南昌市城南護(hù)城河水體氮磷分布特征及富營(yíng)養(yǎng)化分析

孫 艷

(南昌市水利綜合服務(wù)中心，南昌 330039)

1 研究背景

贛江為南昌境內(nèi)主要水系，縱貫全境，其東岸是以近代沖擊層為主的湖積沖積平原，西岸是以紅色黏土層為主的丘崗山地，總的地勢(shì)西南高東北低，全市山丘占34.4%，水面占29.8%，平原占35.8%，東岸地形平坦，西南稍高，東北偏低，地面平均縱坡1%-3%。流域?qū)仝M撫沖積平原，地貌單元屬贛江Ⅰ級(jí)階地，地勢(shì)相對(duì)平坦。南昌市城南護(hù)城河工程位于昌南大道南側(cè)，東與贛撫平原五干渠相連，西到梅湖，全長(zhǎng)約4.7km。由于城南護(hù)城河處于城鄉(xiāng)結(jié)合部，市政設(shè)施相對(duì)落后，在工程運(yùn)行的十余年間，河道內(nèi)形成深厚淤泥，加上兩岸居民亂扔垃圾、污水，影響護(hù)城河水質(zhì)。為進(jìn)行南護(hù)城河清淤整治，必須在深入分析南護(hù)城河水體氮磷分布特征及富營(yíng)養(yǎng)化的基礎(chǔ)上，多部門(mén)協(xié)調(diào)工作，從多方面著手開(kāi)展整治。

2 研究過(guò)程及方法

2.1 試驗(yàn)采樣

采樣時(shí)間為2018-2020年，在南護(hù)城河靠近梅湖約0.5km、1.0km、1.5km、2.0km、2.5km處的南岸和北岸，D碼頭東0.5km、0.75km、1.0km、1.5km及D碼頭西0.25km、0.55km、0.85km、1.25km處分別取樣。取樣時(shí)，先在上述采樣點(diǎn)水面以下0.5m、0.8m、1.0m處采集3種上覆水樣，采用便攜式溶氧儀、pH計(jì)、電導(dǎo)儀、溫度計(jì)、濁度儀等進(jìn)行基本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試后，再將各采樣點(diǎn)三種上覆水樣混合并移至容量500mL的聚乙烯試劑瓶?jī)?nèi)，摻加50%濃度的H2SO4溶液酸化處理后使其pH值降至2.0以下，低溫保存。

2.2 樣品測(cè)定方法

將所采集到的試樣在采樣現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行水體透明度、水深、溶解氧及水溫等的測(cè)定，此后在試驗(yàn)室內(nèi)按照相關(guān)規(guī)定測(cè)定和分析采樣的TN、TP、葉綠素-α、透明度、高錳酸鹽指數(shù)等指標(biāo)：具體而言，TN含量的測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光廣度法，TP含量的測(cè)定采用鉬銻分光光度法，葉綠素-α含量采用分光光度法測(cè)定，高錳酸鹽指數(shù)采用酸性法檢測(cè)。

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

綜合考慮當(dāng)前河流富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用特征及評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進(jìn)行南護(hù)城河水體富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)，所選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有TN、TP、葉綠素-α、透明度、高錳酸鹽指數(shù)，通過(guò)計(jì)算各指標(biāo)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)及綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)，將計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)進(jìn)行對(duì)比，以進(jìn)行該護(hù)城河水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的判斷。

表1 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)

3 研究結(jié)果與討論

3.1 南護(hù)城河水體理化特征

根據(jù)采樣分析結(jié)果，南護(hù)城河水體全年pH值在7.08-9.11區(qū)間，屬于弱堿性水體，且越靠近D碼頭附近人類(lèi)活動(dòng)頻繁的區(qū)域，水體pH值越高。水體濁度值檢測(cè)結(jié)果2.0-22.0NTU，其取值變動(dòng)趨勢(shì)與pH值基本吻合。水體葉綠素-α濃度在0.41-5.02mg/m3范圍內(nèi)，在護(hù)城河水體東南岸11-12月浮游植物數(shù)量激增，所以，該區(qū)域水體春夏季和秋冬季葉綠素-α濃度差異懸殊，秋冬季的葉綠素-α濃度約為春夏季的12-15倍。

南護(hù)城河水體中高錳酸鉀指數(shù)取值在4.98-8.96mg/L區(qū)間，并未超出天然水體中有機(jī)質(zhì)含量的合理范圍。溶解氧容量含量偏低，取值在2.98-9.79mg/L范圍內(nèi)，其中南護(hù)城河西南區(qū)域存在較多的腐殖質(zhì)，耗氧量大，導(dǎo)致該區(qū)域溶解氧含量不高。夏秋季水體內(nèi)溶解氧含量較低，而春冬季節(jié)因水位降低，較大的風(fēng)速使進(jìn)入水體內(nèi)的氧氣量增大，且水生生物繁殖耗氧活動(dòng)因低溫而得到抑制，使水體溶解氧含量增大。

3.2 南護(hù)城河水體中TN分布

由圖1分析結(jié)果顯示，該河流水體2018年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)TN含量均值分別為5.04mg/L、5.26mg/L、2.67mg/L；2019年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)TN含量均值分別為4.75mg/L、3.94mg/L、2.51mg/L；2020年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)TN含量均值分別為3.58mg/L、2.85mg/L、5.54mg/L。因冬季該水體局部干涸，故不進(jìn)行冬季水體污染情況分析。TN含量最大值主要分布在D碼頭附近的采樣點(diǎn)，該區(qū)域人類(lèi)活動(dòng)頻繁，對(duì)水體內(nèi)氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度存在較大影響。

此外，通過(guò)年內(nèi)不同季節(jié)水體內(nèi)TN含量的比較發(fā)現(xiàn)，夏季含量最高，秋季最低。其主要原因在于夏季降水豐富，護(hù)城河周?chē)寥乐械臓I(yíng)養(yǎng)要素跟隨地表徑流大量流入水體，秋季水體內(nèi)TN含量比夏季降低58-70%，主要因?yàn)榍锛舅疁亟档秃筮m合硝化菌和反硝化菌代謝，會(huì)加速水體內(nèi)TN降解，同時(shí)，秋季降水量比夏季大，對(duì)匯入水體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)要素起到一定稀釋作用。春季南護(hù)城河內(nèi)水量稀少，污染物受到濃縮和抑制，但是，較低的環(huán)境溫度和水溫也不利于硝化菌和反硝化菌的生存和繁殖，導(dǎo)致水體內(nèi)TN含量反而高于秋季。

圖1 TN含量觀(guān)測(cè)結(jié)果

3.3 南護(hù)城河水體中TP分布

水體內(nèi)TP含量是水體營(yíng)養(yǎng)狀況的直接反映，且其含量主要與水生生物尤其是浮游植物數(shù)量有直接關(guān)系。由圖2分析結(jié)果可知，南護(hù)城河水體內(nèi)2018年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)TP含量均值分別為0.134mg/L、0.248 mg/L、0.149 mg/L；2019年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)TP含量均值分別為0.228mg/L、0.164mg/L、0.127mg/L；2020年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)TP含量均值分別為0.151mg/L、0.227mg/L、0.149mg/L；因冬季該水體局部干涸，故不進(jìn)行冬季水體污染情況分析。水體中TP含量均未超出GB3838-2002中Ⅳ類(lèi)水TP濃度限定值[1]。各取樣點(diǎn)TP濃度存在較大差異，其中TP濃度最大的測(cè)點(diǎn)仍為D碼頭等游船較多、人類(lèi)活動(dòng)頻繁的地區(qū)。

3.4 南護(hù)城河水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況

采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法進(jìn)行南護(hù)城河水體富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)公式如下：

(1)

式中：∑TLI為南護(hù)城河水體綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；TLI(i)第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wi為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)權(quán)重，其取值為：

(2)

式中：r1i為第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)和葉綠素(Chla)的相關(guān)系數(shù)，查中國(guó)湖泊環(huán)境[2]表2可得；m為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量，個(gè)。

運(yùn)用式(1)進(jìn)行南護(hù)城河水體2018年、2019年和2020年各測(cè)點(diǎn)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的計(jì)算，并將均值繪制在圖3中。由圖中結(jié)果可知，南護(hù)城河水體內(nèi)2018年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)∑TLI均值分別為49.6、58.9、55.1；2019年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)

∑TLI

均值分別為52.3、52.4、54.8；2020年春、夏、秋季各取樣點(diǎn)∑TLI均值分別為48.2、52.1、54.7；因冬季該水體局部干涸，故不進(jìn)行冬季水體污染情況分析。大部分測(cè)點(diǎn)∑TLI取值在40-60范圍內(nèi)，并通過(guò)與表1進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)大部分測(cè)點(diǎn)水體均處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，且其中D碼頭區(qū)域∑TLI值略高于60，為輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，主要原因除了人類(lèi)活動(dòng)的影響外，還包括該水域污染嚴(yán)重，水體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量較高，浮游植物的繁殖加劇了水體缺氧程度。

圖2 TP含量觀(guān)測(cè)結(jié)果

圖3 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TLI觀(guān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)南昌市城南護(hù)城河水體富營(yíng)養(yǎng)化分布特征的分析表明，該水域中D碼頭區(qū)域春、夏、秋三季TN含量、TP含量及綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均較大，表明該區(qū)域存在較為嚴(yán)重的污染，這主要與該區(qū)域游樂(lè)設(shè)施較多、人類(lèi)活動(dòng)頻繁、垃圾及廢棄物排放較多有直接關(guān)系；通過(guò)對(duì)該水體綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的計(jì)算與分析，該護(hù)城河水體總體處于中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)?？傊ㄟ^(guò)規(guī)范南護(hù)城河D碼頭區(qū)域人類(lèi)游樂(lè)性活動(dòng)，限制生活垃圾及廢棄物的排放是加強(qiáng)河道治理、緩解該水體中度富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)鍵。