磁湖時空水質(zhì)分析及富營養(yǎng)化評價

柯振東 張構(gòu) 吳風(fēng)林

摘要：基于磁湖2017年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，選擇影響磁湖的TN、TP、Chla、CODMn等進(jìn)行時空水質(zhì)分析和富營養(yǎng)化評價，結(jié)果表明：磁湖TN春夏濃度高于秋冬，南半湖高于北半湖，平均濃度為1.48 mg/L，超過Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，為Ⅳ類水。TP平均濃度為0.09mg/L，為Ⅳ類水，磷污染較為嚴(yán)重。CODMn平均濃度為4.11mg/L，為Ⅲ類水質(zhì)，春夏濃度低于秋冬濃度，空間特征與TN相似。NH3-N平均濃度為0.28mg/L，低于Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值。SD平均值為0.59m，春夏平均值較高，為0.66m， 秋冬平均值為0.51m。南半湖透明度較低，南半湖平均值為0.51m，北半湖平均值為0.68m。磁湖水體中Chla平均濃度為40.12mg/m3，秋冬平均濃度高于春夏，且在3月各采樣點(diǎn)變化幅度最大，最高為133.00mg/m3，最低為18.60mg/m3。磁湖2017年綜合營養(yǎng)指數(shù)范圍為49.34～68.18，平均為56.12，為輕度富營養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：磁湖;時空分析;綜合營養(yǎng)指數(shù)法;富營養(yǎng)化

中圖分類號：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-0-04

Abstract：Based on the 2017 water quality monitoring data of Cihu lake， the spatial and temporal water quality analysis and eutrophication evaluation of TN， TP， Chla and CODMn affected by Cihu lake were selected， and the results showed that the concentration of Cihu Lake TN in spring and summer was higher than that in autumn and winter， and the average concentration was 1.48 mg/l， which exceeded the standard limit of III， which was IV water. The average TP concentration was 0.09mg/L， which was IV water， and phosphorus pollution was more serious. The average concentration of CODMn was 4.11mg/L， which was III Water. Spring and summer concentration was lower than autumn and winter concentration， and the spatial characteristics were similar to TN. The average concentration of NH3-N is 0.28mg/L， which is lower than the standard limit of III water. SD average is 0.59m， spring and summer average was higher， 0.66m， autumn and winter average was 0.51m. South half Lake was less transparent， the south half lake average is 0.510m and the north half lake average is 0.68m. The average concentration of Chla in the Cihu lake was 40.12mg/L， the average concentration in autumn and winter was higher than that in spring and summer， and the variation of the sampling points was the largest in March， with a maximum of 133.00mg/L and a minimum of 18.60mg/L. Cihu Lake 2017 Comprehensive Nutrition Index range of 49.34～68.18， an average of 56.12， for mild nutrition.

Key words：Cihu lake;Spatiotemporal analysis;Comprehensive nutrition index method;Eutrophication

湖泊是地球表層系統(tǒng)各圈層相互作用的聯(lián)結(jié)點(diǎn)，是陸地水圈的重要組成部分，與生物圈、大氣圈、巖石圈關(guān)系密切[1]。湖泊在城市供水、防洪、航運(yùn)、水產(chǎn)養(yǎng)殖及維系區(qū)域生態(tài)安全等發(fā)揮著重要作用。近幾十年來，我國湖泊水量、水質(zhì)、水生生物種群和數(shù)量變化顯著。生態(tài)系統(tǒng)退化，水體富營養(yǎng)、受人類干擾強(qiáng)烈等成為中國湖泊存在的普遍問題[2～5]。長江中下游是我國淡水湖泊相對集中的區(qū)域，這些湖泊中的絕大多數(shù)已處于中營養(yǎng)或富營養(yǎng)水平。富營養(yǎng)化會導(dǎo)致一系列的生態(tài)響應(yīng)，這些響應(yīng)包括沉水植物消亡、藍(lán)藻水華暴發(fā)及水生動物等趨于死亡或絕跡、生物多樣性降低，破壞湖泊原有的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，嚴(yán)重影響了湖泊水資源的開發(fā)利用，制約了地方經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[6～9]。

磁湖位于長江中游南岸，湖北省黃石市中心，是以城市景觀以及生態(tài)調(diào)節(jié)為主要功能，集防洪、防澇、養(yǎng)殖、工業(yè)用水和游覽等為一體的城中淺水湖泊[10]。它以杭州路為界，分為南、北2個半湖，是形成黃石市這個山水園林城市的天然基礎(chǔ)，磁湖周邊人口密集，沿岸分布著50多個建材、冶金、機(jī)械、煤炭、紡織、化工、食品等行業(yè)多個規(guī)模以上企業(yè)，長期遭受工業(yè)廢水以及生活廢水的污染[11]。已有研究表明，磁湖水體污染嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在氮、磷含量過高，超過水體的自凈能力，富營養(yǎng)化特征十分明顯[12～13]。本文以2017年監(jiān)測數(shù)據(jù)為主，著重分析影響磁湖的透明度（SD）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、葉綠素a（Chla）、高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）等磁湖水質(zhì)狀況及進(jìn)行富營養(yǎng)化評價，為磁湖環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

以杭州路為界，在南磁湖和北磁湖設(shè)置7個采樣點(diǎn)，逢單月監(jiān)測。具體點(diǎn)位對應(yīng)名稱為：磁湖3#（琥珀山莊），磁湖5#（南半湖湖心），磁湖7#（澄月橋），磁湖8#（長虹橋），磁湖10#（湖北理工學(xué)院），磁湖11#（北半湖湖心），磁湖12#（鲇魚墩） 。其中，分別代表南北半湖及連通區(qū)域。

1.2 樣品采集

2017年在7個省控?cái)嗝娌蓸狱c(diǎn)逢單月采樣，水樣采集于水體表層0.5m處，現(xiàn)場用塞氏盤法測量透明度（SD），采集后分裝于若干聚乙烯瓶中，運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室低溫保存，于72h內(nèi)測定相關(guān)的水質(zhì)參數(shù)。

1.3 樣品分析測試

水樣按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行分析測試。TN采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法（GB 11894—89），TP采用鉬銻抗分光光度法（GB 11893-89）， Chla采用分光光度法（《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）），NH3-N采用納氏試劑分光光度法（HJ 535-2009）。CODMn采用酸性法（GB11892—1989）。

1.4 富營養(yǎng)化評價

本文選用中國環(huán)境監(jiān)測總站推薦的綜合營養(yǎng)指數(shù)法[14]對磁湖進(jìn)行富營養(yǎng)化評價。公式為：

式中，TLI（Σ）為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);代表第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重。

以Chla作為基準(zhǔn)參數(shù)，為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chla的相關(guān)系數(shù);m為評價參數(shù)的個數(shù)。

湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)分級：TLI（∑）< 30.00為貧營養(yǎng);30.00

2 結(jié)果與討論

2.1 SD時空特征分析

磁湖水體SD呈時空變化，全年平均為0.59m。春夏兩季平均為0.66m，秋冬兩季為0.51m。其中，3月平均最高，為0.70m，11月最低，為0.44m。磁湖南半湖SD均低于北半湖，南半湖平均為0.51m，北半湖為0.68m，理工學(xué)院最高，為0.70m，琥珀山莊最低，為0.47m。北半湖附近綠化較好，周圍分布眾多的蘆葦及水草等，生活污水等經(jīng)過逐層的凈化作用，使得流入水體的污染物濃度降低，故北半湖水體透明度較高。

2.2 Chla的時空變化特征

磁湖水體中Chla平均為40.12mg/m3，季節(jié)性波動較大， 總體表現(xiàn)為春夏低于秋冬，7月濃度最高，為60.94mg/m3，11月份最低，為19.53mg/ m3， 3月變化幅度最大，最高為133.00mg/m3，最低為18.60mg/m3。空間性表現(xiàn)為南半湖高于北半湖，南半湖平均為45.73mg/m3，琥珀山莊最高，為58.43mg/m3，澄月橋最低，為38.98mg/ m3。北半湖平均為32.64mg/m3，其中鲇魚墩最高，為35.48mg/ m3，最低為北半湖湖心，為31.22mg/m3。Chla是富營養(yǎng)化常見的響應(yīng)指標(biāo)，是藻類光合作用的主要色素，可以利用Chla來評價藻類生長狀況[10～11]。北半湖營養(yǎng)鹽來源主要來自地面徑流，而南半湖周邊存在著廢棄魚塘及小型生活垃圾堆場等，歷史沉積物較多，營養(yǎng)元素來源多，藻類較多，故葉綠素a高于北半湖。

2.3 TN時空變化特征

按照地表水水域功能與標(biāo)準(zhǔn)分類，磁湖屬Ⅲ類水。磁湖TN平均為1.48mg/L，Ⅳ類水。南半湖TN濃度高于北半湖，為2.21mg/L，超出Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值2.21倍，原因?yàn)槟习牒G化相對較弱，周邊分布著廢棄的魚塘及小型菜田面源污染等，營養(yǎng)元素來源廣，也有可能為污水截流不徹底等致使生活污水和工業(yè)廢水等點(diǎn)源污染直接排入湖內(nèi)致TN超過標(biāo)準(zhǔn)限值。其中琥珀山莊濃度最高，為2.89mg/L，澄月橋最低，為1.62mg/L。北半湖平均為0.94mg/L，符合Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。其中，北半湖三個采樣點(diǎn)理工學(xué)院、北半湖湖心和鲇魚墩在不同月份均有超過Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，為Ⅳ類水或Ⅴ類水。長虹橋處于南北半湖之間，平均為0.89mg/L， 符合Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，北半湖周圍綠化較好，主要污染來源為道路塵、大氣降水等，相對于南半湖污染來源較少。磁湖季節(jié)性表現(xiàn)為春夏高于秋冬，其中1月濃度最高，為2.32mg/L， 9月最低，為1.04mg/L。

2.4 TP的時空變化特征

TP的季節(jié)性變化明顯，TP季節(jié)性特征表現(xiàn)為春夏低于秋冬，與TN相反，平均為0.09mg/L，超出磁湖水域功能標(biāo)準(zhǔn)限值1.87倍，為Ⅳ類水。秋冬兩季平均為0.11mg/L，為Ⅴ類水，春夏平均為0.08mg/L，為Ⅳ類水。其中，9月TP濃度最高，為0.13mg/L，1月最低，為0.07mg/L，3月TP的濃度變化最明顯，最高為0.15 mg/L，最低為0.05 mg/L。琥珀山莊TP平均最高，為0.12mg/L，北半湖湖心最低，為0.08 mg/L?？臻g變化表現(xiàn)為南半湖高于北半湖，與TN相似，南半湖為0.10mg/L，為Ⅴ類水，琥珀山莊最高，為0.12mg/L，北半湖為0.08mg/L，為Ⅳ類水，鲇魚墩最高，為0.09mg/L，長虹橋處于南北半湖中間，為0.90mg/L，屬Ⅳ類水，原因?yàn)槟习牒G化相對較弱，周邊分布著廢棄的魚塘、小型生活垃圾堆場等營養(yǎng)鹽來源，也有可能為生活和工業(yè)廢水截流不徹底等致使TP超過標(biāo)準(zhǔn)限值，磁湖各采樣點(diǎn)除鲇魚墩3月數(shù)據(jù)外，均超過磁湖水域功能標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.5 CODMn時空變化特征

磁湖CODMn平均為4.11mg/L，為Ⅲ類水，春夏平均濃度低于秋冬，其中11月最高，為4.93mg/L，1月最低，為3.40mg/L。南半湖平均濃度高于北半湖。其中南半湖湖心最高，為4.58mg/L，理工學(xué)院最低，為3.75mg/L。從南半湖來看，南半湖湖心與澄月橋曲線類似，琥珀山莊南半湖湖心季節(jié)性變化明顯，春夏季增減曲線類似，均表現(xiàn)為先增后減后增。秋冬季，南半湖湖心持續(xù)增長，琥珀山莊先增后減。北半湖各點(diǎn)增減曲線類似，春夏季數(shù)值較穩(wěn)定，秋冬季有小幅度變化。

2.6 NH3-N時空變化特征

磁湖全年NH3-N平均為0.28mg/L，為Ⅱ類水，磁湖NH3-N濃度時空變化明顯。其中琥珀山莊濃度變化劇烈，呈鋸齒狀變化，3月達(dá)到全年NH3-N濃度峰值，為1.45mg/L。北半湖各點(diǎn)曲線趨于一致，但也有不同之處，理工學(xué)院較于其他兩點(diǎn)3月至5月小幅度升高。

2.7 富營養(yǎng)化評價

如圖7，磁湖2017年綜合營養(yǎng)指數(shù)范圍為49.34～68.18，平均為56.12，為輕度富營養(yǎng)。全年?duì)I養(yǎng)水平為南半湖>北半湖，南半湖平均值為59.21，北半湖平均值為53.45，均為輕度富營養(yǎng)，具體表現(xiàn)為：琥珀山莊>南半湖湖心>澄月橋>長虹橋 >鲇魚墩>理工學(xué)院>北半湖湖心。其中，營養(yǎng)水平與季節(jié)變換相關(guān)，總體表現(xiàn)為：秋冬>春夏，其中，9月綜合營養(yǎng)指數(shù)最高，為58.61，5月最低，為54.25，均為輕度富營養(yǎng)化，具體表現(xiàn)為：9月>11月>7月>1月>3月>5月。磁湖總體處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，且南半湖營養(yǎng)水平高于北半湖，與南半湖入湖排污口截污不徹底，入湖港渠雨污混流，導(dǎo)致南半湖營養(yǎng)水平較高的現(xiàn)狀相符。

3 結(jié)論

磁湖水體污染物濃度除NH3-N外，均超過Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，其中TP為首要污染物，平均值為，0.09mg/L，為Ⅳ類水，且秋冬兩季平均濃度最高，為0.11mg/L，為Ⅴ類水。TN空間性特征于TP相似，表現(xiàn)為南半湖高于北半湖，其季節(jié)性變化明顯，春夏兩季濃度平均值高于秋冬，且都超過Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)限值。CODMn全年平均濃度為4.11mg/L，為III類水。NH3-N全年平均為0.28mg/L，為Ⅱ類水，其中磁湖山莊3月份數(shù)據(jù)濃度為全年最高值，為1.45mg/L，為Ⅳ類水。

磁湖水體SD平均為0.59m，春夏兩季較高，平均值為0.66m， 秋冬較低，平均值為0.51m。南半湖平均值為0.51m，北半湖平均值為0.68m。磁湖水體中Chla平均濃度為40.12mg/m3，季節(jié)性波動較大，濃度變化表現(xiàn)為秋冬高于春夏，且在3月各采樣點(diǎn)變化幅度最大，最高為133.00mg/m3，最低為18.60mg/m3。

磁湖2017年綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)范圍為49.34至68.18，平均值為56.12，輕度富營養(yǎng)化，營養(yǎng)水平與季節(jié)變換相關(guān)，總體表現(xiàn)為：秋冬>春夏，其中，9月綜合營養(yǎng)指數(shù)最高，為58.61，5月最低，為54.25，均為輕度富營養(yǎng)化。

參考文獻(xiàn)

[1]李世杰，竇鴻身，舒金華，等.我國湖泊水環(huán)境問題與水生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的探討[J].中國水利，2006（13）：14-17.

[2]楊桂山，馬榮華，張路，等.中國湖泊現(xiàn)狀及面臨的重大問題與保護(hù)策略[J].湖泊科學(xué)，2010，22（6）：799-810.

[3]秦伯強(qiáng)，高光，朱廣偉，等.湖泊富營養(yǎng)化及其生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)[J].科學(xué)通，2013，58（10）：855-864.

[4]吳鋒，戰(zhàn)金艷，鄧祥征，等.中國湖泊富營養(yǎng)化影響因素研究——基于中國22個湖泊實(shí)證分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2012，21（1）：94-100.

[5]魯蕾，吳亦瀟，張維昊.城市小型湖泊浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征及演替規(guī)律——以武漢沙湖為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2017，37（18）：5993-6004.

[6]王圣瑞，鄭丙輝，金相燦，等.全國重點(diǎn)湖泊生態(tài)安全狀況及其保障對策[J].環(huán)境保護(hù)，2014，42（4）：39-42.

[7]彭俊杰，李傳紅，黃細(xì)花.城市湖泊富營養(yǎng)化成因和特征[J].生態(tài)科學(xué)，2004，23（4）：370-373.

[8]李娜，黎佳茜，李國文，等.中國典型湖泊富營養(yǎng)化現(xiàn)狀與區(qū)域性差異分析[J].水生生物學(xué)報(bào)，2018，42（4）：854-864.

[9]程麗巍，許海，陳銘達(dá)，等.水體富營養(yǎng)化成因及其防治措施研究進(jìn)展[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2007，33（1）：18-21，38.

[10]成小英，李世杰.長江中下游典型湖泊富營養(yǎng)化演變過程及其特征分析[J].科學(xué)通報(bào)，2006，51（7）：848-855.

[11]張麗莉，趙旭德，胡亨魁，等.磁湖污染現(xiàn)狀調(diào)查與分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2008，34（1）：17-19.

[12]劉瑞，汪曉露，胡涵，等.磁湖環(huán)境綜合治理的研究[C].//第十三屆世界湖泊大會論文集.2009：2333-2336.

[13]朱世安，駱新容.磁湖底泥氮釋放通量的研究[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2012，37（8）：44-47.

[14]趙旭德，張麗莉，陳唯維.磁湖水體營養(yǎng)特征調(diào)查與分析[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，28（3）：18-21.

[15]張建春，蓋希光.湖北黃石市磁湖治理實(shí)踐[J].中國防汛抗旱，2015（2）：80-83，90.

[16]周杰，葛緒廣，陳成忠，等.基于主成分分析的湖泊水環(huán)境質(zhì)量評價——以磁湖為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（15）：4743-4745.

[17]王明翠，劉雪芹，張建輝.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.

[18]金相燦，屠清瑛.湖泊富營養(yǎng)化調(diào)查規(guī)范[M].第2版.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1990.

[19]于海燕，周斌，胡尊英，等.生物監(jiān)測中葉綠素a濃度與藻類密度的關(guān)聯(lián)性研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測，2009，25（6）：40-43.

[20]杜勝藍(lán)，黃歲樑，臧常娟，等.浮游植物現(xiàn)存量表征指標(biāo)間相關(guān)性研究Ⅰ：葉綠素a與生物量[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2011，22（1）：40-44.

收稿日期：2019-05-08

作者簡介：柯振東（1970-），男，高級工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測。