邯鄲趙苑公園水體水質分析及其可持續發展研究

周保華，齊 翔，王 玲，田在鋒

(1.河北科技大學環境科學與工程學院，河北石家莊 050018;2.河北省環境科學研究院，河北石家莊 050031)

邯鄲趙苑公園位于邯鄲市西北部，占地1.4 km2，公園內有湖略呈弓形，弓背向東北，長約1.6 km，東西最寬處81 m，南北最寬處96 m，平均水深0.73 m，水面面積0.048 km2。該公園內湖水來自邯鄲市西污水處理廠二級處理出水，經湖體溢流后進入沁河，而后匯入滏陽河。污水處理廠二級處理出水含有大量植物性營養物質(氮、磷)和活性微生物，而城市景觀水體在富含營養物質和活性微生物的條件下極易發生富營養化。因此，公園水體的水質直接影響其景觀功能，而且對滏陽河水質亦有重要影響。

1 趙苑公園水質現狀分析

1.1 公園水體概況

公園水體的補給水源主要來自邯鄲市西污水處理廠出水及雨水。邯鄲市西污水處理廠每天處理水量約7.5萬m3，出水分2部分，位置關系如圖1所示，一部分向北排入北環北側的輸元河，另一部分通過一條直徑為500 mm的取水管道排入趙苑公園，每天3萬m3。西污水處理廠已經完成升級改造，該廠設計出水執行國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)中的一級A標準。

為進一步明確水體水質，將公園整個水體分為A，B，C，D，E，F 6個研究區域，如圖2所示。A區處于趙苑公園水體進水區，在有進水時水流湍急，水質感官較好;B區有一系列跌水，從開始跌水到結束，海拔降低約5 m，曝氣效果明顯;C區包含一片突然開闊處;D區水域開闊平緩，游人較多;E區接近出水口。A區到E區整體呈串聯式，F區是C區通過一個聯通管分流向北的一片水域。表1為公園湖水各區域概況。

1.2 水質監測內容與方法

由于污水處理廠日排水量穩定，在2012—2013年不同季節，對6個研究區域設置6個采樣斷面，每個采樣斷面多點采樣等量混合。根據地表水環境質量標準(GB 3838—2002)［1］和城市污水再生利用景觀環境用水水質標準(GB/T 18921—2002)［2］對各區域斷面混合水樣的pH值、溶解氧(DO)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮、化學需氧量(CODCr)等指標進行了監測，監測方法及儀器嚴格參照國家標準［3］。各區域水質監測結果見圖3－圖8。

圖1 邯鄲市西污水處理廠出水分布Fig.1 Effluent distribution of Handan City west wastewater treatment plant

圖2 趙苑公園水體分布Fig.2 Water distribution of Zhaoyuan Park

1.3 水質特征結果分析

1.3.1 pH值變化特征

由圖3可以看出，各區域pH值普遍呈堿性，離進水口較近的A，B區域在各季節都接近中性。C，D，E 3個區域在各季節pH值都高于其他3個區域，原因是在這3個區域內生長有大量的水生植物，水中植物的光合作用使水里的CO2減少，pH值升高。

1.3.2 溶解氧變化特征

由圖4可以看出，D，E，F區域在春、夏、秋季溶解氧指標明顯高于A，B，C 3個區域，主要是由于D，E，F區域水面開闊，水流平緩，日照充足，水生生物生命活動增強會導致溶解氧升高，而且夏、秋季節汛期雨量多，易將氧氣帶入水中，冬季水中植物腐爛消耗一定量的氧氣。

圖3 不同季節各區域水體pH值Fig.3 pH value of the water in different hydrological seasons

圖4 不同季節各水體區域溶解氧值Fig.4 DO of the water in different hydrological seasons

1.3.3 CODCr變化特征

地表水化學需氧量(CODCr)Ⅴ類水體限值為不高于40 mg/L［1］。由圖5表明，冬季和春季CODCr含量高，除冬季的F區域外，均超過地表水Ⅴ類限值。污水處理廠在春季初步完成一級A升級改造，水質不穩定，導致春季各區域CODCr普遍較高。冬季F區域的CODCr含量最低，該區經過暗道分流緩沖水流波動較小，水體停留時間較長，冬季時較其他區域光照更充足，更適宜水中微生物及浮游生物繁殖，進而對污染物有了更徹底地降解。夏、秋季各采樣點CODCr指標明顯好于其他2個季節，主要是由于豐水期有雨水不斷補充水體，水體流動性加強，另外水生植物也發揮了較好的水質凈化作用。

圖5 不同季節各水體區域CODCr值Fig.5 CODCrof the water in different hydrological seasons

1.3.4 總磷變化特征

觀賞性景觀環境用水的總磷(TP)限值為不高于0.5 mg/L［2］，由圖6可以看出，公園水體在冬季(除A區域外)及春季(C，D，E區域)總磷含量都超標，而夏、秋季的總磷含量較低。冬季在E，F區域總磷超標最嚴重。藻類死亡后的生物殘體及有機物被微生物氧化分解為磷酸鹽，這一過程中會消耗水中的溶解氧，也加速了底泥中的磷釋放。

圖6 不同季節各水體區域總磷值Fig.6 TP of the water in different hydrological seasons

1.3.5 總氮變化特征

觀賞性景觀環境用水的 TN限值為不高于15.0 mg/L［2］。由圖7可以看出，各采樣區域在春、秋季的總氮含量都達標，冬季由于污水處理廠出水水質較差導致總氮含量明顯超標，而在接近進水口的A，B區域，其總氮含量比其他區域更高。夏季草坪中的含氮肥料易被雨水沖刷進入水體，從而導致總氮含量較高。

圖7 不同季節各水體區域總氮值Fig.7 TN of the water in different hydrological seasons

1.3.6 氨氮變化特征

觀賞性景觀環境用水的氨氮限值為不高于5.0 mg/L［2］。由圖8可以看出，各區域的氨氮含量在冬、夏季基本都在10 mg/L以上。夏季溫度較高，水生生物代謝旺盛，所排泄的廢物增多，致使氨的數量超過了水生植物的利用極限，導致氨氮在水體中的累積。冬季進水氨氮較高，加上水生植物枯萎、死亡引起植物體內氮的釋放作用，導致了冬季氨氮含量偏高。

圖8 不同季節各水體區域氨氮值Fig.8 Ammonia of the water in different hydrological seasons

1.4 公園水體富營養化現狀

富營養化是湖泊、水庫、河口、海灣等緩流水體中氮、磷等營養物質的含量超過一定界限，在光照和水溫又比較合適的條件下，引起藻類以及其他水生生物異常繁殖，從而導致水質惡化的現象。湖泊富營養化可劃分為4種類型:貧營養型、中營養型、富營養型和重富營養型［4］。

評分法是在分析國內外湖泊富營養化評價方法的基礎上，結合中國湖泊實際提出的采用評分的方法來評定湖泊水質營養狀況的方法［5］。其評價表達式為

式(1)中:M為湖泊營養化評分值;Mi為評價參數的評分值;n為評價參數的個數。

為了調查研究公園水體富營養化現狀，從2012—2013年對公園水體在不同季節作了富營養化現狀評價，將各測點全年不同項目的監測數據平均值根據表2提供的評價標準，在0～100的范圍內，分別賦予相應的評分值，然后把不同項目的得分利用評分公式得出評分值，即該測點的營養狀況［6-9］。富營養化綜合評分值見表3，總評分值越高，說明湖泊富營養化程度越高。

表2 湖泊營養程度評分值評價標準Tab.2 Evaluation standard of nutrient degree score value for lake

表3 富營養化綜合評分值Tab.3 Eutrophication comprehensive values score

從評價結果來看，試驗期內，趙苑公園水體全年總體的營養狀態為輕度富營養化，其變化有一定的季節性規律，冬、夏兩季指標數值上升，呈中度富營養化，春、秋兩季指標數值下降，為輕度富營養化，夏季水體為全年富營養化水平最高的季節。葉綠素a和總氮是造成夏、秋季節水體富營養化的主要因子，總氮是造成春、冬季水體富營養化的主要因子。

1.5 結果討論分析

如前所述，公園水體進水是通過一條直徑500 mm的取水管道流入趙苑公園，布水明顯不均勻，水深較淺，水力停留時間過短，拐彎較多，導致水勢逐漸減緩，存在水體難以流動的死區。由以上分析可以看出，離進水口較近的A，B區水域水質受污水處理廠出水影響很大，且兩岸栽種有大量喬木、灌木，生長茂密，導致水體光照不足，不利于水生生物的生命活動，污染物得不到及時生物降解。

C區和D區屬于公園水體開闊部分，在冬季及春季水質較其他區域更差，這是由于公園水上游玩設施設于該區域，游船及垂釣等活動帶來的旅游垃圾也給水體造成了污染。D區水生植物稀少，并且存在水生植物類型單一的問題。

F區是C區通過暗道分流向北的一片水域，水力停留時間較長，水質相對較好。

對比連接進水口的A區與出水口的E區的水質，總磷、CODCr在不同季節均有不同程度的升高，而且水體在全年均呈現富營養化。公園內現有狀況表明，水生植物吸附、跌水曝氣及水體自凈作用均未得到充分發揮，水質不斷惡化，所以急需一套有效的改造與建設方案，以實現公園水體水質的改善與可持續發展。

2 可持續發展對策

趙苑公園景觀水體水質變差、富營養化的現象日趨嚴重，不但沒有形成對現代城市生態環境的調節改善作用，還使其景觀功能喪失，甚至嚴重影響到了下游滏陽河水體的水質。為重新體現公園景觀水體的生態功能和景觀價值，實現可持續發展，在控制污水處理廠出水水質的基礎上，景觀水體生態環境的改造與管理也十分重要。結合趙苑公園水體不同區域的實際情況，應從以下幾方面著手。

2.1 加強水質及污染源監控

水污染及富營養化防治工作是一項涉及面廣、綜合性強、周期長的系統工程。必須建立和完善滏陽河流域景觀公園水污染防治管理體系，建立水質污染和富營養化預警系統。完善水環境監控系統，重點對主要污染源水質進行監控，嚴格把關污水處理廠出水水質的達標率，優化現有污水處理廠的處理工藝，提高處理能力和處理效果。進一步為水體污染綜合防治提供具有預見性、科學性、經濟性和有效性的決策依據［10］。

2.2 底泥疏浚

在當前條件下，由于沉積物中營養鹽內負荷的存在和釋放，湖泊已發生富營養化，這時底泥中的營養鹽就成為湖泊富營養化的主導因子。對于缺乏底泥疏浚工程的趙苑公園水體，今后應當加強對水底淤泥及腐敗植物的清除，對要疏浚的面積、位置、厚度及對水體生態的影響進行研究和全面的統籌規劃，清除污染水體的內源，減少底泥污染物向水體釋放，進而遏制水體富營養化的現狀［11］。

2.3 結構改造

公園進水是通過一條直徑為500 mm的水管直排進入的，布水極不均勻，導致部分區域水體長時間不流動，水質變差。進水系統應盡量保證配水的均勻性，可采用多孔管或三角堰等。另外，各區域連通部分可通過閥門或閘板調節，并采取溢流、分流等措施應對突發性的流量變化，為水質的改善提供保證。

接近進水口的A區與B區水面較窄，水深較淺，水力停留時間短，微生物無法正常生長。應考慮充分利用此區域結構，增加水深，去除岸邊過多遮光灌木枝，增設人工噴泉等曝氣設施，增加水中溶解氧，有效去除水中無機污染物及難降解的有機污染物。

2.4 水生植物配置

經過調研，公園普遍存在水生植物單一的問題，大部分是人工養殖的睡蓮及人工浮島幼苗，不能很好地發揮改善水質的作用，還可能產生二次污染，導致水體溶解氧、透明度降低，氮、磷升高，加重水體富營養化。許多研究表明多種植物組合比單種植物能更好地對水體凈化。微型生物群落的變化會直接影響植物對水體的凈化率，當多種植物搭配使用時就有利于植物間的取長補短，保持較為穩定的凈化效果;多種植物的組合具有合理的物種多樣性，從而更容易保持長期的穩定性，而且也會減少病蟲害。因此在公園水體中需要種植不同生活型的水生植物，加強水體對外來污染沖擊的緩沖能力［12-13］，加強水質凈化效果。但要綜合考慮成本和由此造成的生態影響。

3 結語

通過對各項水質指標的監測分析，趙苑公園水體未達到《地表水環境質量標準》一般景觀水域Ⅴ類標準限值，CODCr、總氮、氨氮為公園內污染較為嚴重的3個水質因子。公園水體呈中度富營養化。

景觀水體水質污染的特征決定了難于直接運用污水治理技術進行深度處理，經過對趙苑公園生態環境的整體改造與建設，實現對景觀水體水質的改善與穩定作用，有望使公園各區域水質達到城市污水再生利用景觀環境用水水質標準(GB/T 18921—2002)［2］中湖泊類限值，使公園出水達到地表水環境質量標準(GB 3838—2002)Ⅴ類限值［1］。同時在景觀水體上構筑一條美麗的風景，有效節省景觀水體水質處理成本。

/References:

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GB 3838—2002，The Surface Water Environment Quality Standards［S］.

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