西充河自動監(jiān)測斷面表層溶解氧季節(jié)變化及影響分析

段 慧，張 丹，范 力，楊洪霞

(四川省環(huán)境監(jiān)測總站，成都 610091)

溶解氧 (DO)是地表水質(zhì)的一個重要指標，是魚蝦等水生生物的生存、生長和發(fā)育的決定因素之一。水體中DO含量與諸多因素有關(guān)，氣象條件、水溫、水深、地形、地貌及季節(jié)的變化都會引起DO的較大改變［1～4］。通常情況下，溫度升高，水體中藻類等水生植物生長迅速，在光合作用下，產(chǎn)生大量氧氣，但過于旺盛的植物又會消耗大量的氧氣，因此可能使水體中溶解氧呈先高后低趨勢。

除此之外，人類活動也會造成水質(zhì)溶解氧的變化，如河流周圍居民生活污水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水等污染物中含有大量氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，一旦進入水體，可能造成河流、湖泊等受納水體富營養(yǎng)化，從而導致藻類及其他浮游生物迅速繁殖，進而消耗大量氧氣，使水體中溶解氧量迅速下降。水體富營養(yǎng)化的指標，除氮、磷含量外，廢水中的大量有機污染物也會消耗水體中的溶解氧。因此，DO含量的變化是衡量水體初級生產(chǎn)力高低的一個重要標志，同時也可以反映水體受污染的程度。

西充河是嘉陵江中游西岸的一級支流，發(fā)源于南充市西充縣境內(nèi)，主要由虹溪河、象溪河和龍灘河三條小河匯集，流經(jīng)西充縣、嘉陵區(qū)和順慶區(qū)境，從南充市主城區(qū)西部匯入后穿城后匯入嘉陵江。西充河全長121km，全流域面積450km2，流域內(nèi)有29個場鎮(zhèn)、205個村和32萬人口，沿岸尚有部分工業(yè)企業(yè)，因此該流域集生活污染、工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)面源污染一體，其中以城鎮(zhèn)面源污染和農(nóng)業(yè)面源污染比重較大。據(jù)近幾年調(diào)查與監(jiān)測資料顯示，該河流富營養(yǎng)化較嚴重，屬嘉陵江流域主要污染河流之一。

1 監(jiān)測內(nèi)容與方法

為發(fā)揮水質(zhì)在線監(jiān)測預警作用，盡早發(fā)現(xiàn)西充河匯入嘉陵江前的水質(zhì)異常變化，2009年災后重建項目在西充河匯入嘉陵江處約2000m(東經(jīng)106.06339°，北緯 30.79161°)建設水質(zhì)自動監(jiān)測站——西充河水站。該水站主要是對五參數(shù) (水溫、pH、DO、電導、濁度)、IMn和氨氮 (NH3-N)等進行1次/h在線監(jiān)測，從而為防止下游水質(zhì)污染迅速做出預警預報，及時追蹤污染源，進而為環(huán)境管理決策服務。西充河水站自動監(jiān)測項目、監(jiān)測方法、儀器名稱及參數(shù)詳見表1。

表1 監(jiān)測方法、儀器名稱及檢出限Tab.1 Monitoring methods，instruments and detection limits

2 結(jié)果與分析

2.1 西充河斷面水質(zhì)狀況及影響分析

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》 (GB 3838-2002)［5］和 《地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法 (試行)》(環(huán)辦 ［2011］22號)［6］相關(guān)環(huán)境質(zhì)量評價辦法，河流斷面水質(zhì)類別評價采用單因子評價法，即根據(jù)評價時段內(nèi)該斷面參評的指標中類別最高的一項來確定。從2013年12月～2014年12月西充河斷面水質(zhì)自動監(jiān)測結(jié)果來看 (見表2)，該斷面水質(zhì)2013年～2014年13個月份中有9個月份不達標，達標率僅為31%，主要超標項目為 DO、IMn和NH3-N，其中DO超標月份最多，其中以8月份DO濃度最低值為1.28 mg/L。

從不同水期各監(jiān)測項目平均濃度水平來看，枯水期 (12月～3月)DO、IMn和 NH3-N分別為2.94 mg/L、6.04 mg/L、1.60 mg/L，豐水期 (6月 ～9月)DO、IMn和 NH3-N分別為 2.75 mg/L、5.91 mg/L、0.68 mg/L，平水期 (10月 ～11月、4月～5月)各項目均不超標。究其原因，可能為枯水期雨量較少，河流水質(zhì)自凈能力最差，因此3個項目均出現(xiàn)超標現(xiàn)象。豐水期雨水豐沛，河流周圍人類活動也較頻繁，含有大量氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的污染物經(jīng)地表徑流進入水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，過多的水生植物或浮游生物會消耗大量氧氣，使得水體中溶解氧量下降，同時雨量增多使河流自凈能力增強，因此IMn和NH3-N濃度得到稀釋而降低。

為控制西充河污染，南充市加大力度對河流周邊進行環(huán)境綜合整治。從西充河水站自動監(jiān)測結(jié)果可知，從2014年9月開始該斷面水體中所監(jiān)測項目濃度明顯降低，水質(zhì)有所改善。

表2 西充河水質(zhì)自動監(jiān)測斷面水質(zhì)評價結(jié)果Tab.2 Results of water quality assessment for automatic monitoring of the cross section in Xichong River

2.2 西充河斷面表層溶解氧季節(jié)變化總體趨勢

2014年西充河斷面水質(zhì)溶解氧監(jiān)測結(jié)果顯示，春季西充河斷面水體中溶解氧春季平均濃度為1.54mg/L，夏季為 1.77mg/L，秋季為 7.11mg/L，冬季為3.64mg/L。從不同季節(jié)溶解氧濃度水平比較來看 (見圖1)，該斷面水體中溶解氧濃度大小順序為秋季＞冬季＞夏季＞春季。

圖1 西充河斷面溶解氧變化趨勢Fig.1 Seasonal changes of DO of the cross section in Xichong River

2.3 西充河斷面DO與IMn和NH3-N的含量變化關(guān)系

從2014年西充河斷面水質(zhì)溶解氧監(jiān)測結(jié)果計算得知，汛期 (南充地區(qū)5～9月)DO、IMn和NH3-N 平均濃度分別為 2.88 mg/L、5.72 mg/L、0.591 mg/L，非汛期分別為 5.41 mg/L、5.79 mg/L、0.931 mg/L，即汛期DO濃度明顯低于非汛期，而IMn和NH3-N濃度表現(xiàn)為非汛期大于汛期。三個項目監(jiān)測結(jié)果變化情況詳見圖2。由圖2可知，在汛期來臨之前的冬春季節(jié)，雨水較少，河流水質(zhì)凈化能力較弱，而溫度逐漸上升，水生植物等生長加速，隨著IMn和NH3-N含量增加，水體中DO含量降低。汛期時段，水體中污染物尤其是NH3-N含量，因雨季初期河水流量增大使其濃度得到稀釋，到雨季后期河道周圍污染物隨著降雨徑流量進一步增強而進入受納水體，使污染物濃度明顯增大;同時，隨著溫度進一步升高，植物生長迅速，水體中DO含量降低。汛期結(jié)束時，河流水體中 IMn和NH3-N含量逐漸降低，而DO含量逐漸增加。由上述分析得知，西充河水質(zhì)污染具有明顯的非點源污染特征。

圖2 西充河斷面DO與IMn和NH3-N的含量變化關(guān)系Fig.2 The content change of DO with the variations of permanganate index(IMn)and ammonia nitrogen(NH3-N)contents of the cross section in Xichong River

2.4 西充河斷面溶解氧季節(jié)內(nèi)變化特點及影響因素

一般情況下，溶解氧濃度與溫度呈負相關(guān)，即水溫越低，溶解氧越高，水溫越高，溶解氧越低。通過計算2014年西充河斷面4季代表月份DO每日監(jiān)測結(jié)果的相對平均偏差得出，春、夏、秋、冬代表月份的相對平均偏差分別為60.2%，78.7%，11.7%和20.7%，即該斷面水體中溶解氧濃度在夏季的變化幅度最大，春季次之，秋季和冬季變化不大。具體來看，春季 (4月)，溫度適宜，雨水逐漸增多，最適宜藻類等水生植物的生長，植物在光合作用下產(chǎn)生大量氧氣;但春季又是人類活動最頻繁的時候，在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進入河流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，過多的水生植物或浮游生物會消耗大量氧氣，使得水體中溶解氧量下降。因此，春季水體中溶解氧在產(chǎn)氧與好氧雙重作用下，呈“高-低”以及總體平穩(wěn)的趨勢。夏季 (7月)氣溫較高且變化較大，藻類等水生植物生長迅速，加之雨水充足，植物消耗一部分氧氣以及雨水的稀釋作用，導致溶解氧降低以及變化較大。秋季(10月)溫度逐漸降低，且溫度較夏季低，水生植物生長緩慢，加之雨水逐漸減少，因此溶解氧濃度較春季和夏季偏高，且變化不大。冬季 (1月)為枯水季節(jié)，氣溫較低，植物生長緩慢，但河流周邊人類活動較少，對河流水質(zhì)影響也較小，因此溶解氧濃度介于秋季與春、夏季之間。因此，水體中溶解氧濃度除受溫度影響外，水生植物生長以及人類活動也是影響其濃度變化的重要因素。

3 結(jié)論與討論

根據(jù)近年西充河自動監(jiān)測斷面水質(zhì)結(jié)果分析，該河段水體中DO濃度超標率較大，可能的原因主要為人類活動的影響引起藻類及其他浮游生物的大量繁殖。除DO外，該斷面水體中IMn和NH3-N也常有超標現(xiàn)象，根據(jù)汛期與非汛期DO與IMn和NH3-N的含量變化關(guān)系可推斷，西充河水質(zhì)污染具有明顯的非點源污染特征。

從該斷面水體中DO季節(jié)變化特點及影響分析可知，春季水體中溶解氧量迅速下降。夏季溫度較高，秋冬季節(jié)水體中溶解氧量較春季和夏季均較多。因此，春季為控制河流非點源污染導致溶解氧降低的最佳季節(jié)。

［1］李國良，付 強，馮 艷，等.嫩江水體溶解氧變化規(guī)律的混沌研究［J］.安全與環(huán)境學報，2007，7(6):65-68.

［2］鄭盛華，王 憲，邱海源.不同養(yǎng)殖水體溶解氧與環(huán)境因子關(guān)系的比較［J］.海洋環(huán)境科學，2007，26(1):49-52.

［3］張瑩瑩，張 經(jīng)，吳 瑩.長江口溶解氧的分布特征及影響因素研究［J］.環(huán)境科學，2007，28(8):1649-1654.

［4］陳春華.?？跒车娜芙庋跫昂Ｋ|(zhì)指標限制值問題［J］.海洋學報，2006，28(2):146-150.

［5］GB3838-2002，地表水環(huán)境質(zhì)量標準.中華人民共和國國家標準［S］.

［6］中華人民共和國環(huán)境保護部.地表水環(huán)境質(zhì)量評價辦法(試行)［Z］.環(huán)辦［2011］22號.