十五里河中下游水體氮磷的分布特征與富營養(yǎng)化趨勢分析

許 毅

（安徽省建設工程測試研究院有限責任公司，安徽 合肥 230000）

水體富營養(yǎng)化是指湖泊、河流等水體中N、P失去平衡而引起的水質污染現象。自2016年以來，每年夏天，十五里河入湖口西側環(huán)境空氣會變臭，原因在于巢湖近岸富營養(yǎng)化水體中過度繁殖的藻類使湖水產生臭味并釋放有毒有害物質。十五里河匯入巢湖，對巢湖水質有直接的影響，其水體富營養(yǎng)化引起眾多學者的關注，然而現有研究大多集中在短時期內對水質單一指標的考察，如宗寧［1］等分析了十五里河水體中磷含量分布特征，而對水質變化趨勢研究較少，且缺乏連續(xù)年限的水體富營養(yǎng)化研究。為此，本文通過對大范圍水質監(jiān)測，統(tǒng)計并研究了近5年的數據，在分析影響富營養(yǎng)化質量指數的氮磷元素分布特征基礎上，探究并預測了十五里河水體的富營養(yǎng)化趨勢，最后提出了相應的對策，以此為十五里河水體的治理提供一定參考和科學依據。

1 實驗與數據

1.1 監(jiān)測斷面設置

十五里河發(fā)源于合肥市西北大蜀山，全長35 km，在同心橋匯入巢湖，為巢湖一級入湖河流。其支流為幸福渠、王年溝、許小河、圩西河，因上游天鵝湖溢流壩將河流分為兩截，故不考慮上游水體的影響，只綜合考慮各主要排污口、支流，并結合包河區(qū)河長制監(jiān)測斷面設置，從上游至下游分別設置了8個監(jiān)測斷面：金寨路橋、繞城高速、廬州大道、包河大道、上海路橋、天津路、前楊橋和希望橋。其監(jiān)測點位如圖1所示。

圖1 十五里河監(jiān)測斷面布點示意圖

1.2 監(jiān)測數據

其斷面水質評價指標根據富營養(yǎng)化計算公式，確定為COD、TP、TN，評價標準為GB3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》［2］Ⅴ類水質濃度標準（mg/L），監(jiān)測頻次為2次/月。而分析方法依據《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第四版）［3］確定。從金寨路橋至希望橋依次編號為1#-8#，監(jiān)測數據按年均值計算，近5年十五里河水質指標各斷面TN和TP年平均值，如表1所示。

表1 2017-2021年十五里河水質指標斷面年平均值

由表1可以看出，在2017年TN和TP指標所有斷面年均值均為劣Ⅴ類。在2018年，TN指標所有斷面年均值均為劣Ⅴ類；TP指標，在天津路、前楊橋、希望橋年均值達到Ⅴ類。而2019～2021年，TN指標年均值均為劣Ⅴ類；TP指標，所有斷面在3年內全部達到Ⅴ類。因此，5年間所有斷面TN年均值均超標，即使在2021年希望橋的最小值為4.46 mg/L時，仍超過地表水環(huán)境質量標準Ⅴ類標準限值一倍以上。

2 氮磷的分布特征

根據調查，城市污水處理廠及沿河排口排污是十五里河主要的污染源，在污染源排放貢獻比例中，占TN入河負荷比例的84%，占TP入河負荷的中的74%。再結合監(jiān)測指標標準指數以及營養(yǎng)狀態(tài)質量指數，計算TN、TP占據權重，確定TN和TP為本文水體富營養(yǎng)化研究中首要污染物。各斷面TN和TP的分布特征如圖2所示。

圖2 各斷面TN和TP分布特征圖

由圖2可以看出，TN最高點出現在2017年的繞城高速，最低點出現在2021年的希望橋。在2017年，繞城高速TN均值超過上游金寨路橋的5.06 mg/L，其原因在于，此片區(qū)梳背橋至龍川路南排污口以及老江淮廠明渠貢獻了大量生活污水，導致TN濃度變高。上海路橋在2017～2018年，TN指標都比上游包河大道要高，只在2019～2021年變低，這是因為在此階段，許小河水質提升工程對總氮消減起到了一定作用。在2018～2021年，廬州大道均出現TN升高的現象，這就需重點關注幸福渠水質。由此可以看出，十五里河總體趨勢是下游水體的TN濃度要低于上游。而TP濃度最高點出現在2017年的繞城高速，最低點出現在2021年的希望橋，此特征與TN一致。但隨著上游水質的改善與穩(wěn)定，排污口的截留力度加大，在近3年，TP濃度呈現出與TN近似的衰減規(guī)律。

在2021年，TN和TP皆在天津路斷面出現了較上一斷面上升的趨勢，其原因在于，十五里河污水處理廠排口在天津路和上海路橋之間，日均污水排放量達到10萬噸以上。并且，在2021年6到8月排水高峰季對污水處理廠沿河排口進行連續(xù)多次采樣分析，其TN月均值分別為4.76；3.93；8.46，TP分別為0.13；0.08；0.25，TN沒有達到V類水標準且排放量大，所以，對天津路斷面總氮值升高有直接影響。

3 水體富營養(yǎng)化的分析與研究

目前，國內外使用的水體富營養(yǎng)化的計算評價方法有單項指標法、營養(yǎng)狀態(tài)指示法、營養(yǎng)狀態(tài)質量指數法等。結合主要污染因子，本文選用營養(yǎng)狀態(tài)質量指數法（NQI），并根據計算結果對水體富營養(yǎng)化水平進行評價。其公式如下：

式中CCOD、CTN、CTP分別為采樣實測的化學耗氧量、總氮、總磷濃度，且C'COD、C'TN、C'TP［4］分別為GB 3838-2002《地表水環(huán)境質量標準》中化學耗氧量、總氮、總磷的評價標準濃度。以Ⅴ類水質濃度標準（mg/L）為評價標準：當NQI值≤2時，水質為貧營養(yǎng)水平；當NQI值為2＜NQI≤3時，水質為中營養(yǎng)水平，當NQI值＞3時，水質為富營養(yǎng)水平。十五里河斷面的營養(yǎng)狀態(tài)質量指數結果如表2所示。

表2 十五里河斷面的年均營養(yǎng)狀態(tài)質量指數

由表2可以看出，在2017～2021年，8個斷面的營養(yǎng)狀態(tài)質量指數范圍為3.0～9.8；除了在2021年入湖口希望橋斷面NQI＜3，水質為中營養(yǎng)水平外，其余均為富營養(yǎng)水平；NQI最大值為9.8，出現在2017年繞城高速斷面。其5年間水體整體平均指數為3.8～8.1，雖然呈現出隨著年份遞減的趨勢，但依然全部為富營養(yǎng)水平。以河流整體富營養(yǎng)水平平均指數計算，2021年較2017年下降了53%。

2017～2021年各斷面營養(yǎng)狀態(tài)質量指數變化趨勢如圖3所示。

由圖3可以看出，從2017～2021年，十五里河水體營養(yǎng)水平從上游到下游總體呈現出先增長后衰減的趨勢。其8個斷面營養(yǎng)狀態(tài)質量指數均值依次為5.8、5.8、5.9、5.6、5.3、5.2、4.8、4.5。但隨著許小河水質的穩(wěn)定改善，上海路橋斷面作為下游，只在2017年NQI值超過包河大道橋斷面，其余年份均呈現出緩慢下降的趨勢，2021年水體NQI值已降至3.8，并且，在2022年有繼續(xù)下降的趨勢。

圖3 各斷面營養(yǎng)狀態(tài)質量指數變化趨勢圖

4 結論

（1）對監(jiān)測的8個斷面進行比較，TN濃度從大到小為：金寨路橋＞廬州大道＞包河大道＞繞城高速＞天津路＞上海路橋＞前楊橋＞希望橋；TP濃度從大到小為：金寨路橋＞繞城高速＞廬州大道＞天津路＞上海路橋＞包河大道＞前楊橋＞希望橋，相對于TN，TP濃度更呈現出從上游到下游遞減的規(guī)律，而TN濃度受十五里河污水處理廠排口影響更大，在天津路橋等斷面出現了上升現象。

（2）從2017～2021年，雖然水體營養(yǎng)化趨勢減緩，但水體整體仍處于富營養(yǎng)水平，但2021年水體NQI值已降至3.8，并且在2022年有繼續(xù)下降的趨勢。

（3）根據溯源監(jiān)測和對上下游水質比對進行分析，發(fā)現造成十五里河水體富營養(yǎng)化最主要原因在于，十五里河污水處理廠排口以及沿岸排污口水質未達到Ⅴ類水標準且TN超標嚴重，所以，其污水處理需加強削氮工藝，沿河排污口需加強截污和雨污分流，此外，其他2條支流許小河和圩西河水質仍需進一步削減氮磷含量。