北京內(nèi)城河湖水質(zhì)情況分析及思考

蘇濤，蘇蕊，張洋

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

1 緒論

1.1 內(nèi)城河湖基本情況概述

內(nèi)城是北京城市的心臟地帶，內(nèi)城河湖地處內(nèi)城的中心位置、核心地段，主要由西海、后海、前海、北海、核心區(qū)、筒子河等中心區(qū)水域組成，為一環(huán)水系，是古都重點(diǎn)的風(fēng)景游覽區(qū)，涉及總面積12 km2，累計(jì)水面144萬(wàn)m2，總蓄水量240萬(wàn)m3。

內(nèi)城河湖為人工水系，形成方式、水源補(bǔ)給方式均受人工調(diào)控影響。隨著時(shí)間的推移，內(nèi)城河湖經(jīng)歷了發(fā)展、變遷、治理等不同的歷程，由基本防護(hù)功能水系演變?yōu)榉姥粗攸c(diǎn)部位和水環(huán)境重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。這些河道、湖泊不僅是北京重要的景觀水域，也是城市水系供水、排水、調(diào)蓄洪水作用的重要載體。北京內(nèi)城河湖水域范圍，如圖1所示。

圖1 北京市內(nèi)城河湖水域分布

1.2 內(nèi)城河湖的發(fā)展變遷

歷史上，內(nèi)城河湖水源來(lái)自北京西山、北山諸泉。新中國(guó)成立后，隨著城市的建設(shè)改造，水資源明顯匱乏，為了滿足供水需求，內(nèi)城河湖水系水源改由密云水庫(kù)、官?gòu)d水庫(kù)引入。內(nèi)城河湖經(jīng)歷了逾700 a的歷史變遷，于20世紀(jì)50年代實(shí)施了一次大規(guī)模的疏浚工程，初步改善了水環(huán)境；1998年實(shí)施了內(nèi)城河湖深度治理工程，進(jìn)行了河底清淤、雨污水口整治和部分閘門(mén)改建等[1]；2002—2007年連續(xù)實(shí)施了內(nèi)城水質(zhì)改善工程、水循環(huán)工程、筒子河推流工程以及核心區(qū)推流工程[2]。

1.3 內(nèi)城河湖供水情況

內(nèi)城河湖理論年生態(tài)環(huán)境補(bǔ)水量為1 440萬(wàn)m3[3]。2014年底，南水北調(diào)水進(jìn)京，且逐年增加來(lái)水量，極大地緩解了內(nèi)城用水供需緊張的局面。從圖2可以看出，2015—2019年內(nèi)城河湖補(bǔ)水情況。

圖2 2015—2019年內(nèi)城河湖補(bǔ)水量統(tǒng)計(jì)

1.4 內(nèi)城河湖水質(zhì)情況

補(bǔ)水水量的增加雖能一定程度上緩解內(nèi)城河湖環(huán)境用水的供需矛盾，但內(nèi)城河湖水質(zhì)依然遭受著城市點(diǎn)源、面源的污染影響。內(nèi)城河湖周邊老舊小區(qū)多，私接亂排現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，排水管道老化現(xiàn)象嚴(yán)重，排水基礎(chǔ)設(shè)施差，污水管線和雨水管線分流不徹底，每逢降雨，周邊地表污染物、管網(wǎng)淤泥等均被雨水沖刷入河，這些都會(huì)加劇內(nèi)城河湖的生態(tài)系統(tǒng)負(fù)荷。在造成水體污染的同時(shí)河道底泥不斷蓄積，內(nèi)城河湖水體富營(yíng)養(yǎng)化程度逐年加重，水體自凈能力逐漸降低。

內(nèi)城河湖通過(guò)松林閘向中心區(qū)輸水，表1為內(nèi)城河湖入水口松林閘2017—2019年水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)表。從表1可以看出，內(nèi)城河湖來(lái)水水質(zhì)雖逐年改善，但仍不能滿足該處水體功能Ⅲ類(lèi)水的需求。

表1 2017—2019年松林閘水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

2 內(nèi)城河湖生態(tài)系統(tǒng)分析

2.1 內(nèi)城河湖水體富營(yíng)養(yǎng)化分析

為了更好地了解近幾年內(nèi)城河湖的整體水質(zhì)狀況，在內(nèi)城河湖選擇了6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（即松林閘、西海、后海、前海、北海、筒子河），從河湖生態(tài)系統(tǒng)中確定了與水體富營(yíng)養(yǎng)化密切相關(guān)的9個(gè)指標(biāo)，即水溫、透明度（SD）、pH值、溶解氧（DO）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學(xué)耗氧量（COD）、生化需氧量（BOD）和葉綠素a（Chla）[4]，于2017—2019年4—10月的每周一進(jìn)行取樣，將近3 a各月份的數(shù)據(jù)取平均值進(jìn)行分析，初步研究?jī)?nèi)城河湖水體水質(zhì)變化規(guī)律。內(nèi)城河湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布，如圖3所示。

圖3 內(nèi)城河湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布

2.2 水溫、SD和pH值分析

內(nèi)城河湖4月與10月水溫接近（相差僅1.57℃），均維持在20℃以下，水體水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，SD較高；7月平均水溫最高，均值達(dá)到29.08℃；8月SD均值最低，為61 cm；6—8月SD下降趨勢(shì)明顯，平均值為64 cm。從圖4可以看出，水溫與SD之間關(guān)系成反比，即水溫越高SD相對(duì)越低，反之亦然。

圖4 2017—2019年內(nèi)城河湖水溫和SD月均值變化曲線

由此推測(cè)，內(nèi)城河湖水溫隨氣溫上升，藻類(lèi)繁殖速度隨之加快，進(jìn)而影響SD，因此應(yīng)密切關(guān)注該時(shí)間段水體營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)情況，做好各項(xiàng)措施，調(diào)控水中藻類(lèi)生長(zhǎng)。內(nèi)城河湖pH值相對(duì)穩(wěn)定，水體處于偏堿性狀態(tài)，均值為8.03，2017—2019年內(nèi)城河湖pH值變化曲線如圖5所示。內(nèi)城河湖的物理指標(biāo)和pH值，詳見(jiàn)表2。

圖5 2017—2019年內(nèi)城河湖pH月均值變化曲線

表2 內(nèi)城河湖的物理指標(biāo)和pH值

2.3 DO、COD、BOD、TN、TP和Chla分析

內(nèi)城河湖補(bǔ)水增加后，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度得到了明顯的改善。通過(guò)對(duì)近3 a 4—10月水體營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)的分析，并按我國(guó)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）中功能分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)看，內(nèi)城河湖DO相對(duì)穩(wěn)定，平均值為7.74 mg/L，處于Ⅰ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中6、7、9月處于Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的COD平均值為8.29 mg/L，處于Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及以上。BOD平均值為4.42 mg/L，處于Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中4—6、8月處于Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。TN含量偏高，處于Ⅳ類(lèi)或Ⅴ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。TP除7月為Ⅳ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余月份均處于Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以上。6月起，藻密度上升趨勢(shì)明顯，6—8月Chla明顯高于其他月份，峰值出現(xiàn)在8月，為38.70 mg/L，且變化趨勢(shì)與水溫變化成正比，與SD變化成反比。2017—2019年內(nèi)城河湖水質(zhì)指標(biāo)月均值詳見(jiàn)表3，2017—2019年內(nèi)城河湖DO、COD、BOD、TN、TP和Chla指標(biāo)變化曲線如圖6—11所示。

圖6 2017—2019年內(nèi)城河湖DO月均值變化曲線

圖7 2017—2019年內(nèi)城河湖COD月均值變化曲線

圖8 2017—2019年內(nèi)城河湖BOD月均值變化曲線

圖9 2017—2019年內(nèi)城河湖TN月均值變化曲線

圖10 2017—2019年內(nèi)城河湖TP月均值變化曲線

圖11 2017—2019年內(nèi)城河湖Chla月均值變化曲線

表3 2017—2019年內(nèi)城河湖水質(zhì)指標(biāo)月均值 mg/L

通過(guò)上述分析可以看出，4—10月內(nèi)城河湖水質(zhì)TN指標(biāo)呈現(xiàn)不同程度的超標(biāo)，基本處于Ⅳ類(lèi)或V類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。TN是內(nèi)城河湖主要的污染指標(biāo)，需要通過(guò)水體修復(fù)技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)改善，不斷提升內(nèi)城河湖水體水質(zhì)狀態(tài)。表4為內(nèi)城河湖的功能要求與現(xiàn)狀水質(zhì)。

表4 內(nèi)城河湖的功能要求與現(xiàn)狀水質(zhì)

3 內(nèi)城河湖水質(zhì)改善措施的思考

2014年南水北調(diào)水進(jìn)京后，通過(guò)逐年加大內(nèi)城河湖的供水，一定程度上緩解了內(nèi)城水資源供需矛盾。由于內(nèi)城河湖屬于城市河湖供水系統(tǒng)的下游，核心區(qū)、筒子河則屬于內(nèi)城河湖供水系統(tǒng)的末端，因此每遇降雨時(shí)，雨污混合水排入并沉積于內(nèi)城河湖，造成水體的污染；同時(shí)，什剎海、北海、故宮等名勝景區(qū)每天接待來(lái)自全國(guó)各地的游客數(shù)以萬(wàn)計(jì)，景點(diǎn)內(nèi)隨手拋棄的垃圾廢棄物等都成為內(nèi)城水域污染的隱患。通過(guò)對(duì)近幾年內(nèi)城河湖營(yíng)養(yǎng)鹽相關(guān)指標(biāo)的分析，6—8月內(nèi)城河湖葉綠素a值偏高，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重，北海棧橋入核心區(qū)水域水體透明度低，筒子河汛期低水位運(yùn)行時(shí)透明度低、藻密度高等問(wèn)題依然是威脅內(nèi)城河湖水體健康的重要隱患。如何更好提高內(nèi)城河湖水環(huán)境質(zhì)量，提升服務(wù)能力，不斷加大水環(huán)境巡查及生物、生態(tài)、物理措施的監(jiān)管力度，需要在實(shí)踐中不斷思考。

（1）建議在北海棧橋南側(cè)緩流區(qū)域種植沉水植物，沉水植物在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)吸收水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，包括氮、磷等，以改善北海棧橋入核心區(qū)水體水質(zhì)；同時(shí)，每年有計(jì)劃地收割沉水植物，以轉(zhuǎn)移水體中過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)揮積極作用，保障核心區(qū)水環(huán)境安全。

（2）建議在特定區(qū)域如什剎海、北海、核心區(qū)、筒子河等，投放鰱魚(yú)、鳙魚(yú)、草魚(yú)等水生動(dòng)物，增加水體中水生動(dòng)物的多樣性，并通過(guò)動(dòng)物的濾食控制藻類(lèi)的蔓延及數(shù)量，達(dá)到抑制水華發(fā)生、改善水生態(tài)環(huán)境的目的[5]。

（3）建議延長(zhǎng)筒子河推流器曝氣時(shí)間，強(qiáng)制帶動(dòng)局部水體流動(dòng)，增加水體底部溶解氧，配合調(diào)整文化宮退水閘、中山公園退水閘，讓筒子河的死水變活水，形成不小于0.05 m/s水流，破壞水華的發(fā)生條件，減少表面漂浮物聚集，改善筒子河水環(huán)境。

（4）建議充分發(fā)揮內(nèi)城原有水質(zhì)改善工程措施作用，及時(shí)更換、維護(hù)硬件，如西海、后海生物調(diào)料系統(tǒng)、三海閘上游水質(zhì)改善工程、北海棧橋隔離柵無(wú)紡布等工程措施。

（5）建議每逢降雨及時(shí)停止向內(nèi)城供水，同時(shí)加強(qiáng)雨后上游河道水體營(yíng)養(yǎng)鹽消解生物治理措施，增加監(jiān)測(cè)頻次，待水質(zhì)達(dá)標(biāo)后恢復(fù)供水，有效減少污染水體匯入內(nèi)城。

（6）建議加大河道巡查和生物制劑投加力度，配合內(nèi)城河湖水流調(diào)度方案，有計(jì)劃有目的地投加生物制劑，有效降低內(nèi)城河湖水體富營(yíng)養(yǎng)化程度。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)內(nèi)城河湖水質(zhì)情況的整體分析，充分掌握了現(xiàn)階段內(nèi)城河湖水環(huán)境現(xiàn)狀，但要從根本上改善內(nèi)城河湖水環(huán)境，還需要充分發(fā)揮物理、生物、生態(tài)等各類(lèi)措施作用，合理調(diào)配上游水資源，多措并舉，并進(jìn)一步探索和完善適合內(nèi)城河湖的綜合技術(shù)措施，探究出一套針對(duì)特大型城市人工生態(tài)系統(tǒng)的改善方法，在內(nèi)城河湖建立完善、健康的水生態(tài)系統(tǒng)（包括微生物、水生植物和水生動(dòng)物等）。只有水生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模達(dá)到一定程度，實(shí)現(xiàn)了水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的良性轉(zhuǎn)化和循環(huán)，通過(guò)良性生態(tài)系統(tǒng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)源的爭(zhēng)奪和對(duì)藻類(lèi)生存空間的不斷擠壓，才能有效抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。