七浦塘引水對陽澄湖及周圍河網(wǎng)水質(zhì)改善效果分析

張 哲， 方國華， 曹 蓉， 譚喬鳳

(河海大學(xué) 水利水電學(xué)院， 江蘇 南京 210098)

1 概 述

陽澄湖是太湖平原第三大淡水湖，具有供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖、灌溉、旅游、航運、防汛等多種功能，是蘇州地區(qū)重要的綜合水源和飲用水源地。但因污染源治理滯后于經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，陽澄湖處于中度富營養(yǎng)化水平，區(qū)域河網(wǎng)水質(zhì)不容樂觀。為保證供水安全，提高陽澄湖供水水源地水質(zhì)，《太湖流域防洪規(guī)劃》和《江蘇省防洪規(guī)劃》均提出實施七浦塘拓浚整治工程。該工程西起陽澄湖，東至長江，全長43.89 km，于2016年1月14日全面建成，向陽澄湖補(bǔ)充長江水[1-2]。七浦塘作為陽澄湖區(qū)主要通江河道之一，有效地增強(qiáng)了陽澄湖及周邊水體有序流動，配合瀏河、楊林塘、白茆塘等骨干通江河道增強(qiáng)了區(qū)域水資源調(diào)控能力，提高了陽澄湖區(qū)水環(huán)境容量[3]。

目前，國內(nèi)外常用的水質(zhì)分析評價方法有層次分析評價法、灰色系統(tǒng)評價方法、綜合污染指數(shù)法、物元分析法等。其中單因子評價法是我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)規(guī)定的水質(zhì)評價方法，以評價水體中水質(zhì)最差的單項指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)來判斷水體綜合類別，該方法簡明且具有一定的權(quán)威性。水質(zhì)綜合污染指數(shù)法，以單項污染指數(shù)作為基礎(chǔ)，在單因子評價法的基礎(chǔ)上，通過將各指標(biāo)的單項污染指數(shù)進(jìn)行加權(quán)平均、算術(shù)平均、連乘或指數(shù)等各種數(shù)學(xué)方法得到一個綜合指數(shù)，該方法分析水質(zhì)不僅簡單實用，且能通過一個綜合數(shù)據(jù)指標(biāo)對水功能達(dá)標(biāo)或超標(biāo)程度進(jìn)行良好的判別[4]。綜合考慮七浦塘的實際情況，根據(jù)陽澄區(qū)的區(qū)域特點，本文選用單因子評價法和綜合污染指數(shù)法，研究5項常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)：高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總磷(TP)、總氮(TN)，分析七浦塘引調(diào)水工程建成后對陽澄湖區(qū)、七浦塘河道及周邊河網(wǎng)水系的水質(zhì)改善效果。

2 陽澄湖區(qū)水質(zhì)分析

陽澄湖區(qū)內(nèi)主要湖泊有陽澄湖、昆承湖、巴城湖、傀儡湖等，主要河流有白茆塘、七浦塘、楊林塘、瀏河(上游段為婁江)、常滸河、徐六涇、金涇、海洋涇、錢涇、蕩茜涇、浪港等數(shù)十條通江河道和鹽鐵塘、張家港、元和塘3條南北向的調(diào)節(jié)河道。陽澄湖可分為陽澄西湖、陽澄中湖、陽澄東湖3個部分，湖體共設(shè)有的陽澄中湖、茅塔大橋、鰻鯉橋、園區(qū)水廠(陽澄東湖)4處主要監(jiān)測斷面。為合理分析七浦塘工程給陽澄湖區(qū)調(diào)水引流的作用，選取工程運行前后2015—2018年的逐月各項水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行處理分析。

運用綜合污染指數(shù)法分析陽澄中湖、茅塔大橋、鰻鯉橋、園區(qū)水廠(陽澄東湖)4個監(jiān)測斷面水質(zhì)情況(表1)，數(shù)據(jù)表明，調(diào)水后各監(jiān)測斷面的CODMn、BOD5、NH3-N、TP、TN的濃度在波動中總體呈現(xiàn)下降趨勢，綜合污染指數(shù)逐年降低并整體處在1～2之間，水質(zhì)狀況屬于污染，偶有出現(xiàn)重污染情況。4個監(jiān)測斷面2018年的綜合污染指數(shù)相較于2015年分別從1.80、2.14、1.96、1.89下降至1.37、1.46、1.34、1.23，下降百分比達(dá)到24%、32%、32%和35%，水質(zhì)改善較為明顯。為了對比分析陽澄湖區(qū)4個測點的各項指標(biāo)變化情況，將綜合污染指數(shù)、CODMn、BOD5、NH3-N、TP和TN分別制成折線圖(圖1)，可直觀反映綜合污染指數(shù)和五日生化需氧量的逐年變化情況，由圖1可見，兩者基本呈逐年規(guī)律遞減。CODMn在2016—2017年間反而有所上升，但最終于2018年達(dá)到最低點，氨氮、總磷、總氮在波動起伏中整體有下降趨勢，可見七浦塘工程的運行對陽澄湖水質(zhì)改善有明顯效果。另外，以陽澄東湖監(jiān)測點為例，逐月分析5個水質(zhì)指標(biāo)及綜合污染指數(shù)的變化趨勢(圖2)。由圖2可見，夏季各類指標(biāo)起伏波動較大，這與夏季水量變化較大有關(guān)，水量增加水體流動性增大有利于水質(zhì)提升，春秋季則容易出現(xiàn)污染超標(biāo)的情況。由于陽澄湖入湖口多，其水質(zhì)情況也不完全受七浦塘工程獨立影響，從水質(zhì)指標(biāo)在不同年間及月份呈現(xiàn)一定波動可得到印證。

從圖1中的5項指標(biāo)來作為單因子評價2015—2018年的水質(zhì)類型變化，其中TP從Ⅱ類轉(zhuǎn)化為Ⅰ類；CODMn、BOD5、NH3-N從Ⅲ類降低至Ⅱ類；而TN由最初的劣Ⅴ類降為Ⅴ類，至2018年最終到達(dá)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。故陽澄湖體水質(zhì)主要超標(biāo)因子為TN，工程建成前的劣Ⅴ類水到工程建成后已改善為Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。另外，在陽澄湖區(qū)選擇單一測點陽澄中湖點，對2015—2018年逐月的各項水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析。BOD5逐月指標(biāo)特征值變化線從2015—2018年有明顯規(guī)律下移，其他各項指標(biāo)呈波動但整體呈下移趨勢，其中4年間7～9月常出現(xiàn)指標(biāo)峰值，為水質(zhì)情況最差的時間段。

七浦塘引水有利于加強(qiáng)陽澄湖特別是中湖和東湖北部區(qū)域的水動力條件，縮短了陽澄湖換水時間，形成有序流動，緩解了周邊藍(lán)藻，同時還帶來陽澄湖區(qū)的水景觀價值。

表1陽澄湖各測點水質(zhì)指標(biāo)及綜合污染指數(shù)(mg·L-1)

地點監(jiān)測時間ρ(CODMn)/(mg·L-1)ρ(BOD5)/(mg·L-1)ρ(NH3-N)/(mg·L-1)ρ(TP)/(mg·L-1)ρ(TN)/(mg·L-1)綜合污染指數(shù)陽澄中湖2015年3.83.250.180.081.691.82016年4.22.120.150.112.091.732017年4.882.070.160.091.341.712018年3.581.620.220.061.361.37茅塔大橋2015年4.813.240.240.122.312.142016年4.472.20.110.122.181.822017年4.832.380.170.111.381.772018年3.541.820.170.091.671.46鰻鯉橋2015年4.383.450.320.091.551.962016年4.852.250.170.172.171.922017年4.672.780.140.061.341.802018年3.551.790.170.061.141.34園區(qū)水廠2015年4.572.980.110.051.761.892016年4.382.10.130.071.421.622017年4.181.750.130.081.51.532018年3.611.250.190.061.051.23

3 七浦塘水質(zhì)改善效果分析

七浦塘西起陽澄湖沿著原有七浦塘拓浚至吳塘(太倉直塘鎮(zhèn)西)，分成南、北兩支，其中北支為避開沙溪鎮(zhèn)大量拆遷，保護(hù)沙溪古鎮(zhèn)并與鎮(zhèn)區(qū)規(guī)劃相銜接，利用規(guī)劃蕩茜河改道工程布局，平地開河接迷涇河，沿著迷涇河拓浚至石頭塘接規(guī)劃蕩茜河改道線路，平地開河至長江，拓浚整治工程全長43.89 km；南支仍利用原有七浦塘河道入江，形成“上段一河、下段兩尾”的河道布局。七浦塘設(shè)有5個常規(guī)監(jiān)測點：任陽西大橋、七浦塘橋、兆良路橋、七浦塘樞紐、白云路橋。2015年工程建成以前，七浦塘河道沿程監(jiān)測斷面水質(zhì)主要以V類和劣V類為主，超標(biāo)因子主要有NH3-N、TP，屬營養(yǎng)型污染。2016年工程建成正式運行通水后，隨著區(qū)域整體環(huán)境的好轉(zhuǎn)，七浦塘水質(zhì)得到逐步改善，至目前為止水質(zhì)類型近乎與長江一致。

通過綜合污染指數(shù)法，用2017—2018年七浦塘各測點監(jiān)測指標(biāo)特征值推算七浦塘任陽西大橋、七浦塘橋、兆良路橋、七浦塘樞紐、白云路橋共5個測點的綜合污染指數(shù)(表2)，由表2可見，4個監(jiān)測斷面的綜合污染指數(shù)分別從2.03、1.77、2.02、1.53、1.86減少到1.72、1.71、1.81、1.44、1.61，下降百分比依次為15.3%、3.4%、10.4%、5.9%、13.4%，水質(zhì)狀況由重污染完全轉(zhuǎn)化為污染。湖體的CODMn、BOD5、NH3-N和TP監(jiān)測指標(biāo)也在逐步下降，水環(huán)境質(zhì)量好轉(zhuǎn)。分析任陽西大橋、七浦塘橋、兆良路橋、七浦塘樞紐、白云路橋共5個測點的綜合污染指數(shù)變化(圖3)，可見整體呈現(xiàn)波動、最終呈下降趨勢。其中秋冬季11月、12月及1月綜合污染指數(shù)達(dá)到峰值，水質(zhì)情況在整年中處于較差時間段；相反夏季綜合污染指數(shù)較小，水質(zhì)較好。主要與冬季水量較少而夏季雨量水量豐富有關(guān)，說明七浦塘引水主要通過提高水體流動性來改善水質(zhì)。

圖1 陽澄湖各測點2015—2018年水質(zhì)指標(biāo)逐年變化

表2七浦塘各測點水質(zhì)指標(biāo)及綜合污染指數(shù)

地點監(jiān)測時間ρ(CODMn)/(mg·L-1)ρ(BOD5)/(mg·L-1)ρ(NH3-N)/(mg·L-1)ρ(TP)/(mg·L-1)ρ(TN)/(mg·L-1)綜合污染指數(shù)任陽西大橋2017年4.532.470.360.172.632.032018年3.82.290.260.112.161.72七浦塘橋2017年4.022.270.230.132.221.772018年4.212.080.180.111.961.71兆良路橋2017年3.952.90.450.162.632.022018年4.012.410.340.112.161.81

(續(xù)表2)

地點監(jiān)測時間ρ(CODMn)/(mg·L-1)ρ(BOD5)/(mg·L-1)ρ(NH3-N)/(mg·L-1)ρ(TP)/(mg·L-1)ρ(TN)/(mg·L-1)綜合污染指數(shù)七浦塘樞紐2017年3.082.230.170.082.081.532018年3.181.580.220.092.131.44白云路橋2017年4.322.650.180.112.041.862018年3.552.140.260.12.021.61

圖2 陽澄中湖測點2015—2018年水質(zhì)指標(biāo)逐月變化

運用單因子評價法分析七浦塘水質(zhì)(表3)，由表3可見主要超標(biāo)因子為TN，以TN為單因子得到水質(zhì)類型為Ⅴ類及劣Ⅴ類。若以CODMn、BOD5、NH3-N、TP作為單因子，分析陽澄湖區(qū)水質(zhì)類型為Ⅱ類、Ⅲ類水，且從2017—2018年水質(zhì)類別普遍由Ⅲ類轉(zhuǎn)化為Ⅱ類水。

表3 七浦塘各測點五項單因子指標(biāo)下的水質(zhì)類別

圖3 七浦塘各測點2017—2018綜合污染指數(shù)逐月變化圖

4 河網(wǎng)水系主要河流水質(zhì)

項目區(qū)域內(nèi)其他主要河流有：鹽鐵塘、張家港、白茆塘、石頭塘、楊林塘等，將各河流2015、2018年單因子評價下的水質(zhì)類別進(jìn)行對比分析評價(表4)。

根據(jù)單因子評價法，以各項指標(biāo)評價結(jié)果中最差的類別判斷，2015年區(qū)域內(nèi)主要河流鹽鐵塘、張家港、白茆塘、石頭塘、楊林塘等基本處于Ⅴ類和劣Ⅴ類，主要超標(biāo)因子為NH3-N，另外CODMn、BOD5、TP也偶有超標(biāo)。至2018年，工程受水區(qū)內(nèi)主要河流的水質(zhì)類別普遍從Ⅴ類和劣Ⅴ類提升為Ⅳ類和Ⅲ類，從DO、CODMn、BOD5和NH3-N監(jiān)測指標(biāo)上看水質(zhì)類別均得到提升，河網(wǎng)水系的水質(zhì)總體得到改善。提高了以陽澄湖為中心的區(qū)域河網(wǎng)水體水環(huán)境容量,改善主要河流水質(zhì)，優(yōu)化了周圍生態(tài)環(huán)境。

5 結(jié) 語

改善區(qū)域水環(huán)境、緩解區(qū)域水質(zhì)惡化最根本的方法還在于區(qū)域污染源的治理，但是在短期內(nèi)無法截斷所有入河污染源的情況下，通過科學(xué)地調(diào)水引流，增強(qiáng)河網(wǎng)水體有序流動，提高水體的復(fù)氧能力，縮短陽澄湖換水周期，提高水環(huán)境容量，也可以在一定程度上改善河網(wǎng)及湖體水質(zhì)，為改善區(qū)域水環(huán)境創(chuàng)造有利條件。

本文探討分析七浦塘生態(tài)調(diào)水引流工程對陽澄湖及周邊河網(wǎng)水質(zhì)的改善效果，主要對陽澄湖水質(zhì)改善效果、七浦塘水質(zhì)及周圍主要河流水質(zhì)狀況進(jìn)行對比分析評價，結(jié)果表明：陽澄湖區(qū)整體水質(zhì)由重污染轉(zhuǎn)化為污染，其水質(zhì)指標(biāo)已從劣V類轉(zhuǎn)變?yōu)閂類，陽澄湖4個監(jiān)測斷面2018年的綜合污染指數(shù)相較于2015年分別從1.80、2.14、1.96、1.89下降至1.37、1.46、1.34、1.23，下降百分比達(dá)到24%、32%、32%和35%，水質(zhì)改善較為明顯。七浦塘以總氮為主要污染指標(biāo)，5個監(jiān)測斷面的綜合污染指數(shù)分別從2.03、1.77、2.02、1.53、1.86減少到1.72、1.71、1.81、1.44、1.61，下降百分比依次為15.3%、3.4%、10.4%、5.9%、13.4%，水質(zhì)狀況由重污染完全轉(zhuǎn)化為污染。其他河網(wǎng)主要河流的單因子分析也可看出2018年相較2015年的水質(zhì)類別有較大改善，水質(zhì)類別普遍從Ⅴ類和劣Ⅴ類提升為Ⅳ類和Ⅲ類?？梢姡ㄟ^七浦塘引水能有效提升陽澄湖河網(wǎng)水質(zhì)，但目前的水質(zhì)狀況仍不容樂觀，在短期內(nèi)無法徹底治理污染源的情況下，仍需要通過七浦塘工程合理引調(diào)水來逐步改善陽澄湖區(qū)水環(huán)境。

表4 2015年和2018年單因子指標(biāo)下的水質(zhì)類別對比評價