衡水湖水體氮磷污染特征分析及控制對策

周振昉

(河北省衡水水文水資源勘測局，河北衡水053000)

衡水湖是衡水市唯一一座大型平原水庫，具有蓄洪、防澇、防旱、科研、供水、景觀、旅游、調節(jié)當?shù)匦夂?、降解環(huán)境污染等多種功能。2000年7月，河北省人民政府批準建立衡水湖濕地和鳥類自然保護區(qū)，2002年被納入聯(lián)合國教科文組織中國人與生物圈保護網(wǎng)絡，2003年被國務院批準成為國家級自然保護區(qū)，2004年被水利部批準為國家級水利風景區(qū)。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開發(fā)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，使得衡水湖出現(xiàn)了富營養(yǎng)化加劇、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]。本文采用2004－2013年衡水湖水質監(jiān)測數(shù)據(jù)，調查分析了衡水湖水體的氮、磷污染特征及其來源、成因，提出了衡水湖水體氮、磷污染的控制對策，以期為衡水湖的合理開發(fā)利用和生態(tài)治理提供一定的理論依據(jù)。

1 衡水湖概況

1.1 衡水湖的自然概況

衡水湖位于華北平原南部河北省衡水市境內，地處黑龍港流域中西部，屬于典型的淺水型濕地湖泊，原是冀州、棗強、南宮、新河、廣宗、威縣等地瀝水的一片自然緩洪滯瀝洼地，舊時被稱為千頃洼[3]。衡水湖地理位置在東經(jīng)115°30'－115°40'，北緯 37°33'－ 37°40'之間，南靠冀州市區(qū)，北臨衡水市區(qū)，湖泊總面積75.0km2。中湖大道將整個湖泊分為東、西兩個湖區(qū)。東湖又被一條人工堤分為大庫和冀州小庫兩部分，大庫面積32.4 km2，小庫面積10.1 km2，總設計庫容1.23億 m3?，F(xiàn)有水域平均水深普遍在3～4m，屬淺水型湖泊。西湖面積32.5 km2，設計庫容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。衡水湖控制流域面積1 654 km2，分布有5條匯流河(渠)道，這些河(渠)分別是冀呂渠、冀午渠、冀棗渠、冀南渠、西沙河。汛期降雨產(chǎn)生的徑流通過幾條河(渠)匯流至衡水湖[4]。

衡水湖大庫湖水一般于每年12月初期結冰，直到翌年2月末開始融化，冰封期約為3個月。由于靠跨流域調水來滿足最基本的生態(tài)、農灌及電廠發(fā)電用水需求，隨之而來的還有河道中的大量營養(yǎng)物質，加之該區(qū)域年內降水多集中于7－8月份的二、三場暴雨，導致周邊沖刷道路的徑流、農田退水等流入湖內，其含有的各種營養(yǎng)鹽加劇了衡水湖水體的富營養(yǎng)化程度[5]。

1.2 衡水湖面臨的富營養(yǎng)化問題

水體的富營養(yǎng)化是由于受到生活污水、工業(yè)廢水、農灌排水、降雨徑流等的污染，使水體中營養(yǎng)鹽(主要是氮和磷)濃度過高，促使藻類異常增殖而造成的。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開發(fā)利用。人類活動的影響促進了衡水湖的富營養(yǎng)化進程。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，多年來歷次評價結果營養(yǎng)程度均為富營養(yǎng)[6－9]。每到夏天，隨著水溫的升高，衡水湖水質急劇惡化，大量浮游生物迅速繁殖，生長區(qū)占據(jù)近2/3湖面，并逐漸由淺水區(qū)向深水區(qū)發(fā)展。DO降低，COD增加，富營養(yǎng)化程度加劇。尤其遇到悶熱天氣，大量生長香蒲區(qū)域的水變成灰白色，散發(fā)刺鼻臭味，魚類死亡，水體發(fā)生明顯污染，嚴重威脅著水資源的正常使用[10]。作為南水北調工程規(guī)劃中的一個調蓄水水源地，應對衡水湖水體的富營養(yǎng)化給予足夠重視。

2 衡水湖水質污染特征

2.1 水質監(jiān)測

為研究衡水湖水質變化情況，選取衡水湖湖內(閘上)、小庫(閘上)、冀州(閘下)三個基本水質監(jiān)測站2004－2013年的水質監(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)南關村及冀州市魏屯鄉(xiāng)魏屯村。衡水湖湖內(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)。該數(shù)據(jù)均由河北省水環(huán)境監(jiān)測中心衡水分中心監(jiān)測，所監(jiān)測的水質資料能基本反映衡水湖的水質情況。

2.2 氮磷污染特征

2.2.1 氮磷污染年際變化特征分析

《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838－2002)[11]中總磷(TP)、總氮(TN)的標準限值見表1。衡水湖三個基本水質監(jiān)測站2004－2013年 TP、TN實測數(shù)據(jù)年均值見表3。以2004－2013年衡水湖各監(jiān)測站實測水質數(shù)據(jù)進行分析，TP和TN歷年變化趨勢見圖1、圖2。

圖1 歷年衡水湖TP濃度均值變化圖

圖2 歷年衡水湖TN濃度均值變化圖

可以看出，湖內站 TP:濃度介于 0.02～0.07 mg/L，2006－2008年和2010年略高于《地表水環(huán)境質量標準》(湖、庫)Ⅲ類水質濃度限值，其余年份低于Ⅲ類水質濃度限值，多年來變化趨勢不太明顯。小庫站 TP:濃度介于0.11～0.84 mg/L，2004－2008年均高于Ⅴ類水質濃度限值，其中2004年、2007年TP污染嚴重，分別高達0.60 mg/L(超Ⅴ類標準2倍)和0.84 mg/L(超Ⅴ類標準 3.2倍)，2009－2013年高于Ⅳ類但低于Ⅴ類水質濃度限值。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，2011年有所反彈。冀州站TP:濃度介于0.07～0.80 mg/L，均高于Ⅲ類水質濃度限值，2004、2006年污染嚴重，高于Ⅴ類水質濃度限值，分別高達0.80 mg/L(超Ⅴ類標準3倍)和0.37 mg/L(超Ⅴ類標準0.9倍)，2004－2006年波動變化較大，之后大體呈下降趨勢。

湖內站 TN:濃度介于1.51 ～3.26 mg/L，2006、2007 兩年污染較嚴重，高于(湖、庫)Ⅴ類水質濃度限值，其余年份高于Ⅳ類但低于Ⅴ類水質濃度限值。2006年達3.26 mg/L(超Ⅴ類標準0.6倍)高峰，其余年份波動變化不大。小庫站TN:濃度介于1.80～12.4 mg/L，除2010年低于Ⅴ類水質濃度限值外，其余年份均高于Ⅴ類水質濃度限值，2007年污染最為嚴重，高達12.4 mg/L(超Ⅴ類標準5.2倍)。小庫站TN濃度2004－2007年呈逐年上升趨勢，之后大體呈下降趨勢，2011年又有所反彈。冀州站 TN:濃度介于 1.50～3.92 mg/L，2006、2007年污染較嚴重，除2004年符合Ⅳ類水質標準，其余年份均高于Ⅳ類水質濃度限值或Ⅴ類水質濃度限值。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，2011年又有所反彈。

以上分析表明，多年來衡水湖湖內站TP污染較輕，整體維持在Ⅲ類水質水平，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，2006、2007年超標嚴重?？傮w而言，衡水湖的水質狀況近年得到了一定程度的改善，但氮、磷的污染仍相當嚴重。

表1 地表水環(huán)境質量標準總磷(TP)、總氮(TN)標準限值mg/L

2.2.2 氮磷污染年內變化特征分析

2013年衡水湖各監(jiān)測站總磷(TP)、總氮(TN)監(jiān)測結果見表2。其年內變化趨勢見圖3、圖4。

表2 2013年衡水湖各監(jiān)測站總磷(TP)、總氮(TN)監(jiān)測結果 mg/L

通過分析可知，2013年湖內站的TP濃度6、9月份較高，超Ⅲ類水質濃度限值，其余月份均符合Ⅲ類水質標準，年內波動變化較大，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，達0.23 mg/L，超Ⅴ類水質濃度限值，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，達0.11 mg/L，超過Ⅳ類水質濃度限值，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、小庫、冀州站分別達 5.07 mg/L、4.97 mg/L、4.26 mg/L，超Ⅴ類水質標準 1.5、1.5、1.1 倍，之后除小庫站 4 月份和6月份超過Ⅴ類水質濃度限值外，其余均未超過Ⅴ類水質濃度限值。湖內、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。

表3 2004－2013年衡水湖各監(jiān)測站總磷(TP)、總氮(TN)年均值 mg/L

圖3 2013年衡水湖TP濃度變化圖

圖4 2013年衡水湖TN濃度變化圖

3 衡水湖氮磷污染原因分析

3.1 工業(yè)污染

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。平日進水閘關閉，污水不能進入湖區(qū)，一旦上游來水，所有積存在河道內的污水會匯入小庫，造成魚類大量死亡，對庫內水質影響嚴重。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，也會造成污染。

3.2 生活污染

衡水湖湖中心的順民莊、梅花島等地居民產(chǎn)生的生活污水，都直接排入湖內。另外還有生活垃圾，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。這些都會對湖水造成一定的污染。

3.3 農業(yè)面源污染

衡水湖周邊土地利用以農業(yè)和林果生產(chǎn)為主?；?主要為磷肥和氮肥)和農藥的大量使用，導致湖區(qū)周邊農田里的營養(yǎng)鹽隨降雨產(chǎn)流匯入湖中，面源污染日趨嚴重。

3.4 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，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，這些營養(yǎng)物質有的直接被水溶解影響水質，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，更加重了對湖水污染的威脅。

3.5 引水污染

衡水湖自然水源補給嚴重不足，跨流域調水是衡水湖水源的唯一保障方式?！耙S濟冀”已開展近二十年，引水路線經(jīng)過幾次調整優(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)廣大農村地區(qū)，沿途農民利用河床內大片植物資源放養(yǎng)牲畜，牲畜排入河床的廢物等含有的氮、磷等營養(yǎng)物質溶進土壤后會隨黃河水的沖刷逐漸進入衡水湖。

3.6 旅游污染

隨著旅游業(yè)的升溫，衡水市加大了對衡水湖的開發(fā)力度，衡水湖每年接待各地游客人數(shù)逐年增加，部分游客隨意拋棄雜物到湖中，使得衡水湖旅游污染逐年增加。

4 衡水湖氮磷污染控制對策

為使衡水湖發(fā)揮出最佳的生態(tài)效益、經(jīng)濟效益和社會效益，面對衡水湖嚴重的氮、磷污染以及富營養(yǎng)化問題，必須針對水體氮磷污染的主要來源，采取行之有效的措施加以控制與防治。

4.1 提高認識，加強輿論宣傳和監(jiān)督

水環(huán)境保護是關系到社會發(fā)展與進步的事業(yè)，涉及到千家萬戶，必須大力加以宣傳，提高全社會的水環(huán)境保護意識，呼吁社會關心水、珍惜水資源、保護水環(huán)境。同時加強行政監(jiān)督、公共媒體輿論監(jiān)督、群眾監(jiān)督，確保衡水湖水環(huán)境保護工作持續(xù)發(fā)展。

4.2 健全完善管理機制，層層落實責任制

盡快健全完善衡水湖各項管理機制，認真落實管理措施，嚴格執(zhí)行《河北省衡水湖濕地和鳥類自然保護區(qū)管理辦法》及國家水環(huán)境保護和污染防治規(guī)定，以保障衡水湖最大可能免受人類活動影響。冀州市、桃城區(qū)政府及各有關部門要與衡水湖自然保護區(qū)管理處密切配合，層層落實責任，做好有關工作。必須按照國家相關法律和地方相關法規(guī)，對破壞衡水湖水環(huán)境的行為嚴肅處理，真正把對濕地的保護落到實處。

4.3 采取有效措施，防治工業(yè)污染

將衡水湖周圍的工業(yè)企業(yè)和所有污染源，一律限期治理達到國家和省規(guī)定的排放標準，對其他企業(yè)的工業(yè)廢水嚴格禁止向湖內排放。冀州市、棗強縣污水處理廠要發(fā)揮應有的作用，徹底根除其污水對衡水湖及衡水湖引水渠道的污染。

4.4 推廣生態(tài)農業(yè)和精準農業(yè)，防治農業(yè)污染

農業(yè)生產(chǎn)過量施用化肥農藥是造成氮磷非點源污染的主要原因[12].應推廣科學施肥技術，多施用農家肥，減少化肥施用量，提倡有機農業(yè)和生態(tài)農業(yè)。推廣精準農業(yè)，提高效率，減輕面源污染程度，即根據(jù)作物的生產(chǎn)過程投放化肥和農藥，最大限度發(fā)揮土壤和作物的潛力，做到既滿足作物生長發(fā)育的需要，又減少農業(yè)物資的浪費。在農業(yè)病蟲害防治方面，提倡綜合防治。應充分利用土地和植被的凈化能力，加強氮磷等物質在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)，達到控制面源污染的目的。

4.5 加大生活污染防治力度

衡水湖周邊和湖中心居民生活污水和垃圾的處置和管理力度，通過開展環(huán)境綜合整治行動，建立生活污水處置和垃圾收集轉運制度，減少垃圾和生活污水的入湖量。此外，由于藻類等水生生物對磷更為敏感，故磷是水體富營養(yǎng)化最主要因子，控制水體中的磷含量，比控制氮含量更有實際意義[13]，因此要禁止湖區(qū)居民使用含磷洗衣粉。

4.6 禁止網(wǎng)箱養(yǎng)魚，實施庫區(qū)清淤

現(xiàn)在東湖大庫雖然已經(jīng)全面拆除了網(wǎng)箱，但養(yǎng)殖期間過剩的餌料和魚類的排泄物都沉積在湖底，成了水體長久的營養(yǎng)源。今后必須嚴格禁止網(wǎng)箱養(yǎng)魚，防止反彈。另外大量的動植物殘骸沉積在湖底，也為氮磷等營養(yǎng)鹽的釋放創(chuàng)造了條件，必須加以清除。有計劃地清除特定水域的底泥對改善水質和防治藻類過度繁殖是一種行之有效的好辦法。

4.7 加強調水渠道沿線管理，杜絕外源污染

調水解決了衡水湖自然水源不足的問題，但同時也給水庫帶來了大量的污染物質、氮磷等營養(yǎng)鹽。加強調水前的勘查論證工作，調整優(yōu)化引水渠道，封堵引水沿線排污口和防止上游工業(yè)廢水和生活污水經(jīng)冀碼渠排入衡水湖顯得尤為重要。

4.8 嚴格限制旅游業(yè)，取締衡水湖的旅游活動

隨著衡水湖知名度的不斷提升，來旅游的游客也逐年遞增，旅游業(yè)也逐漸成為當?shù)鼐用褚粋€固定的經(jīng)濟來源，但所帶來的污染也逐步顯現(xiàn)。隨意丟棄湖邊的食品、拋入湖中的生活垃圾等都對水質構成了威脅。應嚴格按照《飲用水水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定》等法律法規(guī)的規(guī)定，限制旅游業(yè)發(fā)展水域，合理規(guī)范管理旅游業(yè)發(fā)展，逐步取締不利于水環(huán)境保護的旅游經(jīng)營活動，對防治水體富營養(yǎng)化有重要的指導意義。

4.9 采取生物措施，強化自凈能力

在水體中種植沉水植物是較常見的生物措施，可以有效地抑制藻類爆發(fā)，控制水體富營化的進一步發(fā)展[14－15]。針對衡水湖氮磷污染，不僅需要采取治理措施，預防措施也很有必要的，適當在庫中種植沉水植被，以強化水體自凈能力，最終達到去污目的。此外，進一步研究水生植物與放養(yǎng)食草性魚類的合理比例，既可增加經(jīng)濟效益，又在一定程度上提升了水體自凈功能，減緩了湖泊衰老速度。

4.1 0 加強水質監(jiān)測，健全應急預警機制

為了適時掌握衡水湖的水質變化，及時發(fā)現(xiàn)富營養(yǎng)化及污染情況，根據(jù)實際情況，加大投入，引進先進儀器設備，運用現(xiàn)代化高新科技，加強衡水湖水環(huán)境監(jiān)測能力建設，進一步完善檢測網(wǎng)絡，提高快速反應、自動監(jiān)測和預報能力，對水體進行定期連續(xù)監(jiān)測，定期報告水質狀況，為領導決策提供依據(jù)，這對研究水環(huán)境變化規(guī)律，更好地開展飲用水水源地保護工作，防治突發(fā)性水污染事故都有舉足輕重的作用。

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