狀進行了分析評價，提出了衡水湖水體氮、磷污染的控制對策，為衡水湖的保護治理提供一定依據(jù)。

1 衡水湖蓄水量變化分析

衡水湖總面積75.0km2，蓄水設(shè)計高程21.0m，總?cè)莘e為1.88億m3。整個湖泊分為東、西兩個湖區(qū)。其中東湖又被一條人工堤分為大湖和冀州小湖兩部分，大湖面積32.4km2，小湖面積10.1km2，總?cè)莘e1.23億m3，現(xiàn)有水域平均水深普遍在3～4m。西湖面積32.5km2，容積0.65億m3，除有少量坑池沼澤或魚塘外，其余大部分被雜草覆蓋。

衡水湖年平均降水量518.9mm，年平均水面蒸發(fā)量（E601）1147mm，地表徑流水量很小，靠流域降水很難維持其穩(wěn)定的水位，因此人工調(diào)水是維系衡水湖的主要水源。自1994年以來，引黃河水成為衡水湖的主要水源補給方式。衡水湖1994～2013年間累計引黃（引岳）補水9.24億m3。

衡水湖1994～2013年間歷次引黃（引岳）入湖水量如表1。

受引蓄黃河水和集水區(qū)降水年際變化等因素的影響，衡水湖的蓄水量年際變化較大。由于歷次引黃一般主要在11月～次年1月份進行，所以2月份成為衡水湖蓄水量最多的月份，從3月份開始，隨著蒸發(fā)量和農(nóng)業(yè)灌溉用水的增加，衡水湖的蓄水量開始減少，水位開始持續(xù)下降，到11月引水前，水位達到一年中的最低水位。

衡水湖2004～2013年歷年的最高水位、最低水位、平均水位與蓄水量如表2。

表1 衡水湖1994～2013年歷次引黃（引岳）入湖水量 單位：億m3

表2 衡水湖東湖2004～2013年蓄水情況（水位為黃海高程）

2 衡水湖水質(zhì)污染特征

2.1 水質(zhì)監(jiān)測

為研究衡水湖水質(zhì)變化情況，選取衡水湖湖內(nèi)（閘上）、小庫（閘上）、冀州（閘下）3個基本水質(zhì)監(jiān)測站2004～2013年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)作為評價依據(jù)。這3個站點分別位于衡水市彭杜鄉(xiāng)大趙村、冀州市冀州鎮(zhèn)南關(guān)村及冀州市魏屯鄉(xiāng)魏屯村。衡水湖湖內(nèi)（閘上）采樣點2004～2006年每年監(jiān)測6次（雙月監(jiān)測），2007年監(jiān)測8次（2～6月雙月監(jiān)測、8～12月每月監(jiān)測），2008～2013年每年監(jiān)測12次（每月監(jiān)測），小庫（閘上）、冀州（閘下）2004～2013年均每年監(jiān)測6次（雙月監(jiān)測）。

2.2 氮、磷污染特征

2.2.1 氮、磷污染年際變化特征分析

以2004～2013年衡水湖各監(jiān)測站實測水質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析，TP和TN歷年變化趨勢如圖1～圖2。

圖1 衡水湖水體TP年際變化趨勢

圖2 衡水湖水體TN年際變化趨勢

由圖1可以看出：①湖內(nèi)站TP：2006～2008年和2010年略高于Ⅲ類水質(zhì)濃度限值，其余年份低于Ⅲ類水質(zhì)濃度限值，多年來變化趨勢不太明顯。②小庫站TP：2004～2008年均高于Ⅴ類水質(zhì)濃度限值，其中2004年、2007年污染最為嚴重，2009～2013年高于Ⅳ類但低于Ⅴ類水質(zhì)濃度限值。小庫站TP濃度波動變化較大，2005～2007年呈逐年上升趨勢，之后大體呈下降趨勢。③冀州站TP：歷年均高于Ⅲ類水質(zhì)濃度限值，2004、2006年污染最嚴重，高于Ⅴ類水質(zhì)濃度限值，2004～2006年波動變化較大，之后總體呈下降趨勢。

由圖2可以看出：①湖內(nèi)站TN：2006、2007兩年污染較嚴重，高于（湖、庫）Ⅴ類水質(zhì)濃度限值，其余年份高于Ⅳ類但低于Ⅴ類水質(zhì)濃度限值。2006年污染最嚴重，其余年份波動變化不大。②小庫站TN：除2010年低于Ⅴ類水質(zhì)濃度限值外，其余年份均高于Ⅴ類水質(zhì)濃度限值，2007年污染最為嚴重。小庫站TN濃度2004～2007年呈逐年上升趨勢，之后總體呈下降趨勢。③冀州站TN：2006、2007年污染較嚴重，除2004年符合Ⅳ類水質(zhì)標準，其余年份均高于Ⅳ類水質(zhì)濃度限值或Ⅴ類水質(zhì)濃度限值。冀州站TN濃度2004～2006年呈逐年上升趨勢，之后大體呈下降趨勢。

以上分析表明，多年來衡水湖湖內(nèi)站TP污染較輕，整體維持在Ⅲ類水質(zhì)水平，小庫站和冀州站則污染較重，尤其是2004年和2006、2007年超標嚴重。衡水湖各監(jiān)測站TN污染嚴重，多年來大致處于Ⅴ類或劣Ⅴ類水質(zhì)，2006、2007年超標嚴重。2008年以來，由于引黃后蓄水量穩(wěn)中見增，雖氮、磷的污染仍相當嚴重，但衡水湖的水質(zhì)狀況得到了一定程度的改善。

2.2.2 氮、磷污染年內(nèi)變化特征分析

2013年衡水湖各監(jiān)測站總磷（TP）、總氮（TN）濃度年內(nèi)變化趨勢如圖3～圖4。

圖3 2013年衡水湖水體TP年內(nèi)變化趨勢

圖4 2013年衡水湖水體TN年內(nèi)變化趨勢

通過分析可知，2013年湖內(nèi)站的TP濃度6、9月份較高，超Ⅲ類水質(zhì)濃度限值，其余月份均符合Ⅲ類水質(zhì)標準，年內(nèi)波動變化較大，1～9月總體呈波浪上升的趨勢；小庫站的TP濃度8月份最高，超Ⅴ類水質(zhì)濃度限值，2～8月基本呈現(xiàn)升高的趨勢，8～12月則呈降低的趨勢；冀州站TP濃度6月份最高，超過Ⅳ類水質(zhì)濃度限值，之后基本呈下降趨勢。

衡水湖各監(jiān)測站2013年年初的TN濃度都非常高，2月份湖內(nèi)、小庫、冀州站分別超Ⅴ類水質(zhì)標準1.5，1.5，1.1倍，之后除小庫站4月份和6月份超過Ⅴ類水質(zhì)濃度限值外，其余均未超過Ⅴ類水質(zhì)濃度限值。湖內(nèi)、小庫站2013年的TN總體呈下降的趨勢，冀州站4月份以后則略呈上升的趨勢。

2.2.3 氮磷比

氮、磷濃度的比值與藻類增殖有密切的關(guān)系。據(jù)資料顯示，當湖水的TN、TP濃度比值在10～15時，藻類生長與氮磷比值成直線相關(guān)；當湖水的TN、TP濃度比值在12～13時，藻類增殖速度最快［3］。若TN、TP濃度之比小于或大于此值，則藻類生長會受到一定限制。

2011～2013 年衡水湖各監(jiān)測站的氮磷比（TN、TP濃度為相同月份的平均值）如表3。

表3 衡水湖各監(jiān)測站氮磷比

如果湖泊的TN、TP濃度比值>14，則通常認為磷是限值性因素。由表1可知，這3年間湖內(nèi)站代表水域的氮磷比在18～90之間，多數(shù)時間遠超過此值，可見此水域是磷限值性水域。而小庫站代表水域的氮磷比在10～42之間，且夏、秋高溫季節(jié)在10～16之間，這個范圍的比值正適合藻類的繁殖，致使每年的7、8月份均發(fā)生大面積“水華”。冀州站代表水域的氮磷比在15～86之間，6月、12月接近14，多數(shù)時間也遠超過14，基本上是磷限值性水域。

3 衡水湖富營養(yǎng)化評價

衡水湖水體的富營養(yǎng)化問題是衡水湖面臨的一個主要問題，多年來歷次評價結(jié)果營養(yǎng)程度均為富營養(yǎng)［4-7］。作為南水北調(diào)工程規(guī)劃中的一個調(diào)蓄水水源地，應(yīng)對衡水湖水體的富營養(yǎng)化給予足夠重視。

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，以透明度（SD）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總磷（TP）、總氮（TN）等5項指標為主，對衡水湖水體進行富營養(yǎng)化評價。評價結(jié)果如表4。

表4 2013年衡水湖富營養(yǎng)化評價結(jié)果

從富營養(yǎng)化程度評價結(jié)果看，湖內(nèi)站冬、春季污染程度較輕，富營養(yǎng)化程度為中營養(yǎng)，夏秋季節(jié)污染程度較重，為輕度富營養(yǎng)。小庫站污染程度較重，全年均為中度富營養(yǎng)。冀州站與湖內(nèi)站類似，冬、春季污染程度較輕，富營養(yǎng)化程度為中營養(yǎng)或輕度富營養(yǎng)，夏秋季節(jié)污染程度較重，為中度富營養(yǎng)，但總體而言要比湖內(nèi)站富營養(yǎng)化程度嚴重。該結(jié)果與氮磷比的分析結(jié)果基本一致。

4 衡水湖氮、磷污染原因分析

4.1 工業(yè)污染

雖然衡水湖嚴禁一切形式的排污，但在小庫上游的冀碼渠上仍有化肥廠、化工廠的部分排污口。平日進水閘關(guān)閉，污水不能進入湖區(qū)，一旦上游來水，所有積存在河道內(nèi)的污水會匯入小庫，造成魚類大量死亡，對庫內(nèi)水質(zhì)影響嚴重。另外，企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的煙塵和工業(yè)廢氣中的顆粒落入湖內(nèi)，也會造成污染。

4.2 生活污染

衡水湖湖中心的順民莊、梅花島等地的生活污水直接排入湖內(nèi)，生活垃圾沒有進行統(tǒng)一的收集和處理，隨風漂遷或水沖刷后進入湖內(nèi)，對湖水造成了一定的污染。

4.3 農(nóng)業(yè)面源污染

衡水湖周邊土地利用以農(nóng)業(yè)和林果生產(chǎn)為主?；剩ㄖ饕獮榱追屎偷剩┖娃r(nóng)藥的大量使用，導致湖區(qū)周邊農(nóng)田里的營養(yǎng)鹽隨降雨產(chǎn)流匯入湖中，面源污染日趨嚴重。

4.4 養(yǎng)殖污染

衡水湖的網(wǎng)箱、攔網(wǎng)養(yǎng)魚曾廣泛分布于東湖大庫中南部及小庫內(nèi)，主要養(yǎng)殖鯉魚、鰱魚等雜食性品種，以人工投餌飼養(yǎng)。這些餌料中含有大量的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)有的直接被水溶解影響水質(zhì)，有的以排泄物形式進入水體，有的形成污泥給二次污染帶來內(nèi)源。湖區(qū)周邊人們的放養(yǎng)等活動也大多數(shù)采用飼料喂養(yǎng)，再加上飼養(yǎng)物本身的排泄物，加重了湖水污染。

4.5 引水污染

衡水湖自然水源補給嚴重不足，跨流域調(diào)水是衡水湖水源的唯一保障方式?！耙S濟冀”已開展近20年，引水路線經(jīng)過幾次調(diào)整優(yōu)化，但沿線上仍存在多點污染源；引水途經(jīng)棗強縣城和“皮毛之鄉(xiāng)”大營鎮(zhèn)，城內(nèi)生活污水及皮毛洗染廢水直接或間接排入引水渠道進入衡水湖；引水途經(jīng)廣大農(nóng)村地區(qū)，沿途農(nóng)民利用河床內(nèi)大片植物資源放養(yǎng)牲畜，牲畜排入河床的廢物等含有的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)溶進土壤后會隨黃河水的沖刷逐漸進入衡水湖。

［1］宋亞蓮，孫娟.洪澤湖流域氮磷污染的初探［J］.黑龍江環(huán)境通報，2005，29（4）：62-64.

［2］Carpenter SR，CaracoNF，Correll DL，et al.Nonpoint pollutionof surfacewaters withphosphorus andnitrogen［J］.Ecological Application，1998，8（3）:559-568.

［3］喬光建.區(qū)域水資源保護探索與實踐［M］.北京：中國水利水電出版社，2007.

［4］李秀瑩，秦建友，楊秀清.衡水湖營養(yǎng)化狀況分析及防治對策［A］.河北省水環(huán)境保護論文集（第三集）［C］.2006.122-127.

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［6］張彥增，尹俊嶺，崔希東，等.衡水湖濕地恢復(fù)與生態(tài)功能［M］.北京：中國水利水電出版社，2010.

［7］周振昉.衡水湖水體富營養(yǎng)化狀況及防治措施［J］.南水北調(diào)與水利科技，2012，10（1）：90-93.