淮河流域瓦埠湖流域水體污染研究與現(xiàn)狀評價(20112015年)

李 凱，汪家權(quán)，李 堃，胡淑恒，黃蕓夢

(合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230009)

李 凱，汪家權(quán)，李 堃，胡淑恒，黃蕓夢

(合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230009)

瓦埠湖位于淮河中游南岸，屬于淮河流域最大的湖泊. 根據(jù)2011年8月-2015年12月對瓦埠湖湖區(qū)3個監(jiān)測點位、入(出)湖河流4個監(jiān)測斷面的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，選用內(nèi)梅羅水污染指數(shù)法和單因子指數(shù)法，以總氮、總磷、銨態(tài)氮和高錳酸鹽指數(shù)為評價指標(biāo)對瓦埠湖湖區(qū)水體和主要入(出)湖河流水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評價，結(jié)果表明：瓦埠湖湖區(qū)總體水質(zhì)狀況為輕度污染、Ⅳ類水質(zhì)，其主要污染源為農(nóng)業(yè)面源污染和生活污染；部分入湖河流受農(nóng)業(yè)氮、磷污染的影響水質(zhì)較差，其中莊墓河污染情況最為嚴(yán)重. 因此，必須加強流域的水環(huán)境綜合整治工作，控制農(nóng)業(yè)面源污染對流域水環(huán)境的影響.

瓦埠湖流域；總磷；總氮；面源污染;淮河流域

湖泊是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是內(nèi)陸流域的重要發(fā)源地[1]. 湖泊的生態(tài)安全是流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，對流域的生態(tài)環(huán)境以及周圍居民的生產(chǎn)、生活有著重要意義[2]. 我國湖泊的特點是數(shù)量眾多、類型多樣、資源豐富、生態(tài)環(huán)境脆弱[3]. 瓦埠湖水質(zhì)優(yōu)良，屬于生態(tài)良好湖泊，是淮南市和壽縣集中飲用水水源地，目前已被列入環(huán)境保護(hù)部第2批“良好湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)專項”湖泊行列，在保障飲用水源地安全和湖泊流域生態(tài)環(huán)境安全方面發(fā)揮著重要作用，對支撐湖泊流域內(nèi)甚至流域外的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展及區(qū)域生態(tài)平衡具有重要意義. 目前，我國一些生態(tài)良好湖泊正面臨著入湖污染負(fù)荷逐年增加、面積萎縮和生態(tài)退化等威脅，迫切需要按照保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主的原則，實行“一湖一策”的戰(zhàn)略，建立健全水質(zhì)良好型湖泊的長效保護(hù)機制. 瓦埠湖流域內(nèi)主要的大型河流是莊墓河、陡澗河、東淝河和新河，同時瓦埠湖是“引江濟(jì)淮”(長江-巢湖-瓦埠湖-淮河)工程的重要水體[4]、淮河流域重要的蓄滯洪區(qū)，而且又是周圍居民的飲用水源，具有灌溉、養(yǎng)殖、供水及旅游等多種功能. 流域內(nèi)主要河流和湖區(qū)水體的水環(huán)境現(xiàn)狀直接反映流域水壞境的整體情況，目前全國還沒有學(xué)者調(diào)查和研究瓦埠湖流域水質(zhì)污染狀況，瓦埠湖整體水質(zhì)污染狀況還沒有任何資料，僅有部分文獻(xiàn)對瓦埠湖的湖濱帶[5]、沉積物[6-7]做了相關(guān)的研究. 所以對瓦埠湖的水質(zhì)污染研究對于瓦埠湖環(huán)境保護(hù)工作有著十分重要的意義[8].

為了解瓦埠湖水質(zhì)的現(xiàn)狀及其主要污染物，根據(jù)2011年8月-2015年12月瓦埠湖主體湖區(qū)水體和主要入(出)湖河流的監(jiān)測數(shù)據(jù)，參考相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)處理和評價方法[9-10]，對瓦埠湖流域水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析、評價，為下一步各級政府部門在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、飲用水水源地環(huán)境管理、污染治理、“引江濟(jì)淮”、水體修復(fù)等方面工作的開展提供切實可靠的依據(jù)，為保障流域城鎮(zhèn)的飲用水安全、保護(hù)瓦埠湖生態(tài)環(huán)境和流域經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持.

1 材料與方法

圖1 瓦埠湖監(jiān)測斷面(點位)布設(shè)Fig.1 Monitoring sections(sites)placement of Lake Wabu

1.1 研究區(qū)域概況

瓦埠湖，位于安徽省中部，淮河中游南岸，屬于淮河流域最大的湖泊，地處壽縣城東南，是受黃泛影響，河道淤積，河床抬高，淮水不斷上漲，東淝河出口排水不暢，在其中部低洼處形成的狹長湖泊. 湖南北長約52 km，湖寬最寬處約6 km，平均水深3.0～5.0 m，水位保持在18.0 m時，湖區(qū)水面達(dá)156 km2. 主要入湖河流為徒澗河、莊墓河和東淝河，主要出湖河流為新河. 流域匯水區(qū)面積4200 km2，屬丘陵平原地帶，涉六安、合肥、淮南三市[11].

1.2 樣品采集與分析

于2011年8月-2015年12月對瓦埠湖湖區(qū)、主要出入湖河流進(jìn)行了監(jiān)測. 瓦埠湖屬于狹長型湖泊，北部屬于淮南市，中部貫穿壽縣和長豐縣，南部屬于壽縣，按照地理因素把瓦埠湖分為北部湖區(qū)、中部湖區(qū)和南部湖區(qū)，分別布置監(jiān)測斷面；另外在瓦埠湖的4條主要河流：陡澗河(入湖口)、莊墓河(入湖口)、東淝河(入湖口)和新河(出湖口)布設(shè)3個入湖斷面和1個出湖斷面. 斷面(點位)布設(shè)情況見圖1和表1. 地表水的分析方法采用國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》基本項目分析方法[12-13].

表1 瓦埠湖監(jiān)測斷面(點位)布設(shè)

Tab.1 Monitoring sections(sites) placement of Lake Wabu

河流(水體)斷面名稱斷面所在地區(qū)匯入水體斷面屬性瓦埠湖1#淮南市湖北部瓦埠湖2#壽縣湖中部瓦埠湖3#壽縣湖南部東淝河白洋淀渡口壽縣瓦埠湖入湖口莊墓河莊墓長豐縣瓦埠湖入湖口陡澗河窯口大橋壽縣瓦埠湖入湖口新河平頭山水廠淮南市淮河出湖口

1.3 評價方法

因水質(zhì)樣品的采集和監(jiān)測過程中可能存在誤差，某一年的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)不能代表該流域的水質(zhì)現(xiàn)狀. 因此，數(shù)據(jù)源為2011年8月-2015年12月瓦埠湖各湖區(qū)監(jiān)測點位的平均水質(zhì)數(shù)據(jù)和各監(jiān)測斷面的數(shù)據(jù). 采用單因子指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合水污染指數(shù)法[14]進(jìn)行評價. 其計算公式為：

(1)

(2)

式中，Pi為i污染物的污染指數(shù)，Ci為i污染物的實測濃度，Si為i污染物評價的標(biāo)準(zhǔn)濃度，Pj為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，n為指標(biāo)個數(shù).

選取《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中對應(yīng)各斷面的水質(zhì)類別標(biāo)準(zhǔn)限值作為標(biāo)準(zhǔn)值. 參考《內(nèi)梅羅水質(zhì)指數(shù)污染等級劃分標(biāo)準(zhǔn)》對瓦埠湖流域水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評價. 即Pj<1時，水質(zhì)清潔；Pj屬于1～2時，水質(zhì)為輕度污染；Pj屬于2～3時，水質(zhì)為中度污染；Pj屬于3～5時，水質(zhì)為重度污染；Pj>5時，為嚴(yán)重污染.

2 結(jié)果與分析

2.1 瓦埠湖湖區(qū)水體監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

圖2 瓦埠湖湖區(qū)水體各指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果Fig.2 Monitoring results of water body in Lake Wabu

表2 瓦埠湖湖區(qū)水體評價結(jié)果

Tab.2 Evaluation results of water body in Lake Wabu

指標(biāo)北部湖區(qū)中部湖區(qū)南部湖區(qū)全湖平均PiTN0．8240．8541．1530．943TP0．9201．6801．5801．400NH+4?N0．3740．2370．2530．288CODMn0．6550．7530．7280．712Pj0．8151．3411．2961．152水質(zhì)級別清潔Ⅲ類水輕度污染Ⅳ類水輕度污染Ⅳ類水輕度污染Ⅳ類水污染因子無TPTN、TPTP

2.2 瓦埠湖主要入(出)湖河流水質(zhì)現(xiàn)狀

圖3 入(出)湖河流各指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果Fig.3 Monitoring results of inflow(outflow) rivers

瓦埠湖主要入(出)湖河流監(jiān)測斷面的污染程度排序為：莊墓>白洋淀渡口>窯口大橋>平頭山水廠. 其中平頭山水廠斷面的TN指標(biāo)超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)屬于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，因此，瓦埠湖出湖河流新河處于輕度污染狀態(tài). 白洋淀渡口斷面TN、TP指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)屬于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，因此，瓦埠湖入湖河流東淝河水質(zhì)較差，處于輕度污染狀態(tài). 窯口大橋斷面的TN指標(biāo)超過標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)屬于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，因此，瓦埠湖入湖河流陡澗河屬于輕度污染狀態(tài). 莊墓斷面TN、TP指標(biāo)均超過標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)污染比較嚴(yán)重，屬于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，因此，瓦埠湖入湖河流莊墓河水質(zhì)差，處于中度污染狀態(tài). 綜合得知，瓦埠湖主要入(出)湖河流水質(zhì)狀況排序為：新河>陡澗河>東淝河>莊墓河(表3).

表3 入(出)湖河流評價結(jié)果

Tab.3 Evaluation results of the inflow(outflow) rivers

指標(biāo)平頭山水廠白洋淀渡口窯口大橋莊墓PiTN0．8821．1650．8972．088TP1．3801．9201．9602．440NH+4?N0．2860．3130．2460．621CODMn0．6410．8270．7600．788Pj1．1271．5501．5452．019水質(zhì)級別輕度污染Ⅳ類水輕度污染Ⅳ類水輕度污染Ⅳ類水中度污染Ⅴ類水污染因子TPTN、TPTPTN、TP

3 討論

3.1 流域近年來水質(zhì)變化情況

圖4 2011-2015年瓦埠湖流域地表水內(nèi)梅羅指數(shù)動態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes of Nemerow pollution indexes of surface waters in Lake Wabu Basin during 2011-2015

3.2 流域污染因子分析

瓦埠湖流域人口密集，農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)殖業(yè)發(fā)達(dá). 流域內(nèi)主要存在農(nóng)業(yè)面源污染和畜禽養(yǎng)殖、生活、工業(yè)方面的點源污染，農(nóng)業(yè)化肥農(nóng)藥的大量施用，畜禽養(yǎng)殖廢水、生活污水和工業(yè)廢水的排放以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的飼料投放，都直接影響流域的水質(zhì)[15]. 2014年瓦埠湖流域各鄉(xiāng)鎮(zhèn)資料統(tǒng)計，根據(jù)《全國水環(huán)境容量核定指南》中污染源調(diào)查方法介紹，并結(jié)合流域具體情況，計算瓦埠湖流域TP、TN和CODMn的年入湖量，計算結(jié)果顯示：就流域內(nèi)TN的年入湖量來看，農(nóng)田化肥、生活污水、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖和工業(yè)污染產(chǎn)生的入湖量分別為1544.8、380.7、240.1、109.3和324.4 t/a，分別占總?cè)牒康?9.43%、14.65%、9.24%、4.2%和12.48%，TN主要的排放貢獻(xiàn)來自農(nóng)田化肥，其次是生活污水和工業(yè)廢水；就TP的年入湖量看，農(nóng)田化肥、生活污水、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖和工業(yè)污染產(chǎn)生的入湖量分別為178.1、8.2、21.1、41.44和0.285 t/a，分別占總?cè)牒康?1.53%、3.28%、8.48%、16.64%和0.11%，TP主要的排放貢獻(xiàn)來自農(nóng)田化肥，其次是水產(chǎn)養(yǎng)殖、畜禽養(yǎng)殖和生活污水；就CODMn的年入湖量來看，農(nóng)田化肥、生活污水、畜禽養(yǎng)殖和工業(yè)污染產(chǎn)生的入湖量分別為14645.25、8156.35、5064.3和1057.4 t/a，分別占總?cè)牒康?0.63%、28.2%、17.51%和3.66%，CODMn的主要排放貢獻(xiàn)來自農(nóng)田化肥、生活污水和畜禽養(yǎng)殖. 就TN、TP和CODMn綜合來看，瓦埠湖流域污染物主要來自農(nóng)業(yè)面源污染，其次是畜禽養(yǎng)殖和生活污染.

4 結(jié)論

2)由監(jiān)測結(jié)果和評價結(jié)果可知，流域內(nèi)主要入(出)湖河流水質(zhì)較差，其中新河、陡澗河和東淝河處于輕度污染狀態(tài)，水質(zhì)屬于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；莊墓河處于中度污染狀態(tài)，水質(zhì)屬于Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn). 瓦埠湖主要入(出)湖河流水質(zhì)狀況排序為：新河>陡澗河>東淝河>莊墓河.

3)在治理瓦埠湖水質(zhì)污染過程中應(yīng)重點防治農(nóng)業(yè)類面源污染、生活污染和畜禽養(yǎng)殖污染，協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系. 流域內(nèi)人口密集，居民環(huán)保意識薄弱，缺乏相應(yīng)的生活污水設(shè)備和措施，大量的生活污水和養(yǎng)殖廢水直接排放到環(huán)境中，通過雨水沖刷進(jìn)入水體造成點源污染. 因此加強流域污水處理設(shè)施建設(shè)是解決污染的重要途徑.

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Research and evaluation of water pollution in Lake Wabu Basin, Huaihe Catchment

LI Kai, WANG Jiaquan**, LI Kun, HU Shuheng & HUANG Yunmeng

(CollegeofEngineeringResourcesandtheEnvironment,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,P.R.China)

Lake Wabu, as the largest lake in the Huaihe Catchment, is located on south bank of the middle-reach Huaihe River and serves as a flood storage area in this basin. To eliminate influence of countryside domestic sewage, this paper is to evaluate the water quality based on data at three monitoring sites and four monitoring sections in the Lake Wabu, which data were obtained during a period from October in 2011 to December in 2015. The pollution factors were analyzed by utilizing methods of the single factor pollution evaluation and the Nemerow pollution index with evaluation indicators of permanganate index, total nitrogen, total phosphorus and ammonium nitrogen. The conclusions are as follows. Water in the Lake Wabu is slightly polluted with the Grade Ⅳ, and its main pollution comes from the sources of agriculture and daily life in the basin. Some inflow rivers already are of bad water quality with abundant nitrogen and phosphorus, in which Zhuangmu River is the worst. It is necessary to renovate the basin environment comprehensively and control the effect of the agricultural non-point pollution.

Lake Wabu Basin; total phosphorus; total nitrogen; non-point pollution; Huaihe Catchment

*國家水體污染控制與治理科技重大專項(2012ZX07103-004)和財政部、環(huán)境保護(hù)部項目《17個良好湖泊的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作》聯(lián)合資助. 2015-06-04收稿; 2016-05-16收修改稿. 李凱(1992～)，男，碩士研究生; E-mail：1010538985@qq.com.

*通信作者；E-mail：jiaquan.wang@163.com.

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2017， 29(1)： 143-150

DOI 10.18307/2017.0116

?2017 byJournalofLakeSciences