降雨事件下洱海北部主要入湖河流污染物特征分析*

聶菊芬 唐 誠(chéng)# 王俊松 郭 豪 王 旭 黃智剛 和 弦 秦 江 楊順濤 李明民

(1.云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院,云南高原湖泊流域污染過(guò)程與管理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明 650034;2.廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院,廣西農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣西 南寧 530004)

過(guò)量化肥投入提高了表層土壤養(yǎng)分富集,雨季暴雨事件的頻繁發(fā)生,加之劇烈的農(nóng)田景觀異質(zhì)性變化,導(dǎo)致徑流攜帶大量氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入河流水系、湖泊等,加劇水體富營(yíng)養(yǎng)化和水質(zhì)退化,造成農(nóng)業(yè)面源污染[1-6]。洱海是云南境內(nèi)僅次于滇池的第二大湖泊,是中國(guó)第七大淡水湖泊。近年來(lái),洱海流域農(nóng)業(yè)墾殖活動(dòng)不斷加強(qiáng),加之該區(qū)域獨(dú)特的氣候特征,雨季暴雨徑流攜帶大量養(yǎng)分入湖,導(dǎo)致水體環(huán)境質(zhì)量下降[7-8],特別是一系列人為活動(dòng)導(dǎo)致的氮素等污染物輸入湖泊河流,造成水體中氮以氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、溶解性有機(jī)氮等多種形式存在,其中硝酸鹽氮是導(dǎo)致水質(zhì)惡化的主要形態(tài)[9-12]。同時(shí)不合理的耕種模式導(dǎo)致護(hù)岸生態(tài)功能脆弱等原因,造成洱海流域面源污染日趨嚴(yán)重,成為洱海生態(tài)環(huán)境治理的重點(diǎn)問(wèn)題[13-14]。

目前針對(duì)洱海流域入湖污染物已進(jìn)行大量研究[15-18]。黃明雨等[19]通過(guò)對(duì)洱海流域20條入湖河流進(jìn)行水質(zhì)、水量監(jiān)測(cè)調(diào)查,闡述了洱海西岸入湖河流水質(zhì)水量特征,估算了入湖污染負(fù)荷。張曉雪等[20]通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)展洱海流域海潮河灣沉積物總氮、總磷和有機(jī)質(zhì)的含量分析與污染評(píng)價(jià),明確了該區(qū)域沉積物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的空間分布,為后續(xù)洱海流域河灣的保護(hù)治理提供了科學(xué)依據(jù)。石宏博等[21]和普燕爽等[22]的研究結(jié)果則表明了降雨徑流攜帶污染物進(jìn)入湖體是洱海流域入湖污染物的主要來(lái)源貢獻(xiàn)。此類(lèi)研究雖然探究了洱海流域部分入湖污染物,估算了入湖污染物負(fù)荷,但針對(duì)次降雨與洱海流域入湖典型污染物的特征和定量污染物入湖負(fù)荷的研究還較匱乏。

北三江流域(羅時(shí)江、彌苴河、永安江流域)作為洱海流域的主要補(bǔ)水流域,該流域內(nèi)農(nóng)田徑流氮磷污染嚴(yán)重,雖然目前環(huán)湖截污工作已完成,但湖體水質(zhì)達(dá)到公眾期待仍有差距。且洱海湖體周?chē)呀ǔ梢欢ㄒ?guī)模的調(diào)蓄帶,枯水期流域內(nèi)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水等幾乎無(wú)法進(jìn)入湖體,只有在降雨豐水期,徑流攜帶一定污染物進(jìn)入洱海,導(dǎo)致洱海水質(zhì)雨季下降[23]。因此,控制雨季主要河道污染物隨水入湖成為洱海水環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵。同時(shí),針對(duì)洱海流域雨季入湖污染物的來(lái)源,可依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別:1)若河流中某污染物主要來(lái)自于點(diǎn)源時(shí),其旱季時(shí)濃度應(yīng)明顯高于雨季時(shí);2)非點(diǎn)源引起的污染為主時(shí),其雨季時(shí)濃度則應(yīng)明顯高于旱季時(shí)。該規(guī)律可用來(lái)對(duì)污染物主要來(lái)自點(diǎn)源還是非點(diǎn)源作基本的判斷,進(jìn)而對(duì)洱海流域雨季污染物來(lái)源做出判斷[24-27]。本研究以洱海流域北三江流域?yàn)檠芯繉?duì)象,在河流入湖口布設(shè)監(jiān)測(cè)設(shè)施,于雨季(7—9月)監(jiān)測(cè)6場(chǎng)降雨事件下的主要入湖污染物,通過(guò)對(duì)洱海北三江降雨徑流污染負(fù)荷輸移變化的研究,闡明上游入湖暴雨徑流負(fù)荷時(shí)空分布特征,評(píng)估入湖負(fù)荷對(duì)北三江入湖水質(zhì)的影響,為洱海的生態(tài)保護(hù)與治理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)位于洱海流域北部區(qū)域的羅時(shí)江(25.940 334 07°N,100.099 945 50°E)、彌苴河(25.921 159 75°N,100.134 488 38°E)和永安江(25.950 394 05°N,100.144 222 27°E),分別在入湖口布設(shè)了監(jiān)測(cè)斷面(見(jiàn)圖1),收集河流基本信息與降雨事件下的入湖污染物特征數(shù)據(jù)。該區(qū)域以種植業(yè)為主,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)基本保持農(nóng)業(yè)、輕工業(yè)、旅游業(yè)等協(xié)調(diào)發(fā)展的模式。研究區(qū)內(nèi)降水量的年際變化較強(qiáng)烈,是由于季風(fēng)活動(dòng)強(qiáng)弱差異和進(jìn)退早遲而造成的。洱海流域年降水量由南向北、由西向東遞減,在流域西部和北部,降水量受地形影響較明顯,隨著高程升高而顯著增大。全年降水量主要集中在5—10月,占全年降水量的84.9%～93.2%,說(shuō)明該時(shí)段降水量較大程度決定了年降水量,每年11月至次年4月降水量?jī)H占全年降水量的6.8%～15.1%,最大月降水量出現(xiàn)在7或8月,最小月降水量出現(xiàn)在12月。洱海流域年降水量年際變化相對(duì)較穩(wěn)定,但呈逐年減少趨勢(shì),并存在豐→枯→豐等多個(gè)循環(huán)交替。

圖1 洱海北三江流域水系圖

1.2 監(jiān)測(cè)斷面設(shè)置

環(huán)湖常規(guī)監(jiān)測(cè)通常只能采集到降雨期間瞬時(shí)水樣,雨季時(shí)由于降雨特征、匯水區(qū)特征和污染物本身性質(zhì)的影響,降雨徑流一次徑流污染過(guò)程中污染物濃度變化范圍較大,且隨機(jī)性強(qiáng),單次采樣難以定量掌握暴雨期間入湖負(fù)荷。為表征徑流污染程度及其對(duì)洱海的影響,通過(guò)實(shí)地現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,依據(jù)匯流面積、河流污染源構(gòu)成、地形地貌、土地利用形式、種植結(jié)構(gòu)等特點(diǎn),綜合考慮北三江空間分異類(lèi)型單元,選擇在河流入湖口設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行暴雨徑流過(guò)程水質(zhì)水量同步監(jiān)測(cè)。表1為北三江3條入湖河流的基本信息。

表1 洱海流域北三江河流基本信息

1.3 監(jiān)測(cè)方法

按照監(jiān)測(cè)布點(diǎn),對(duì)2019年度雨季北三江入湖河流6場(chǎng)降雨徑流水質(zhì)水量過(guò)程調(diào)查觀測(cè)。水樣采集:2019年7—9月共采集到6次降雨事件,如果降雨事件的降雨過(guò)程不超過(guò)6 h,則采樣方式為在每次降雨事件的第0.5、1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 h分別測(cè)定水深、流速并采集水樣,如果降雨過(guò)程超過(guò)6.0 h,前6.0 h采樣方法相同,在6.0 h后每2.0 h分別測(cè)定水深流速并采集水樣;由于流域匯流面積差異,前述采樣時(shí)間步長(zhǎng)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整,原則上水位每上漲5～10 cm采樣,到達(dá)水位峰值后,適當(dāng)延長(zhǎng)采樣間隔,直至回落到采樣前水位。參照《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T 91—2002),監(jiān)測(cè)項(xiàng)目化學(xué)需氧量(COD)、氨氮、硝態(tài)氮、正磷酸鹽、可溶性總氮(TDN)和可溶性總磷(TDP)分別采用重鉻酸鉀法、納氏試劑比色法、紫外分光光度法、鉬銻抗比色法、堿性過(guò)硫酸鉀消解-紫外分光光度法和鉬酸銨分光光度法測(cè)定。

1.4 污染物入湖負(fù)荷

入湖徑流量計(jì)算公式見(jiàn)式(1),污染物入湖負(fù)荷的計(jì)算公式見(jiàn)式(2)。

V=∑viDiWiΔti

(1)

M=∑viDiWiciΔti

(2)

式中:V為單場(chǎng)次降雨入湖徑流量,m3;vi為樣品i監(jiān)測(cè)時(shí)的瞬時(shí)流速,m/s;Di為河流深度,m;Wi為河流寬度,m;Δti為采樣間隔時(shí)間,s;M為單次降雨事件徑流污染物入湖負(fù)荷,g;ci為樣品i在此徑流中的養(yǎng)分質(zhì)量濃度,mg/L。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)用Excel 2016和SPSS 21.0進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 洱海北部北三江降雨與入湖徑流量特征

監(jiān)測(cè)場(chǎng)次降雨情況如表2所示。其中,R3的降雨達(dá)到了暴雨級(jí)別(>50 mm),其余的5場(chǎng)降雨均達(dá)到了大雨級(jí)別(25～50 mm)。R1時(shí),北三江平均降雨時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)為3 003.3 min,雨強(qiáng)也最小,平均為0.53 mm/h。R5時(shí),降雨時(shí)長(zhǎng)平均最短,平均約1 583 mim,平均雨強(qiáng)為1.10 mm/h。R3的降雨時(shí)長(zhǎng)僅次于R1和R6,但平均雨強(qiáng)為6場(chǎng)降雨中最大,達(dá)到了1.33 mm/h。6場(chǎng)降雨北三江入湖總徑流量分別為R3(2 474.3×103m3)>R6(2 059.0×103m3)>R4(1 595.4×103m3)>R5(1 369.4×103m3)>R2(1 165.6×103m3)>R1(371.5×103m3)。6場(chǎng)降雨入湖總徑流量最大的是彌苴河,約占北三江入湖總徑流量的47%。

表2 2019年雨季6場(chǎng)降雨情況

R3降雨時(shí),降雨量為6場(chǎng)降雨事件最大,達(dá)到了50.6 mm,彌苴河入湖徑流量為1 481.0×103m3,是羅時(shí)江和永安江入湖徑流量總和的1.49倍,占此次降雨事件北三江入湖總徑流量的59.9%。除R1降雨事件彌苴河入湖徑流量低于永安江和羅時(shí)江,其余均高于永安江和羅時(shí)江。6場(chǎng)降雨的入湖徑流量與降雨量趨勢(shì)相同,降雨量越大,入湖徑流量越大。北三江入湖徑流量呈現(xiàn)出彌苴河>永安江>羅時(shí)江。

2.2 雨季污染物入湖濃度特征

2019年雨季6場(chǎng)降雨事件下北三江污染物入湖平均質(zhì)量濃度與降雨量見(jiàn)圖2。

圖2 2019年雨季6場(chǎng)降雨事件下北三江污染物入湖平均質(zhì)量濃度與降雨量

硝態(tài)氮和TDN入湖平均濃度總體為彌苴河>羅時(shí)江>永安江,但氨氮只有在9月的兩場(chǎng)降雨R5、R6下是彌苴河>羅時(shí)江>永安江,整體上呈現(xiàn)羅時(shí)江>永安江>彌苴河,且入湖平均濃度最低值為R3的彌苴河。北三江氨氮入湖濃度整體上與降雨量有關(guān),降雨量越大,氨氮入湖濃度越高。在6場(chǎng)降雨過(guò)程中,羅時(shí)江氨氮入湖質(zhì)量濃度為0.23～0.76 mg/L,平均為0.34 mg/L;彌苴河氨氮入湖質(zhì)量濃度為0.10～0.37 mg/L,平均為0.26 mg/L;永安江氨氮入湖質(zhì)量濃度為0.20～0.40 mg/L,平均為0.27 mg/L。3條河流氨氮入湖質(zhì)量濃度加權(quán)平均值均在0.50 mg/L以下。羅時(shí)江硝態(tài)氮入湖質(zhì)量濃度為0.08～0.59 mg/L,平均為0.29 mg/L;彌苴河硝態(tài)氮入湖質(zhì)量濃度為0.03～0.87 mg/L,平均為0.50 mg/L;永安江硝態(tài)氮入湖質(zhì)量濃度為0.01～0.77 mg/L,平均為0.25 mg/L。硝態(tài)氮入湖質(zhì)量濃度加權(quán)平均值均在0.80 mg/L以下。羅時(shí)江TDN入湖質(zhì)量濃度為0.47～1.41 mg/L,平均為0.70 mg/L,最大值出現(xiàn)在R3;彌苴河TDN入湖質(zhì)量濃度為0.43～1.21 mg/L,平均為0.83 mg/L;永安江TDN入湖質(zhì)量濃度為0.41～1.28 mg/L,平均為0.60 mg/L。3條河流TDN入湖平均質(zhì)量濃度均在1.0 mg/L以下。

正磷酸鹽入湖平均濃度為彌苴河>羅時(shí)江>永安江。羅時(shí)江正磷酸鹽入湖質(zhì)量濃度為0.03～0.06 mg/L,平均為0.04 mg/L;彌苴河正磷酸鹽入湖質(zhì)量濃度為0.03～0.07 mg/L,平均為0.05 mg/L;永安江正磷酸鹽入湖質(zhì)量濃度為0.02～0.05 mg/L,平均為0.03 mg/L。3條河流正磷酸鹽均在0.07 mg/L以下。TDP與降雨量關(guān)系不明顯,R2時(shí)北三江TDP入湖平均濃度差異顯著(P<0.05),但其他5場(chǎng)降雨事件則差異不顯著(P>0.05),總體上呈現(xiàn)彌苴河>羅時(shí)江>永安江。羅時(shí)江TDP入湖質(zhì)量濃度為0.05～0.13 mg/L,平均為0.08 mg/L;彌苴河TDP入湖質(zhì)量濃度為0.06～0.21 mg/L,平均為0.10 mg/L;永安江TDP入湖質(zhì)量濃度為0.04～0.09 mg/L,平均為0.06 mg/L。TDP入湖平均濃度均在0.2 mg/L以下。從氮磷指標(biāo)來(lái)看,北三江入湖水質(zhì)均為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的Ⅱ類(lèi)。

除R2外,彌苴河COD入湖平均質(zhì)量濃度均高于20 mg/L;羅時(shí)江則在R1～R4時(shí)均高于20 mg/L;永安江則只有在R1時(shí)高于20 mg/L。6場(chǎng)降雨過(guò)程中,羅時(shí)江COD入湖質(zhì)量濃度為10.31～44.44 mg/L,平均為21.79 mg/L,平均超標(biāo)濃度0.1倍,最大超標(biāo)濃度1.2倍,2019年雨季降雨羅時(shí)江COD為GB 3838—2002中Ⅲ類(lèi);彌苴河COD入湖質(zhì)量濃度為12.44～34.49 mg/L,平均為25.79 mg/L,平均超標(biāo)濃度0.3倍,最大超標(biāo)濃度0.7倍,2019年雨季降雨彌苴河COD為GB 3838—2002中Ⅲ類(lèi);永安江COD入湖質(zhì)量濃度為10.67～28.44 mg/L,平均為16.37 mg/L,平均濃度未超標(biāo)。

綜合來(lái)看,羅時(shí)江、彌苴河R1下COD僅達(dá)到GB 3838—2002中Ⅳ類(lèi),雨季COD入湖平均濃度達(dá)到GB 3838—2002中Ⅲ類(lèi)。說(shuō)明暴雨徑流過(guò)程中還原性物質(zhì)特別是有機(jī)類(lèi)污染物集中入湖的情況較突出,對(duì)洱海水質(zhì)影響較大。永安江COD入湖平均濃度可達(dá)GB 3838—2002中Ⅱ類(lèi)。北三江雨季降雨徑流水質(zhì)狀況較好,硝態(tài)氮、氨氮、TDN、正磷酸鹽和TDP入湖平均濃度均屬于GB 3838—2002中Ⅱ類(lèi)。各降雨事件下污染物入湖平均濃度差異顯著(P<0.05),雨季時(shí)產(chǎn)生的大量降雨徑流及徑流過(guò)程中的污染物濃度波動(dòng),必然在雨季帶來(lái)較大的沖擊負(fù)荷?？刂七€原性物質(zhì)特別是有機(jī)類(lèi)污染物進(jìn)入水體,是提升羅時(shí)江、彌苴河、永安江入湖水質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.3 雨季污染物入湖負(fù)荷

2019年雨季6場(chǎng)降雨事件下北三江污染物入湖負(fù)荷見(jiàn)圖3。羅時(shí)江、彌苴河、永安江氨氮入湖總負(fù)荷分別為676.21、961.43、736.30 kg,彌苴河分別為羅時(shí)江、永安江的1.42、1.31倍,占北三江氨氮入湖總負(fù)荷的40.5%。單次降雨北三江氨氮入湖負(fù)荷順序?yàn)镽3(560.70 kg)>R6(501.21 kg)>R5(424.09 kg)>R4(394.55 kg)>R2(367.14 kg)>R1(126.26 kg),最大入湖負(fù)荷為R6的彌苴河(239.13 kg),占同期北三江氨氮入湖總負(fù)荷的47.7%。

圖3 2019年雨季6場(chǎng)降雨事件下北三江污染物入湖負(fù)荷

硝態(tài)氮入湖負(fù)荷總體呈現(xiàn)出彌苴河>永安江>羅時(shí)江,羅時(shí)江與永安江硝態(tài)氮入湖負(fù)荷差異不顯著(P>0.05),與彌苴河差異顯著(P<0.05)。最大入湖負(fù)荷為R3的彌苴河(1 110.83 kg),占同期北三江硝態(tài)氮入湖總負(fù)荷的75.7%。彌苴河硝態(tài)氮入湖總負(fù)荷為2 638.93 kg,分別為羅時(shí)江、永安江的4.15、3.38倍,占北三江硝態(tài)氮入湖總負(fù)荷的65.0%。

TDN入湖負(fù)荷與硝態(tài)氮趨勢(shì)相同,總體呈現(xiàn)出彌苴河>永安江>羅時(shí)江,羅時(shí)江與永安江入湖TDN負(fù)荷差異不顯著(P>0.05),與彌苴河差異顯著(P<0.05)。最大入湖負(fù)荷為R3的彌苴河(1 403.53 kg),約占同期北三江TDN入湖總負(fù)荷的64%。彌苴河TDN入湖總負(fù)荷為3 859.20 kg,分別為羅時(shí)江、永安江的2.67、2.26倍,占北三江TDN入湖總負(fù)荷的55.0%。

正磷酸鹽入湖負(fù)荷與硝態(tài)氮、TDN趨勢(shì)相同,總體呈現(xiàn)彌苴河>永安江>羅時(shí)江,羅時(shí)江與永安江TDN入湖負(fù)荷差異不顯著(P>0.05),與彌苴河差異顯著(P<0.05)。最大入湖負(fù)荷為R3的彌苴河為83.84 kg,占同期北三江TDN入湖總負(fù)荷的64.9%。彌苴河正磷酸鹽入湖總負(fù)荷為224.38 kg,分別為羅時(shí)江、永安江的2.55、2.36倍,占北三江正磷酸鹽入湖總負(fù)荷的55.0%。

TDP入湖負(fù)荷與正磷酸鹽、硝態(tài)氮、TDN趨勢(shì)相同,總體呈現(xiàn)彌苴河>永安江>羅時(shí)江,羅時(shí)江與永安江TDN入湖負(fù)荷差異不顯著(P>0.05),與彌苴河差異顯著(P<0.05)。最大入湖負(fù)荷為R3的彌苴河(120.68 kg),占同期北三江TDP入湖總負(fù)荷的64.0%;R2時(shí)彌苴河TDP入湖負(fù)荷(118.20 kg)與R3差異不大,但占同期北三江TDP入湖總負(fù)荷的69.2%。彌苴河TDP入湖總負(fù)荷為402.97 kg,分別為羅時(shí)江、永安江的2.44、2.28倍,占北三江TDP入湖總負(fù)荷的54.1%。

羅時(shí)江和永安江的COD入湖負(fù)荷差異不顯著(P>0.05),與彌苴河差異顯著(P<0.05)。最大入湖負(fù)荷出現(xiàn)在R3的彌苴河(42.38 t),分別為同期的羅時(shí)江(9.44 t)、永安江(5.86 t)的4.49、7.23倍,占同期北三江COD入湖總負(fù)荷的73.5%。彌苴河COD入湖總負(fù)荷為108.98 t,分別為羅時(shí)江、永安江的2.78、2.56倍,占北三江COD入湖總負(fù)荷的57.1%。北三江COD入湖負(fù)荷整體呈現(xiàn)彌苴河>羅時(shí)江>永安江。

總體上看,雨季入湖河流暴雨徑流水質(zhì)體現(xiàn)出強(qiáng)烈的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物污染特征,對(duì)洱海水質(zhì)穩(wěn)定保持GB 3838—2002中Ⅱ類(lèi)具有較大影響。根據(jù)流域水資源相關(guān)研究,雨季主要入湖河流徑流量約占全年的84.65%,結(jié)合較高的雨季降雨徑流氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物平均濃度,必然產(chǎn)生較高的營(yíng)養(yǎng)物入湖負(fù)荷。

3 討 論

3.1 典型入湖污染物相關(guān)關(guān)系及其影響因素

TDN、TDP、氨氮、COD之間都存在著不同程度的相關(guān)性,具體見(jiàn)表3至表5。在羅時(shí)江,COD與氨氮呈顯著正相關(guān)、與硝態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。氨氮是硝化反應(yīng)的重要反應(yīng)物,是水體中的主要耗氧污染物。在彌苴河,降雨量與氨氮呈顯著負(fù)相關(guān)、與硝態(tài)氮呈顯著正相關(guān),正磷酸鹽與氨氮呈顯著負(fù)相關(guān)、與硝態(tài)氮呈顯著正相關(guān)。袁紹春等[28]利用SWMM模型對(duì)萬(wàn)州龍寶河片區(qū)的入湖徑流污染物進(jìn)行了探究,結(jié)果表明,低降雨強(qiáng)度下海綿城市設(shè)施可有效緩解徑流污染,但在高強(qiáng)度降雨條件下海綿城市設(shè)施控制徑流污染物入湖的效果隨著降雨強(qiáng)度增加逐漸變差。這說(shuō)明,降雨是影響氮磷等污染物入湖的重要因素。在永安江,COD與硝態(tài)氮呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。這與洱海全流域正在推廣的有機(jī)肥、糞肥替代措施有關(guān)。有機(jī)肥和糞肥施入土壤,增加了土壤中還原性物質(zhì)的含量,導(dǎo)致氮源主要以氨氮為主,降雨后徑流攜帶大量還原性物質(zhì)入湖,導(dǎo)致COD升高。因此,雨季必須控制徑流攜帶污染物入湖。

表3 2019年雨季羅時(shí)江降雨事件降雨量及典型入湖污染物各因子間相關(guān)關(guān)系1)

表4 2019年雨季彌苴河降雨事件降雨量及典型入湖污染物各因子間相關(guān)關(guān)系

表5 2019年雨季永安江降雨事件降雨量及典型入湖污染物各因子間相關(guān)關(guān)系

本研究結(jié)果表明,北三江中入湖徑流量最大的為彌苴河,占北三江2019年雨季入湖徑流水量的47%,氨氮、硝態(tài)氮、TDN、正磷酸鹽、TDP和COD分別占北三江雨季入湖總負(fù)荷的40.5%、65.0%、55.0%、55.0%、54.1%和57.1%。吳文歡[29]在洱海流域的研究表明,北三江流域以44%的入湖徑流量貢獻(xiàn)了洱海流域25%的TDN、21%的TDP和27%的COD。這說(shuō)明在整個(gè)洱海流域尺度上,彌苴河流域是洱海流域徑流與入湖污染物的重要貢獻(xiàn)來(lái)源。彌苴河流域是洱海流域最大的農(nóng)業(yè)種植區(qū),且該地區(qū)土壤侵蝕嚴(yán)重,雨季暴雨徑流極易攜帶污染物入湖。

3.2 北三江污染物特征分析

總體來(lái)看,北三江2019年雨季暴雨徑流水質(zhì)較差,這與項(xiàng)頌等[30]基于2014年北三江監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所得出的結(jié)果一致,但本研究中羅時(shí)江、彌苴河COD屬于GB 3838—2002中Ⅳ類(lèi),與其發(fā)現(xiàn)的COD結(jié)果不同,如上述部分有機(jī)肥的大量使用導(dǎo)致土壤中還原性物質(zhì)增加,從而使流域水體中COD升高,首要污染物從TDN變?yōu)镃OD。楊桐等[31]對(duì)洱海海潮灣流域沉積物污染物的研究結(jié)果表明,海潮河灣75%的區(qū)域存在有機(jī)氮污染,65%的區(qū)域TDP污染達(dá)到中度以上。也說(shuō)明了洱海流域土壤中有機(jī)物質(zhì)超量賦存的情況。而郝文彬等[32]利用Peeper技術(shù)獲取沉積物-水界面溶解性磷垂向分布,并計(jì)算潼湖平塘水庫(kù)磷釋放通量,結(jié)果表明,沉積污染物釋放的磷主要來(lái)源于上覆水,也就是降雨徑流入湖的水。藍(lán)雪春等[33]認(rèn)為水土流失帶來(lái)的面源污染是影響水庫(kù)水質(zhì)的重要因素,面源污染受降雨量的影響,其中總磷流失量受降雨量的影響更大。LI等[34-35]對(duì)那辣流域暴雨事件入河顆粒態(tài)和溶解態(tài)污染物的研究結(jié)果表明,降雨會(huì)驅(qū)動(dòng)徑流攜帶侵蝕泥沙入河,增加入河湖氮磷污染物負(fù)荷,導(dǎo)致水體質(zhì)量下降。本研究也發(fā)現(xiàn),典型降雨事件下有大量的氮磷輸入洱海,說(shuō)明洱海流域目前還是存在著較大的面源污染風(fēng)險(xiǎn)。吳文歡等[36]運(yùn)用氮氧雙同位素對(duì)永安江硝酸根來(lái)源進(jìn)行溯源解析的結(jié)果表明,永安江流域硝酸鹽以農(nóng)業(yè)面源污染來(lái)源為主,其貢獻(xiàn)比例與河流流經(jīng)村落位置及土地利用類(lèi)型有關(guān)。王剛等[37]通過(guò)MixSIAR穩(wěn)定同位素模型,解析了飛云江流域不同區(qū)域硝酸鹽氮來(lái)源及其貢獻(xiàn),結(jié)果表明,飛云江流域上游地區(qū)農(nóng)業(yè)種植導(dǎo)致的土壤和耕地侵蝕以及中下游人類(lèi)活動(dòng)等是入河硝酸鹽的主要來(lái)源。以上研究與本研究結(jié)果相似,雨季是污染物入湖的最主要時(shí)期,雨季大量的污染物入湖導(dǎo)致了入湖口水體質(zhì)量下降。這可能是因?yàn)槎Ａ饔蚓哂歇?dú)特的氣候和農(nóng)業(yè)墾殖特征以及人為活動(dòng)所致,其具有降雨量大、雨季集中、河流沿程較短、泥沙以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向洱海遷移過(guò)程較短等特征。相較于洱海西岸,洱海北三江流域人口密度低,沿岸農(nóng)地、城市用地分散,林地較低,降雨后易發(fā)生侵蝕,且洱海西岸有蔬菜種植,墾殖強(qiáng)度較高,同時(shí)大理古城也坐落于西岸流域,污染源排放不隨雨旱季變化,因此洱海北三江流域在雨季時(shí)污染物入湖量大,導(dǎo)致湖口水體質(zhì)量下降,而海西片區(qū)則是旱季明顯高于雨季。季寧寧等[38]對(duì)洱海流域懸浮顆粒物有機(jī)碳氮同位素來(lái)源特征的研究結(jié)果表明,懸浮顆粒物有機(jī)碳來(lái)源旱季以陸源C3植物為主轉(zhuǎn)變?yōu)橛昙疽愿∮沃参餅橹?43.3%±6.1%),氮來(lái)源旱季以陸源植物為主轉(zhuǎn)變?yōu)橛昙疽运?、浮游植物為主。在雨季徑流攜帶大量養(yǎng)分入湖使水體養(yǎng)分濃度升高,藻類(lèi)等水生植物急劇增加導(dǎo)致水體環(huán)境質(zhì)量下降。同時(shí),藻類(lèi)等水生植物的生長(zhǎng)快速消耗了水中的溶解氧,導(dǎo)致水中還原性物質(zhì)增加,從而導(dǎo)致COD升高。李昆明等[39]對(duì)右江東筍斷面溶解氧監(jiān)測(cè)顯示,夏季高溫會(huì)限制水體中溶解氧上線,也會(huì)導(dǎo)致水中還原性物質(zhì)增加。這說(shuō)明,北三江流域的主要污染物入湖含量偏高,有易產(chǎn)生藍(lán)藻水華的風(fēng)險(xiǎn),不可忽視[40]。因此,雨季控制徑流攜帶污染物入湖,減少還原性物質(zhì)進(jìn)入水體,增加水體中溶解氧含量,對(duì)防控雨季羅時(shí)江、彌苴河水質(zhì)下降具有重要意義。

4 結(jié) 論

1) 2019年雨季洱海流域北三江氨氮、硝態(tài)氮、TDN、正磷酸鹽和TDP入湖平均濃度達(dá)到GB 3838—2002中Ⅱ類(lèi)。其中,R1下羅時(shí)江和彌苴河因COD超標(biāo)水質(zhì)為Ⅳ類(lèi)。降雨條件下還原性物質(zhì)特別是有機(jī)類(lèi)污染物集中入湖,導(dǎo)致羅時(shí)江、彌苴河水質(zhì)下降,需要引起足夠重視。

2) 彌苴河是北三江徑流與污染物入湖的重要貢獻(xiàn),雨季入湖徑流量約占北三江入湖總徑流量的47%;氨氮、硝態(tài)氮、TDN、正磷酸鹽、TDP和COD入湖負(fù)荷分別占北三江入湖總負(fù)荷的40.5%、65.0%、55.0%、55.0%、54.1%和57.1%。

3) 雨季TDN、TDP、氨氮、COD之間都存在著不同程度的相關(guān)性。降雨是影響氮磷、還原性物質(zhì)等污染物入湖的主要因素。因此,雨季控制徑流攜帶污染物入湖,減少還原性物質(zhì)進(jìn)入水體,對(duì)防控雨季洱海流域北三江水質(zhì)下降具有重要意義。