平原河網(wǎng)水系水質(zhì)分布變化評(píng)價(jià)及其影響因素分析

張開鑫，吳德安，孫 健，易邵林，黃國(guó)芳，唐紹富

(1.河海大學(xué)港口海岸與近海工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311100 3.云南省水利水電工程有限公司，云南 昆明 650500)

0 引言

海寧市洛塘河圩區(qū)平原河網(wǎng)水系發(fā)達(dá)，河道縱橫交錯(cuò)，呈網(wǎng)狀分布，河道水流流向復(fù)雜。在河網(wǎng)內(nèi)部存在著塘壩以及水閘、涵洞等水工建筑物。這些水工建筑物通過(guò)對(duì)河流水位高度控制和閘門啟閉及引排水的操作，使河網(wǎng)的水文條件更加復(fù)雜。由于平原河網(wǎng)地勢(shì)平坦且水位落差不大，流速小，以及河流底部的淤泥吸附污染物，這些多重作用加重水環(huán)境的污染，增加開發(fā)利用水資源的難度[1]。通過(guò)引調(diào)水，科學(xué)地調(diào)度河網(wǎng)水流，提高水體的流動(dòng)性，在一定程度上可緩解區(qū)域水質(zhì)惡化[2]。為了整治杭嘉湖平原生態(tài)環(huán)境，改善杭嘉湖平原河網(wǎng)水環(huán)境，太湖流域管理局與浙江省防汛抗旱指揮部辦公室先后于2005-02-06至2005-03-06與2007-10-18至2007-12-15進(jìn)行兩次南排調(diào)水實(shí)踐。通過(guò)同步監(jiān)測(cè)水質(zhì)水量并與排水實(shí)踐前的水質(zhì)水量對(duì)比，兩次南排調(diào)水使Ⅳ類水體大量增加Ⅴ類與劣Ⅴ類水體減少，河網(wǎng)干流斷面的水質(zhì)與調(diào)水前期相比，有了較為明顯改善[3]。

為響應(yīng)《中共嘉興市委辦公室嘉興市人民政府辦公室關(guān)于印發(fā)〈夯實(shí)生態(tài)綠色基底建設(shè)碧水嘉興行動(dòng)方案(2021—2025年)〉的通知》、海寧市政府《擦亮河湖生態(tài)底色、建設(shè)碧水海寧行動(dòng)方案(2021—2025年)》文件精神，海寧市全面開啟碧水河道建設(shè)，鞏固“污水零直排區(qū)”建設(shè)成果，提升城鄉(xiāng)污水治理能力，推進(jìn)農(nóng)業(yè)面源污染治理，實(shí)施節(jié)水行動(dòng)和河湖綜合整治。

為實(shí)現(xiàn)上述平原河網(wǎng)水系綜合整治目的，高效解決海寧市水系流動(dòng)性、水質(zhì)等方面存在的問(wèn)題[4-5]，需要在水質(zhì)數(shù)據(jù)系統(tǒng)測(cè)量的基礎(chǔ)上，先期開展該河網(wǎng)水系水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及其影響因素分析研究。結(jié)合洛塘河圩區(qū)內(nèi)平原河網(wǎng)水系概況，并參考GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，本文的研究選用單因子、多因子評(píng)價(jià)法結(jié)合內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)圩區(qū)水系水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。進(jìn)而對(duì)2018—2020年月度的氨氮、總磷和高錳酸鹽3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行月度變化分析，同時(shí)對(duì)2020年12月的氨氮、總磷和高錳酸鹽3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行空間特征分析。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)收集

本文所研究的范圍為海寧市中心城區(qū)中的洛塘河圩區(qū)，主要涉及硤石街道、海昌街道、海洲街道3個(gè)街道。洛塘河圩區(qū)南以洛溪河為界，西至西連接河，北至長(zhǎng)山河，總面積72.1km2。根據(jù)洛塘河圩區(qū)內(nèi)平原河網(wǎng)水系現(xiàn)狀，結(jié)合海寧市水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)分布情況，海寧市水質(zhì)監(jiān)測(cè)站分布如圖1所示。收集得到圩區(qū)內(nèi)貨運(yùn)中轉(zhuǎn)站、雙喜橋、松木漾橋和由拳橋4個(gè)站點(diǎn)2018—2020年度逐月的五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總氮、總磷(以P計(jì))和高錳酸鹽指數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。采用單因子、多因子評(píng)價(jià)法對(duì)4個(gè)站點(diǎn)的五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總磷(以P計(jì))和高錳酸鹽指數(shù)這4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)選用內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)各站點(diǎn)進(jìn)行年度水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)。

圖1 海寧市水質(zhì)監(jiān)測(cè)站分布圖

1.2 水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

1.2.1單因子指數(shù)

最簡(jiǎn)單的環(huán)境質(zhì)量指數(shù)是單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)，單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的定義為[6]：

Ii=Ci/Si

(1)

式中，Ci—第i種污染物在環(huán)境中的濃度；Si—第i種污染物在環(huán)境中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境質(zhì)量指數(shù)是無(wú)量綱數(shù)，表示污染物在環(huán)境中實(shí)際濃度超過(guò)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的程度，即超標(biāo)倍數(shù)。Ii的數(shù)值越大表示該單項(xiàng)的環(huán)境質(zhì)量越差。

環(huán)境質(zhì)量指數(shù)Ii的數(shù)值是相對(duì)于某一個(gè)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)而言的，當(dāng)選取的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)變化時(shí)，盡管某種污染物的濃度并未變化，環(huán)境質(zhì)量指數(shù)Ii的取值也會(huì)不同；在進(jìn)行橫向比較時(shí)需注意各自采用的標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)一個(gè)地區(qū)或城市的功能來(lái)確定的，同時(shí)受到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等因素的制約。單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)只能代表某一種污染物的環(huán)境質(zhì)量狀況，不能反映環(huán)境質(zhì)量的全貌，但它是其他環(huán)境質(zhì)量指數(shù)、環(huán)境質(zhì)量分級(jí)和綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。

1.2.2多因子環(huán)境質(zhì)量分指數(shù)

對(duì)每個(gè)待評(píng)價(jià)的環(huán)境要素，通常需要對(duì)該要素中的多個(gè)因子的單因子評(píng)價(jià)指數(shù)進(jìn)行綜合，將多因子目標(biāo)值組合成一個(gè)單指數(shù)，這就是該環(huán)境要素的多因子環(huán)境質(zhì)量分指數(shù)[7]。

(1)均值型多因子環(huán)境質(zhì)量分指數(shù)

均值型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算式為：

(2)

式中，n—參與評(píng)價(jià)的因子數(shù)；其余符號(hào)含義同單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

均值型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)是認(rèn)為各種環(huán)境因子數(shù)對(duì)環(huán)境的影響是等價(jià)的。

(2)計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量分指數(shù)

計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的基本出發(fā)點(diǎn)是認(rèn)為各種環(huán)境因子對(duì)環(huán)境的影響是不等權(quán)的，其影響應(yīng)該計(jì)入各環(huán)境因子的權(quán)系數(shù)。計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的計(jì)算式為：

(3)

(4)

式中，Wi—第i個(gè)環(huán)境因子的權(quán)系數(shù)。

1.2.3內(nèi)梅羅指數(shù)

內(nèi)梅羅指數(shù)是一種兼顧極值或稱突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。內(nèi)梅羅指數(shù)的基本計(jì)算式為[8]：

(5)

式中，I—監(jiān)測(cè)點(diǎn)的河水環(huán)境綜合污染指數(shù)；MaxIi—各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)中最大者，AveIi—各單因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)的平均值。

內(nèi)梅羅指數(shù)特別考慮了污染最嚴(yán)重的因子，內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量指數(shù)在加權(quán)過(guò)程中避免了權(quán)系數(shù)中主觀因素的影響，是目前仍然應(yīng)用較多的一種環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。

用環(huán)境質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)法可以判斷環(huán)境質(zhì)量與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系，一般說(shuō)來(lái)：

I>1，說(shuō)明環(huán)境質(zhì)量已不能滿足評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求；

I=1，說(shuō)明環(huán)境質(zhì)量處于臨界狀態(tài)；

I<1，說(shuō)明環(huán)境質(zhì)量較評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求為好。

1.2.4污染等級(jí)劃分

對(duì)于單因子評(píng)級(jí)法而言，如果一個(gè)參加評(píng)價(jià)項(xiàng)目不達(dá)標(biāo)某類水標(biāo)準(zhǔn)，則該水質(zhì)不達(dá)標(biāo)[9]。對(duì)于內(nèi)梅羅污染指數(shù)法，其污染等級(jí)見(jiàn)表1內(nèi)梅羅污染指數(shù)法水質(zhì)更細(xì)劃分表[10]所示。

表1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法水質(zhì)劃分表

2 結(jié)果

2.1 單因子、多因子評(píng)價(jià)法結(jié)果

選取2018—2020年貨運(yùn)中轉(zhuǎn)站、雙喜橋、松木漾橋和由拳橋4個(gè)站點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)GB 3838—2002中地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值Ⅲ類的標(biāo)準(zhǔn)，確定標(biāo)準(zhǔn)值Si，通過(guò)數(shù)據(jù)匯總和列式計(jì)算，得出相對(duì)污染指數(shù)Ii，結(jié)果見(jiàn)表2所示。

表2 2018—2020年各站點(diǎn)單因子、多因子水質(zhì)指數(shù)

2018—2020年間，貨運(yùn)中轉(zhuǎn)站的超標(biāo)污染物為總磷，其單項(xiàng)相對(duì)污染指數(shù)最大可達(dá)到1.113。對(duì)于雙喜橋站點(diǎn)，其周邊水環(huán)境的超標(biāo)污染物為總磷，其單項(xiàng)相對(duì)污染指數(shù)最大值為2018年的1.288。而松木漾橋站點(diǎn)的超標(biāo)污染物總磷，其單項(xiàng)相對(duì)污染指數(shù)最大值分別為1.175。由拳橋站點(diǎn)的超標(biāo)污染物為氨氮和總磷，其單項(xiàng)相對(duì)污染指數(shù)最大值分別為2018年的1.056和1.129。4個(gè)站點(diǎn)的五日生化需氧量和高錳酸鹽指數(shù)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)，其單項(xiàng)相對(duì)污染指數(shù)最優(yōu)值為2020年雙喜橋五日生化需氧量的0.900和2020年貨運(yùn)中轉(zhuǎn)站高錳酸鹽指數(shù)的0.732。均值型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，只有由拳橋站2018年水質(zhì)指數(shù)超過(guò)1，為1.012.

綜合來(lái)看，氨氮和總磷是海寧市洛塘河圩區(qū)內(nèi)水系中的主要污染因子，其來(lái)源于域內(nèi)未被收集處理的城鎮(zhèn)生活污染源、農(nóng)田面源污染以及城市地表徑流。從年度變化來(lái)看，4個(gè)站點(diǎn)的4項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)總體上呈下降趨勢(shì)。海寧市于2016年出臺(tái)《城鄉(xiāng)環(huán)境綜合整治提升三年行動(dòng)計(jì)劃(2016—2018年)》[11]，2018年開始實(shí)施“污水零直排”建設(shè)工作等治理污染政策和工程，海寧市洛塘河圩區(qū)內(nèi)水系水環(huán)境質(zhì)量得到了提升，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)基本好轉(zhuǎn)，海寧市洛塘河圩區(qū)內(nèi)4個(gè)站點(diǎn)的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)均有所改善，其各單項(xiàng)相對(duì)污染指數(shù)均小于1。其中4個(gè)檢測(cè)站點(diǎn)的總磷濃度從2018年的1.113、1.288、1.175和1.129不達(dá)標(biāo)狀態(tài)降至2020年的0.963、0.988、0.954和0.983均符合標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)狀況明顯改善，治理效果成效顯著。

2.2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法結(jié)果

結(jié)合式(5)內(nèi)梅羅污染指數(shù)算法，本研究計(jì)算了海寧市洛塘河圩區(qū)內(nèi)4個(gè)站點(diǎn)的2018—2020年3年的水系內(nèi)梅羅污染指數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1所示。

由表3可知，圩區(qū)內(nèi)4個(gè)站點(diǎn)的水環(huán)境在2018年度處于中度污染程度，內(nèi)梅羅污染指數(shù)最大值出現(xiàn)在2018年的雙喜橋站點(diǎn)，其值為1.135。檢測(cè)站點(diǎn)所在的河流具有通航的功能，船舶通航造成的污染以及農(nóng)田面源污染是造成洛塘河圩區(qū)水環(huán)境污染的主要原因。隨著海寧市一系列的整治行動(dòng)的貫徹落實(shí)，從2018年到2020年，圩區(qū)內(nèi)水環(huán)境明顯有所改善，貨運(yùn)中轉(zhuǎn)站、雙喜橋、松木漾橋、由拳橋的內(nèi)梅羅污染指數(shù)分別由1.041、1.135、1.066和1.072的中度污染降至0.878、0.914、0.889和0.931的輕度污染，圩區(qū)內(nèi)站點(diǎn)水質(zhì)均符合要求，處于輕微污染程度，水環(huán)境整治取得了明顯的成效。

表3 2018—2020年各站點(diǎn)內(nèi)梅羅污染指數(shù)

上述可見(jiàn)，不同的污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法，各有其側(cè)重性，評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定的差異性，若以內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可以細(xì)化單因子指數(shù)的水質(zhì)評(píng)價(jià)劃分。

2.3 海寧市洛塘河圩區(qū)內(nèi)水質(zhì)時(shí)空變化規(guī)律及其影響因素

海寧市洛塘河圩區(qū)內(nèi)水質(zhì)的優(yōu)劣關(guān)系到海寧市居民的生活質(zhì)量，為了研究洛塘河圩區(qū)內(nèi)水質(zhì)實(shí)際狀況和變化規(guī)律，本文對(duì)2018—2020年月度的氨氮、總磷和高錳酸鹽3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行月度變化分析，同時(shí)對(duì)2020年12月的氨氮、總磷和高錳酸鹽3三項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行空間特征分析。

2.3.1氨氮

(1)圩區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)歷年月度變化特征

利用2018—2020年期間海寧市長(zhǎng)山河、洛塘河、麻涇港和平陽(yáng)堰港監(jiān)測(cè)站點(diǎn)斷面的水質(zhì)逐月監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)海寧市4條主要河流水體氨氮的時(shí)間變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。2018—2020年間麻涇港、洛塘河、平陽(yáng)堰港、長(zhǎng)山河的氨氮年度均值分別在0.54～0.95mg/L、0.54～1.06mg/L、0.55～0.93mg/L、0.50～0.77mg/L之間，整體在地表水Ⅲ類水上下波動(dòng)。

圖2 2018—2020年海寧市主要河流監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水體氨氮濃度變化

2019—2020年期間，相對(duì)于2018年，監(jiān)測(cè)的4條河流的氨氮濃度呈現(xiàn)出輕微下降趨勢(shì)。這一趨勢(shì)表現(xiàn)為劣于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的氨氮濃度出現(xiàn)頻率有所下降，且在大多數(shù)時(shí)間段內(nèi)，氨氮濃度處于Ⅱ至Ⅲ類水平之間。月度變化分析表明，4個(gè)河流監(jiān)測(cè)站點(diǎn)所在水體中氨氮濃度呈現(xiàn)出相似的波動(dòng)趨勢(shì)，高濃度主要出現(xiàn)在12月至次年1月期間，另外在夏季6—7月之間也有高濃度出現(xiàn)，在其余時(shí)間段內(nèi)，氨氮濃度相對(duì)較低?？傊?，圩區(qū)內(nèi)水系氨氮濃度的變化受到季節(jié)因素的顯著影響。

(2)圩區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)氮的空間特征

根據(jù)2020年1月圩區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，圩區(qū)水體氨氮濃度在0.96～2.06mg/L之間，圩區(qū)內(nèi)氨氮均值為1.52mg/L，整體處于Ⅲ—Ⅴ類水平。其空間分布如圖3所示。不難看出，氨氮高值主要分布在洛塘河中段、麻涇港與洛塘河南側(cè)平陽(yáng)堰港與硤石市河附近區(qū)域，局部河段水體氨氮濃度遠(yuǎn)超出Ⅴ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。該區(qū)域位于城鎮(zhèn)核心城區(qū)，是人口密集的區(qū)域，人類頻繁活動(dòng)造成的生活污水以及城鎮(zhèn)地表徑流的輸入，這可能造成較為顯著的外源氮污染。

圖3 2020年1月洛塘河圩區(qū)水體氨氮空間分布示意圖

2.3.2總磷

(1)圩區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)歷年月度變化特征

采用2018—2020年期間海寧市長(zhǎng)山河、洛塘河、麻涇港和平陽(yáng)堰港監(jiān)測(cè)站點(diǎn)斷面的水質(zhì)逐月監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)海寧市4條主要河流水體總磷的歷史變化情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4所示。2018—2020年間長(zhǎng)山河、洛塘河、麻涇港和平陽(yáng)堰港的總磷年度均值分別在0.10～0.37、0.09～0.35、0.10～0.29、0.10～0.33mg/L之間，各年均值基本在地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)上下波動(dòng)。

圖4 2018—2020年海寧市主要河流監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水體總磷濃度變化

從年際變化來(lái)看，2018—2019年間除洛塘河外，其他3條主要河流的水體總磷濃度波動(dòng)較小。且除長(zhǎng)山河、洛塘河以外，麻涇港和平陽(yáng)堰港的總磷濃度基本維持在Ⅲ類水平；2020年間，長(zhǎng)山河的總磷濃度與2018—2019年間相比則呈現(xiàn)微弱下降趨勢(shì)，但仍基本處于Ⅳ類水的水平。麻涇港與平陽(yáng)堰港的總磷濃度較前兩年均有所上升，部分時(shí)段劣于Ⅲ類水甚至Ⅳ類水的水平，表明水質(zhì)出現(xiàn)惡化趨勢(shì)，其中平陽(yáng)堰港總磷濃度的上升幅度相對(duì)最大，自2018年的0.10mg/L上升至2020年的0.33mg/L。從月度變化來(lái)看，4條河流斷面水體總磷濃度呈現(xiàn)相似的波動(dòng)趨勢(shì)，總磷濃度大體從春季3、4月開始呈上升趨勢(shì)，到夏季7月前后達(dá)到全年高值，隨后在秋、冬季逐漸下降，低值多出現(xiàn)在冬季12月至次年2月。從春季3、4月份開始，降水量逐增大，地表中含磷的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和化肥經(jīng)過(guò)雨水沖刷通過(guò)徑流輸入水體；同時(shí)氣溫逐漸上升，光照強(qiáng)度逐漸增大，水體環(huán)境條件利于藻類等微生物的生長(zhǎng)繁殖，甚至爆發(fā)性增長(zhǎng)，導(dǎo)致水體總磷濃度增大。總的來(lái)說(shuō)，除長(zhǎng)山河以外，其余3條河流近年來(lái)總磷濃度均有上升趨勢(shì)，超過(guò)Ⅲ類水頻次明顯增加。

(2)圩區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)磷的空間特征

根據(jù)洛塘河圩區(qū)內(nèi)河網(wǎng)水體總磷的監(jiān)測(cè)結(jié)果，可得如圖5所示的2020年1月洛塘河圩區(qū)水體總磷空間分布。2021年12月圩區(qū)水體總磷濃度在0.13～0.23mg/L之間，平均值為0.17mg/L；河網(wǎng)水體總磷濃度整體處于Ⅱ—Ⅲ類水平。從空間分布上來(lái)看，圩區(qū)水體總磷濃度呈現(xiàn)中部較高、東西部較低的趨勢(shì)，中部主城區(qū)洛塘河周邊水體總磷在0.15～0.23mg/L之間，處于Ⅲ—Ⅳ類水平。主城區(qū)城鎮(zhèn)人口較多，生活污水以及地表徑流的輸入可能造成水系水體總磷超標(biāo)。

圖5 2020年1月洛塘河圩區(qū)水體總磷空間分布示意圖

2.3.3高錳酸鹽指數(shù)

(1)圩區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)歷年月度變化特征

根據(jù)2018—2020年期間海寧市長(zhǎng)山河、洛塘河、麻涇港和平陽(yáng)堰港監(jiān)測(cè)站點(diǎn)斷面的水質(zhì)逐月監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)海寧市4條主要河流水體高錳酸鹽指數(shù)濃度的歷史變化情況進(jìn)行分析，得到2018～2020年海寧市主要河流監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水體高錳酸鹽指數(shù)濃度變化結(jié)果如圖6所示：上述4條主要河流的高錳酸鹽指數(shù)年際均值分別在3.80～8.57、3.36～6.56、3.42～7.12、3.44～6.58mg/L之間，各年均值均維持在地表水Ⅲ類水平。

圖6 2018—2020年海寧市主要河流監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水體高錳酸鹽指數(shù)濃度變化

從年際變化來(lái)看，2018—2020年間4條主要河流的水體高錳酸鹽濃度變化不大，且大多數(shù)時(shí)段均滿足地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，小部分時(shí)段符合地表水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從月度變化來(lái)看，4條河流斷面水體高錳酸鹽濃度呈現(xiàn)相似的波動(dòng)趨勢(shì)，即在全年內(nèi)大體為先增后降，全年高值多集中在夏季7月前后，而低值則多出現(xiàn)在冬季12月至翌年2月之間。夏季溫度升高促進(jìn)微生物生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)，從而增加有機(jī)質(zhì)的分解以及營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放，導(dǎo)致高錳酸鹽指數(shù)升高；溫度的下降，高錳酸鹽指數(shù)濃度也有一定回落。綜上，2018—2020年來(lái)海寧市洛塘河圩區(qū)內(nèi)4條主要河流的高錳酸鹽指數(shù)均處于較好水質(zhì)水平。

(2)圩區(qū)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)高錳酸鹽的空間特征

2020年1月對(duì)洛塘河圩區(qū)內(nèi)河網(wǎng)水體高錳酸鹽指數(shù)濃度的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖7的2020年1月洛塘河圩區(qū)水體高錳酸鹽指數(shù)空間分布所示，2020年1月圩區(qū)水體總磷濃度在3.68～4.86mg/L之間，平均值為4.356mg/L；河網(wǎng)水體高錳酸鹽指數(shù)濃度整體處于Ⅱ—Ⅲ類水平。從空間分布上來(lái)看，水體中高錳酸鹽指數(shù)濃度呈現(xiàn)東部高西部低的趨勢(shì)，圩區(qū)河網(wǎng)水系水體的高錳酸鹽指數(shù)均符合GB 3838—2002中Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 2020年1月洛塘河圩區(qū)水體高錳酸鹽指數(shù)空間分布示意圖

3 討論

3.1 水質(zhì)存在的主要問(wèn)題

3.1.1部分河段水質(zhì)差，不穩(wěn)定

近年來(lái)，隨著海寧市水環(huán)境綜合整治工作的推進(jìn)，圩區(qū)內(nèi)平原河網(wǎng)水系的水質(zhì)逐步改善，主要污染物如氨氮、磷等含量整體呈逐年下降趨勢(shì)。然而，在圩區(qū)內(nèi)部分時(shí)段仍存在總磷及氨氮超標(biāo)的情況，尤其是麻涇港中段北部和洛塘河中段的水體氨氮濃度較高。

3.1.2水生植物少，水體自凈能力弱

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察，區(qū)域城市化和污染排放等因素對(duì)河網(wǎng)水體生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響，導(dǎo)致水生生物群落多樣性普遍衰退[12]。特別是沉水植物的減少，對(duì)于水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽吸收、浮游植物生長(zhǎng)和底泥再懸浮的防止等方面帶來(lái)不利影響，從而加劇了水環(huán)境的污染程度。

3.2 原因分析

3.2.1外源輸入及水體擾動(dòng)導(dǎo)致污染物處于較高水平，內(nèi)源污染物易釋放

海寧市位于杭嘉湖平原，該地區(qū)普遍存在細(xì)顆粒粘土，這種土壤成分為當(dāng)?shù)睾拥乐械膽腋∥锾峁┝颂烊粊?lái)源。這些細(xì)小的泥沙粒子在河道中通過(guò)上游水流或地表徑流進(jìn)入，由于其粒徑較小，難以通過(guò)重力沉降，因此可能導(dǎo)致河道懸浮物濃度升高。此外，海寧市洛塘河圩區(qū)的麻涇港和洛塘河是重要的航道，大量的航運(yùn)活動(dòng)造成水體擾動(dòng)，使得表層底泥處于再懸浮狀態(tài)。懸浮物濃度升高，其表面吸附的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可能會(huì)再次進(jìn)入水體，加劇水質(zhì)惡化。

3.2.2污水零直排效果顯著，但污染仍在

自2018年以來(lái)，隨著“污水零直排”建設(shè)工作的推進(jìn)，城市生活污染逐漸減少。然而，一些老舊小區(qū)排水單元仍采用雨污合流制，且排水管網(wǎng)存在損壞和淤積現(xiàn)象，造成局部區(qū)域依然存在生活污染[13]。此外，一些雨污分流制小區(qū)同樣存在合流現(xiàn)象，加劇了生活污染問(wèn)題。城市化進(jìn)程的加快導(dǎo)致城區(qū)不透水下墊面比例逐漸增加，成為污染物排放的“關(guān)鍵源區(qū)”，同時(shí)，面源污染比重也在逐漸上升。在降雨期間，地表細(xì)顆粒物可以作為載體，將大量的污染物帶入雨水管道或漫流進(jìn)入河道，從而導(dǎo)致夏季豐水期河道水體中的磷濃度升高。此外，園林綠化施肥也會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生不容忽視的影響。

3.2.3區(qū)域生境條件差，濁水狀態(tài)占主導(dǎo)

對(duì)于淺水水體而言，存在兩種相對(duì)穩(wěn)定的水質(zhì)狀態(tài)：清水穩(wěn)態(tài)和濁水穩(wěn)態(tài)[14-15]。清水穩(wěn)態(tài)下，湖泊底部覆蓋著大量沉水植物，水質(zhì)清澈透明；而在濁水穩(wěn)態(tài)下，沉水植物覆蓋度較低或消失，浮游植物占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位，水質(zhì)渾濁。水體的穩(wěn)態(tài)類型由水體中沉水植物的存在與否所決定，在一定的營(yíng)養(yǎng)水平下，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增加會(huì)促使水體從清水穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闈崴€(wěn)態(tài)。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度達(dá)到一個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，水體濁度會(huì)迅速增加，沉水植物數(shù)量驟減，這個(gè)臨界點(diǎn)被稱為“災(zāi)變點(diǎn)”[16]。反之，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度開始下降，達(dá)到另一個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，浮游植物濃度減少，沉水植物開始增加，這個(gè)臨界點(diǎn)被稱為“恢復(fù)點(diǎn)”。災(zāi)變點(diǎn)與恢復(fù)點(diǎn)是兩個(gè)分離的點(diǎn)，它們之間存在著清水穩(wěn)態(tài)和濁水穩(wěn)態(tài)兩種可選擇的狀態(tài)[17]。

盡管近年來(lái)海寧市洛塘河圩區(qū)水體中氨氮濃度出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但部分地區(qū)總磷濃度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。此外，大部分以河道為主的水體沉水植物生長(zhǎng)不足，未能有效抑制底泥再懸浮以及降低水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，導(dǎo)致多數(shù)水體處于濁水穩(wěn)態(tài)。

4 結(jié)論

通過(guò)介紹水質(zhì)單、多因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅指數(shù)評(píng)價(jià)法，并采用其對(duì)2018—2020年期間海寧市洛塘河圩區(qū)水系內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站(如貨運(yùn)中轉(zhuǎn)站、雙喜橋、松木漾橋、由拳橋)的水質(zhì)數(shù)據(jù)(如五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)、總磷(以P計(jì))和高錳酸鹽指數(shù))進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。

(1)根據(jù)單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)法結(jié)果，氨氮和總磷是海寧市洛塘河圩區(qū)水系和主要污染因子。自2018年以來(lái)，各項(xiàng)污染物指標(biāo)總體呈下降趨勢(shì)。圩區(qū)水系氨氮濃度的變化受到季節(jié)因素的顯著影響，氨氮在12月至次年1月期間，夏季6至7月期間的濃度較高；總磷濃度大體從春季開始呈上升趨勢(shì)，到夏季后達(dá)到全年高值，隨后濃度下降，其低值多出現(xiàn)在冬季；高錳酸鹽指數(shù)在2018—2020年均處于較好水質(zhì)水平；圩區(qū)水體水質(zhì)濃度呈現(xiàn)中部城鎮(zhèn)核心城區(qū)域較高、東西部較低的趨勢(shì)。

(2)洛塘河圩區(qū)河網(wǎng)水系部分河段水質(zhì)差，不穩(wěn)定；水生植物少，水體自凈能力弱，外源輸入及水體擾動(dòng)導(dǎo)致污染物處于較高水平，內(nèi)源污染物易釋放；污水零直排效果顯著，但污染仍然存在；區(qū)域生境條件差，濁水狀態(tài)占主導(dǎo)。