基于閘控管理的城市內(nèi)河水體富營(yíng)養(yǎng)化特征

葉琳琳,劉 波,張 民,南旭軍,李冬明

(1.南通大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,江蘇南通 226000;2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,江蘇南京 210008; 3.南通市節(jié)制閘管理所,江蘇南通 226000)

基于閘控管理的城市內(nèi)河水體富營(yíng)養(yǎng)化特征

葉琳琳1,劉 波1,張 民2,南旭軍1,李冬明3

(1.南通大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,江蘇南通 226000;2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,江蘇南京 210008; 3.南通市節(jié)制閘管理所,江蘇南通 226000)

分別于2013年夏季在江蘇省南通市節(jié)制閘引水期、引水后與引水前采集不同級(jí)別城市河道水樣,研究基于閘控管理的城市河網(wǎng)水體中TN、TP、Chl-a和CODMn的分布特征,并運(yùn)用綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化級(jí)別進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,一級(jí)河道通呂運(yùn)河引水后營(yíng)養(yǎng)級(jí)別降低,引水對(duì)緩解通呂運(yùn)河富營(yíng)養(yǎng)化程度具有一定作用；二級(jí)河道通甲河富營(yíng)養(yǎng)級(jí)別顯著高于通呂運(yùn)河(n=3,p= 0.003),通甲河在引水期、引水后與引水前水體都屬于重度富營(yíng)養(yǎng)級(jí)別,由于同時(shí)受長(zhǎng)江、通呂運(yùn)河和海港引河等多水系來(lái)水影響,引水后,雖然綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)有降低趨勢(shì),但所屬營(yíng)養(yǎng)級(jí)別沒(méi)有改變；三級(jí)河道郭里頭河營(yíng)養(yǎng)級(jí)別顯著高于通呂運(yùn)河(n=3,p=0.02),但與通甲河沒(méi)有顯著差異(n= 3,p=0.095),引水后,郭里頭河營(yíng)養(yǎng)級(jí)別降為中營(yíng)養(yǎng),主要是因?yàn)殚L(zhǎng)江來(lái)水量大,水體交換率高；環(huán)城景觀河濠河屬于輕度富營(yíng)養(yǎng),在引水后綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)達(dá)到最大,可能與其水系格局復(fù)雜有關(guān)。

平原河網(wǎng)；城市內(nèi)河；閘門(mén)控制；富營(yíng)養(yǎng)化；綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法

作為世界性的水環(huán)境問(wèn)題,水體富營(yíng)養(yǎng)化在我國(guó)尤為嚴(yán)重。但目前研究對(duì)象多以海洋、湖泊和水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題為主[1-3],而針對(duì)人口密度高的城市河網(wǎng)富營(yíng)養(yǎng)化研究尚不多見(jiàn)。城市河道多為小型水體,易受外界各種人為因素干擾,尚未建立循環(huán)良好的水體生態(tài)系統(tǒng),缺乏自凈和自維持的能力[4]。閘門(mén)控制(以下簡(jiǎn)稱閘控)是平原河網(wǎng)區(qū)水資源調(diào)度與管理的一種普遍手段,通過(guò)閘控科學(xué)調(diào)度水資源進(jìn)行引清沖污,不僅可以補(bǔ)給河道水量,提高河道水環(huán)境自凈能力,而且還可使污染物得到稀釋,在短期內(nèi)水質(zhì)得到明顯改善[5-7]。郭海峰[8]研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)設(shè)于大運(yùn)河入江口的諫壁閘調(diào)引江水,對(duì)大運(yùn)河鎮(zhèn)江段水質(zhì)具有明顯改善作用。周俊等[9]研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)閘控進(jìn)行引水沖污,降低了武漢東湖的磷污染程度?？梢?jiàn),開(kāi)展基于閘控管理模式下城市內(nèi)河水體富營(yíng)養(yǎng)化特征的研究,研究結(jié)果對(duì)科學(xué)調(diào)度水閘、改善城市河道水環(huán)境狀況具有一定指導(dǎo)意義。

在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的長(zhǎng)江三角洲流域開(kāi)展城市河道富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查研究,預(yù)防河道大面積水華暴發(fā),對(duì)于開(kāi)發(fā)與保護(hù)長(zhǎng)江流域水資源具有重要戰(zhàn)略意義。杜霞等[10]運(yùn)用了綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法對(duì)上海市農(nóng)村典型河道水體的富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)行了評(píng)價(jià)。筆者選取南通市一級(jí)河道通呂運(yùn)河、二級(jí)河道通甲河、三級(jí)河道郭里頭河和環(huán)城景觀河道濠河為研究對(duì)象,運(yùn)用綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法對(duì)南通市閘控型河網(wǎng)水體富營(yíng)養(yǎng)特征進(jìn)行研究,并對(duì)引水期、引水后與引水前水體綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)進(jìn)行比較,探討引水沖污是否對(duì)緩解城市河道水體富營(yíng)養(yǎng)具有顯著影響,以期能為南通城市水資源調(diào)度管理以及后續(xù)研究生源要素在平原感潮河網(wǎng)地區(qū)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律提供重要參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

南通市地處江蘇省東南部,位于長(zhǎng)江下游北岸(31°41憶06″～32°42憶44″N,120°11憶47″～121°54憶33″E),東瀕黃海,南倚長(zhǎng)江,河網(wǎng)交錯(cuò)水系縱橫,屬于典型的平原感潮河網(wǎng)地區(qū)。近年來(lái),由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,部分污染企業(yè)密集,導(dǎo)致南通市河道水環(huán)境質(zhì)量迅速惡化,嚴(yán)重威脅長(zhǎng)江水質(zhì)安全[11]。節(jié)制閘位于南通市通呂運(yùn)河上,距入江口2 km。節(jié)制閘控制的內(nèi)河正常水位為2.4 m,正常天氣下,內(nèi)河水位低于2.6 m,每潮必引。大潮引水充分利用長(zhǎng)江潮汐的潮差變化,通過(guò)自留引水改善主城區(qū)水環(huán)境質(zhì)量。在農(nóng)歷每月月初和月半的潮汛期,利用2～3個(gè)大潮,首先將潮水通過(guò)節(jié)制閘引入一級(jí)河道通呂運(yùn)河,抬高通呂運(yùn)河水位,并通過(guò)自流進(jìn)入城區(qū),然后在長(zhǎng)江低潮時(shí),利用市區(qū)幾條主要的二級(jí)河道與長(zhǎng)江之間的水位差,將城市的污染水體排入長(zhǎng)江,完成換水過(guò)程。但汛期通過(guò)調(diào)度沿江涵閘引水的同時(shí),部分沿海涵閘并未打開(kāi)排水,致使部分河道水體沒(méi)有充分流動(dòng)起來(lái),水體復(fù)氧能力差。而在非引排水期間,節(jié)制閘處于關(guān)閉狀態(tài),將內(nèi)河水體與長(zhǎng)江隔離,形成了近乎封閉的水體[12]。

1.2 采樣點(diǎn)設(shè)置

分別于2013年7月18日(引水期)、7月24日(引水后)和8月5日(引水前)在南通市河道開(kāi)展表層水樣的采集。通呂運(yùn)河是江蘇著名的通航運(yùn)河、南通第一運(yùn)河,西寬東窄,西起長(zhǎng)江,由西向東依次流經(jīng)南通主城區(qū)、通州區(qū)、海門(mén)市、啟東市,最終流入黃海。在一級(jí)河道通呂運(yùn)河設(shè)置3個(gè)采樣斷面,按水流方向分別為節(jié)制閘內(nèi)1號(hào)、北城大橋2號(hào)、崇川大橋3號(hào),每個(gè)斷面設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn)。二級(jí)河道通甲河設(shè)置3個(gè)采樣點(diǎn),按水流方向分別為龍王橋4號(hào)、法倫寺橋5號(hào)、通海交匯處6號(hào)。三級(jí)河道郭里頭河設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn),按水流方向分別為郭里頭橋7號(hào)、新生橋8號(hào)、濠濱花園東門(mén)9號(hào)、郭里園新村10號(hào)。在濠河設(shè)置9個(gè)采樣點(diǎn),分別為北濠橋中11號(hào)、城隍廟12號(hào)、珠算博物館13號(hào)、和平橋14號(hào)、文化宮橋15號(hào)、怡橋16號(hào)、長(zhǎng)橋17號(hào)、友誼橋18號(hào)和新城橋19號(hào)(圖1)。

圖1 研究區(qū)域水系圖及采樣點(diǎn)設(shè)置

1.3 指標(biāo)分析方法

TN采用過(guò)硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測(cè)定, TP采用過(guò)硫酸鉀氧化-鉬酸銨分光光度法測(cè)定, Chl-a采用乙醇萃取分光光度法測(cè)定,CODMn采用酸性高錳酸鉀法測(cè)定[13]。

1.4 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

筆者選取綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)南通城市河道水體富營(yíng)養(yǎng)化程度[14-15]。綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式為

式中：ITL(∑)為綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù);Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重;ITL(j)為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

以Chl-a作為基準(zhǔn)參數(shù),則第j種參數(shù)的歸一化相關(guān)權(quán)重計(jì)算公式為：

式中：rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chl-a的相關(guān)系數(shù)。

本研究使用SPSS17.0軟件對(duì)兩獨(dú)立樣本進(jìn)行t檢驗(yàn),分析不同級(jí)別河道營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)是否具有顯著差異。

1.5 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

由于目前還沒(méi)有建立城市河道富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系,因此筆者根據(jù)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[14],對(duì)南通市河網(wǎng)水體的富營(yíng)養(yǎng)化水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)小于30為貧營(yíng)養(yǎng)級(jí)別,30～50為中營(yíng)養(yǎng),大于50為富營(yíng)養(yǎng),50～60為輕度富營(yíng)養(yǎng),60～70為中度富營(yíng)養(yǎng),大于70為重度富營(yíng)養(yǎng)。

2 研究結(jié)果

2.1 通呂運(yùn)河

通呂運(yùn)河ρ(TN)均值變化范圍為2.93～3.25 mg/L,ρ(TP)均值變化范圍為0.82～1.03 mg/L, ρ(Chl-a)均值為6.51～7.44 μg/L,ρ(CODMn)均值為3.36～3.51 mg/L(圖2)。引水期、引水后與引水前,通呂運(yùn)河綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別為51.83、45.87和50.58,分別屬于輕度富營(yíng)養(yǎng)、中營(yíng)養(yǎng)和輕度富營(yíng)養(yǎng)。

2.2 通甲河

通甲河ρ(TN)均值變化范圍為4.68～8.76mg/L, ρ(TP)均值變化范圍為1.06～2.43 mg/L,ρ(Chl-a)均值變化范圍為12.09～39.72 μg/L,ρ(CODMn)均值變化范圍為3.88～15.15 mg/L(圖3)。通甲河引水后,ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(Chl-a)和ρ(CODMn)都是先減小后增大。引水期、引水后和引水前,通甲河水體綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別為73.74、71.04,74.91,都屬于重度富營(yíng)養(yǎng)。通甲河富營(yíng)養(yǎng)級(jí)別顯著高于通呂運(yùn)河(n=3,p=0.003)。

2.3 郭里頭河

郭里頭河的ρ(TN)均值變化范圍為4.06～4.67 mg/L,ρ(TP)均值變化范圍為1.07～1.37 mg/L, ρ(Chl-a)均值變化范圍為9.07～21.28 μg/L, ρ(CODMn)均值變化范圍為4.25～5.91 mg/L (圖4)。引水期、引水后和引水前,綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別為71.51,59.06和64.35,分別對(duì)應(yīng)重度富營(yíng)養(yǎng)、輕度富營(yíng)養(yǎng)和輕度富營(yíng)養(yǎng)。從引水期到引水后, ρ(Chl-a)和ρ(CODMn)逐漸升高。引水前,4個(gè)采樣點(diǎn)ρ(Chl-a)均超過(guò)10μg/L,特別是濠濱花園東門(mén)的ρ(Chl-a)高達(dá)51.62 μg/L。郭里頭營(yíng)養(yǎng)級(jí)別顯著高于通呂運(yùn)河(n=3,p=0.018),但與通甲河營(yíng)養(yǎng)級(jí)別沒(méi)有顯著差異(n=3,p=0.095)。

圖2 通呂運(yùn)河污染物質(zhì)量濃度的時(shí)空變化

圖3 通甲河污染物質(zhì)量濃度的時(shí)空變化

2.4 濠河

濠河中的ρ(TN)均值變化范圍為3.04～3.34 mg/L,ρ(TP)均值變化范圍為1.00～1.06 mg/L, ρ(Chl-a)均值為9.30～11.47 μg/L,ρ(CODMn)均值為3.87～4.69 mg/L(圖5)。引水期、引水后和引水前,綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)分別為50.06、57.80和50.59,都屬于輕度富營(yíng)養(yǎng)。在引水期,文化宮橋的ρ(TN)在所有采樣點(diǎn)中最高,達(dá)到4.09 mg/L。引水前,除珠算博物館外,其他采樣點(diǎn)的ρ(Chl-a)均超過(guò)10 μg/L。引水前,珠算博物館ρ(CODMn)達(dá)到7.18 mg/L。

3 討論

3.1 閘控管理模式下城市內(nèi)河富營(yíng)養(yǎng)化狀況

長(zhǎng)江三角洲是中國(guó)河網(wǎng)最密集的地區(qū)之一,在快速的城市化進(jìn)程中,該流域的水環(huán)境質(zhì)量不容樂(lè)觀。太湖流域杭嘉湖平原河網(wǎng)區(qū)[16],溫瑞塘河地區(qū)[17]以及崇明島河網(wǎng)[18]水體的富營(yíng)養(yǎng)化相當(dāng)嚴(yán)重。本研究發(fā)現(xiàn),南通市不同級(jí)別的城市內(nèi)河在閘控管理模式下,其水體富營(yíng)養(yǎng)化特征存在一定差異。通呂運(yùn)河在引水期和引水前都屬于輕度富營(yíng)養(yǎng),引水后營(yíng)養(yǎng)級(jí)別降低,表明引水對(duì)緩解通呂運(yùn)河富營(yíng)養(yǎng)化程度具有一定作用。通呂運(yùn)河TP和Chl-a的質(zhì)量濃度在引水后達(dá)到最低值,表明引水可以緩解磷污染。這可能是因?yàn)橐患?jí)河道流速相對(duì)較快,有利于磷的自凈和轉(zhuǎn)移[19]。此外,TP質(zhì)量濃度和Chl-a質(zhì)量濃度的變化趨勢(shì)一致,表明藻類生長(zhǎng)可能受到磷元素限制,這與阮曉紅等[20]在蘇州平原河網(wǎng)區(qū)的研究規(guī)律一致。但引水沒(méi)有引起通呂運(yùn)河TN質(zhì)量濃度的降低,這可能與長(zhǎng)江水體中TN背景質(zhì)量濃度較高有關(guān)[21]。張穎純等[18]在崇明島研究發(fā)現(xiàn),閘控型河網(wǎng)在從長(zhǎng)江引水后,TN質(zhì)量濃度明顯升高。此外,研究結(jié)果表明引水前3個(gè)采樣點(diǎn)中TP質(zhì)量濃度較引水后有增加的趨勢(shì)(n=3,p=0.07),可能是因?yàn)橐八w一直處于淹水狀態(tài),水體中溶解氧含量較低,導(dǎo)致沉積物中磷的釋放[22-23]。

通甲河屬于重度富營(yíng)養(yǎng)化,水體中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(Chl-a)和ρ(CODMn)在引水后都達(dá)到最低值。通過(guò)觀察引水前后河流水深的變化情況,發(fā)現(xiàn)引水后水深約增加1/3,約占河流流量的30%左右,而其ρ(TN)在引水前后有3 mg/L的變化。和水量的變化相比較而言,引水可以降低水體中ρ(TN)。同理,引水后水體中ρ(TP)降低,也是由于引水所導(dǎo)致的稀釋作用。但是通甲河引水后,雖然綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)減小,但所屬營(yíng)養(yǎng)級(jí)別沒(méi)有改變,這可能是因?yàn)槌龔拈L(zhǎng)江引水外,海港引河也是其重要來(lái)水體系。海港引河北起通呂運(yùn)河口,在西南經(jīng)狼山港務(wù)公司內(nèi)小姚港閘入長(zhǎng)江,為人工開(kāi)挖的二級(jí)河道。由于河道兩岸居民較多,沿河垃圾隨意傾倒的現(xiàn)象一直沒(méi)有得到有效遏制,導(dǎo)致水環(huán)境較差。因此,在引水過(guò)程中,從海港引河的來(lái)水在一定程度上加劇了通甲河的水體污染。

圖4 郭里頭河污染物質(zhì)量濃度的時(shí)空變化

圖5 濠河污染物質(zhì)量濃度的時(shí)空變化

郭里頭河是貫穿南通市區(qū)東部和北部的一條主要河道,屬于三級(jí)河道,位于郭里園新村附近。大量生活污水的排入,再加上引排水不暢和引排能力弱,導(dǎo)致郭里頭河富營(yíng)養(yǎng)化較為嚴(yán)重。在3次采樣過(guò)程中,郭里頭河的ρ(TN)值是先增加再減小,而其ρ(TP)值是先較小后增加,表明氮磷變化特征不一致。有研究發(fā)現(xiàn),在北運(yùn)河下游典型河網(wǎng)區(qū)水體中氮磷的時(shí)間變化趨勢(shì)也存在差異性[24]。這可能是因?yàn)橛绊懙谞I(yíng)養(yǎng)鹽變化的因素較多,如地表徑流、浮游植物吸收,以及微生物的降解等[18,25]。此外,郭里頭河引水后,有效緩解了水體富營(yíng)養(yǎng)化級(jí)別,營(yíng)養(yǎng)級(jí)別降為中營(yíng)養(yǎng),這是因?yàn)殚L(zhǎng)江水經(jīng)過(guò)節(jié)制閘引入后,流經(jīng)通呂運(yùn)河北城大橋,直接通過(guò)郭里頭河閘流入郭里頭河,而江水到達(dá)郭里頭河時(shí)流速相對(duì)較快,來(lái)水流量較大,水體的換水率較高,從而有效改善了郭里頭河的水質(zhì)狀況。

濠河是環(huán)繞南通古城的河流,由于是在天然水泊和古河道的基礎(chǔ)上開(kāi)挖而成,它的水系格局較一般河流更加復(fù)雜。濠河既有與之連接溝通的引水主干河道,又有形若脈絡(luò)的傳輸泄洪之流。濠河的水源絕大部分來(lái)自南通節(jié)制閘引進(jìn)來(lái)的長(zhǎng)江水,在文化宮橋15號(hào)有任港河流入,另有少量的降水徑流、工業(yè)污水和生活污水流入。與本研究中其他城市河道不同,雖然濠河屬于輕度富營(yíng)養(yǎng),但引水后,其綜合營(yíng)狀態(tài)養(yǎng)指數(shù)達(dá)到最大,這可能與濠河本身復(fù)雜的水系格局有關(guān)。

3.2 閘控管理模式存在的問(wèn)題及改進(jìn)方向

在長(zhǎng)江三角洲流域,對(duì)內(nèi)河水體通過(guò)閘控管理進(jìn)行水資源引清調(diào)度,是在現(xiàn)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下,充分利用長(zhǎng)江豐沛的水資源優(yōu)勢(shì),在最短時(shí)間內(nèi)投入最少、見(jiàn)效最快的一種水環(huán)境治理之路。但也有大量研究[26-27]表明,單純依靠引水沖污難以控制水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程,引水沖污只是一項(xiàng)治表的應(yīng)急措施。有研究[26]發(fā)現(xiàn),雖然杭州市自1986年起每年定期引錢(qián)塘江水沖洗西湖,但到1988年,西湖湖區(qū)葉綠素濃度反較引水前的1985年增加了12%。南京市玄武湖在3次引下關(guān)電廠冷卻水沖洗及開(kāi)閘泄洪后,湖水氮磷質(zhì)量濃度及葉綠素濃度有所下降,但換水后,藻類數(shù)量和生物量又急劇回升[27]。本研究也發(fā)現(xiàn),通呂運(yùn)河和郭里頭河的總氮質(zhì)量濃度在引水后不降反增,環(huán)城景觀河濠河在引水后,綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)達(dá)到最大值。以通呂運(yùn)河為例,2012年通呂運(yùn)河引水量為8.7億m3,CODMn和TP排污量分別為17 877 t和300 t[28],計(jì)算可得,引水后ρ(CODMn)=20.54mg/L,超出Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)15 mg/L; ρ(TP)=0.34mg/L,超出Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.3 mg/L。由此可見(jiàn),引水沖污并不一定能有效降低外源污染物的質(zhì)量濃度。此外,引水期間,河道水動(dòng)力條件的改變導(dǎo)致底泥再懸浮,引起內(nèi)源氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放[29]。平原感潮河網(wǎng)地區(qū)水系結(jié)構(gòu)復(fù)雜,樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)與網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互交錯(cuò),在漲潮和落潮過(guò)程中水體的往返運(yùn)動(dòng),可能導(dǎo)致引排水過(guò)程中對(duì)同一控制片區(qū)內(nèi)的河道造成新的污水流入,引發(fā)新一輪污染的產(chǎn)生[7]。此外,引水沖污對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的稀釋能力還受引水方式、引水量、引水水質(zhì)等多因素的影響[30]。但在目前的水資源引清調(diào)度管理中,應(yīng)急調(diào)度和日常調(diào)度均沒(méi)有形成一套科學(xué)的調(diào)度方案,多以經(jīng)驗(yàn)、感官判斷作為引清調(diào)度依據(jù),對(duì)水資源的動(dòng)態(tài)變化沒(méi)有進(jìn)行合理的監(jiān)督,對(duì)邊界和區(qū)域的水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)也沒(méi)有跟上,調(diào)度的主觀性、隨意性較大,科學(xué)的對(duì)策措施和完整的調(diào)度方案較少[7]。

由此可見(jiàn),基于閘控管理模式的引水沖污不能從根本上緩解水體的富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。此外,有研究[22]發(fā)現(xiàn),引水沖污對(duì)南通市河道磷影響的有效距離為5 km,因此,在對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的城市內(nèi)河水體進(jìn)行引水沖污的同時(shí),還應(yīng)考慮曝氣、底泥疏浚和生態(tài)修復(fù)等工程措施的綜合運(yùn)用,并且在進(jìn)行引水沖污時(shí),要對(duì)研究區(qū)域的引排能力、引水路線、引水時(shí)間以及引水量進(jìn)行合理計(jì)算和論證[31],研究閘控模式下河網(wǎng)內(nèi)生源要素的遷移化規(guī)律。就南通市城市河道而言,首先應(yīng)根據(jù)南通市高水系地區(qū)西南部濱江、東北部臨海的特點(diǎn),在大潮汛期間調(diào)度沿江涵閘引水的同時(shí),開(kāi)啟沿海涵閘排水,使各級(jí)河道的水體流動(dòng)起來(lái),從而提高引水河道末端的水體更換程度,加快水體復(fù)氧,緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程;其次,還應(yīng)對(duì)重污染河道開(kāi)展清淤工程,抑制城市河道內(nèi)源污染物的釋放;最后,要調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)布局,大力發(fā)展清潔生產(chǎn)及循環(huán)經(jīng)濟(jì),從根本上解決城市內(nèi)河的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。

4 結(jié) 論

a.節(jié)制閘引水對(duì)一級(jí)河道通呂運(yùn)河和三級(jí)河道郭里頭河的水體富營(yíng)養(yǎng)化程度有所緩解,但對(duì)二級(jí)河道通甲河和環(huán)城景觀河濠河的影響較小。

b.南通市城市河網(wǎng)內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽水平較高,氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生所需要的閾值。受浮游植物生長(zhǎng)、河道來(lái)水水系及各種涵閘建設(shè)等人為因素的影響,氮磷等生源要素在平原感潮河網(wǎng)地區(qū)的循環(huán)過(guò)程比較復(fù)雜。

c.通過(guò)閘控管理進(jìn)行引清排污,是一項(xiàng)介于治標(biāo)和治本之間的水環(huán)境治理出路,在操作過(guò)程中需要形成科學(xué)管理、科學(xué)調(diào)度的格局,并輔以生態(tài)修復(fù)等工程措施,以從根本上解決平原河網(wǎng)地區(qū)的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。

[1]秦伯強(qiáng).長(zhǎng)江中下游淺水湖泊富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生機(jī)制與控制途徑初探[J].湖泊科學(xué),2002,14(3)：193-202.(QIN Boqiang.Approachestomechanismsandcontrolof eutrophication of shallow lakes in the middle and lower reaches of the Yangze River[J].Journal of Lake Science, 2002,14(3)：193-202.(in Chinese))

[2]孔繁翔,高光.大型淺水富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中藍(lán)藻水華形成機(jī)理的思考[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2005,25(3)：589-595. (KONGFanxiang,GaoGuang.Hypothesison cyanobacteria bloom-forming mechanism in large shallow eutrophic lakes[J].Acta Ecologica Sinica,2005,25(3)：589-595.(in Chinese))

[3]韋桂秋,王華,蔡偉敘,等.近10年珠江口海域赤潮發(fā)生特征及原因初探[J].海洋通報(bào),2012,31(4)：466-474.(WEI Guiqiu,WANG Hua,CAI Wuixu,et al.10-year retrospective analysis on the harmful algal blooms in the Perl River Estuary[J].Marine Science Bulletin,2012,31 (4)：466-474.(in Chinese))

[4]姜雪芹,禹娜,毛開(kāi)云,等.冬季上海市城區(qū)河道中浮游植物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)的生物評(píng)價(jià)[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2009(2)：78-87.(JIANG Xueqin,YU Na,MAO Kaiyun,et al.Assessment of algal diversity and water quality in the four urban rivers of Shanghai in winter [J].Journal of East China Normal University：Natural Science,2009(2)：78-87.(in Chinese))

[5]王震球.“引江換水”在秦淮河生態(tài)修復(fù)治理中的實(shí)踐與探索[J].中國(guó)水利,2009(2)：40-42.(WANG Zhenqiu.Practice of Yangtze River diversion for Qinhuai River ecological recovery[J].China Water Resources, 2009(2)：40-42.(in Chinese))

[6]孫娟,阮曉紅.引調(diào)清水改善南京城市內(nèi)河水環(huán)境效應(yīng)研究[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,2008(3)：29-31.(SUN Juan,RUAN Xiaohong.Study on Yangtze River diversion in improving urban water environment of Nanjing[J]. China Rural Water and Hydropower,2008(3)：29-31.(in Chinese))

[7]阮仁良.平原河網(wǎng)地區(qū)水資源調(diào)度改善水質(zhì)的機(jī)理和實(shí)踐研究：以上海市水資源引清調(diào)度為例[D].上海：華東師范大學(xué),2003.

[8]郭海峰.用模糊綜合評(píng)判法分析長(zhǎng)江引水對(duì)大運(yùn)河鎮(zhèn)江段水質(zhì)的改善作用[J].水資源與水工程學(xué)報(bào),2011, 22(4)：157-166.(GUO Haifeng.Effect analysis of water diversionfromYangtzeRiverforwaterquality improvement in Zhenjiang Section of Grand Canal by fuzzy comprehensive judgement method[J].Journal of Water Resources&Water Engineering,2011,22(4)：157-166. (in Chinese))

[9]周俊,李國(guó)斌,梁震,等.引水沖污工程治理東湖磷污染[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2002,25(4)：27-29.(ZHOU Jun,LI Guobing,LIANG Zhen,et al.Diversion stream from the Yangtze River to East Lake for phosphorus loading reduction[J].Environmental Science&Technology, 2002,25(4)：27-29.(in Chinese))

[10]杜霞,霍元子,邵留,等.上海市農(nóng)村典型河道水體富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)查與評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)雜志,2011,32(3)：9-15. (DU Xia,HUO Yuanzi,SHAO Liu,et al.The survey and evaluation of water eutrophication in Shanghai rural typical rivers[J].Journal of Hydroecology,2011,32(3)：9-15. (in Chinese))

[11]游珍,劉波,姚紅.南通市河網(wǎng)格局特征及水環(huán)境響應(yīng)[J].水資源保護(hù),2008,24(4)：31-35.(YOU Zhen,LIU Bo,YAO Hong.Drainage pattern characteristics and effects onwaterenvironment[J].WaterResources Protection,2008,24(4)：31-35.(in Chinese))

[12]沈建,陳建標(biāo),肖玉兵.南通市高水系引江調(diào)水水質(zhì)改善分析與方案優(yōu)化[J].人民長(zhǎng)江,2012,43(10)：72-74.(SHEN Jian,CHEN Jianbiao,XIAO Yubing.Analysis on water quality improvement effect of river system in Nantong by water diversion from Yangtze River and scheme optimization[J].Yangtze River,2012,43(10)：72-74.(in Chinese))

[13]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[M].4版.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,2002.

[14]曾慶飛,谷孝鴻,毛志剛,等.固城湖及上下游河道富營(yíng)養(yǎng)化和浮游藻類現(xiàn)狀[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2012,32 (8)：1487-1494.(ZENG Qingfei,GU Xiaohong,MAO Zhigang,etal.Assessmentoftrophiclevelsand phytoplankton variation in Guchenghu Lake and canal route[J].China Environmental Science,2012,32(8)：1487-1494.(in Chinese))

[15]CARLSON R E.A trophic state index for lakes[J]. Limnology and Oceanography,1977,22(2)：361-369.

[16]何曉云,胡曄.太湖流域杭嘉湖地區(qū)地面水環(huán)境質(zhì)量分析[J].環(huán)境污染與防治.2000,22(6)：33-35.(HE Xiaoyun,HU Ye.Water analysis in the area of Hangjia Lake in Taihu River Basin[J].Environmental Pollution and Control,2000,22(6)：33-35.(in Chinese))

[17]紀(jì)曉亮,朱元?jiǎng)?lì),梅琨,等.典型平原河網(wǎng)溫瑞塘河地區(qū)的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空分布[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2012 (11)：1571-1574.(JI Xiaoliang,ZHU Yuanli,MEI Kun, et al.Temporal and spatial distribution of nitrogen and phosphorus in Wenruitang plain river-net area[J].Journal of Zhejiang Agricultural Sciences,2012(11)：1571-1574.(in Chinese))

[18]張穎純,姜德剛,李建華.崇明島“閘控型”河網(wǎng)水體富營(yíng)養(yǎng)化特征及其影響因素[J].湖泊科學(xué),2013,25 (3)：366-372.(ZHANG Yinchun,JIANG Degang,Li Jianhua.Characteristics of eutrophication and its affecting factorsingate-controlledrivernetworksystemof Chongming Island[J].Journal of Lake Science,2013,25 (3)：366-372.(in Chinese))

[19]紀(jì)曉亮,商栩,朱元?jiǎng)?lì),等.溫瑞塘河網(wǎng)水體中有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布特征[J].環(huán)境化學(xué),2013,32(4)：702-703.(JI Xiaoliang,SHAN Yu,ZHU Yuanli,et al. Temporal and spatial characteristics of organic matter and nutrients in Wenruitang lake system[J].Environmental Chemistry,2013,32(4)：702-703.(in Chinese))

[20]阮曉紅,石曉丹,趙振華,等.蘇州平原河網(wǎng)區(qū)淺水湖泊葉綠素a與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系[J].湖泊科學(xué),2008, 20(5)：556-562.(RUAN Xiaohong,SHI Xiaodan,ZHAO Zhenhua,etal.Correlationbetweenchlorophyll-a concentration and environmental factors in shallow lakes in plain river network areas of Suzhou[J].Journal of Lake Science,2008,20(5)：556-562.(in Chinese))

[21]周俊麗,劉征濤,孟偉,等.長(zhǎng)江口營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化及分布特征[J].環(huán)境科學(xué)研究,2006,19(6)：139-144. (ZHOU Junli,LIU Zhentao,MENG Wei,et al.The characteristics of nutrients distribution in the Yangtze River Estuary[J].Research of Environmental Science, 2006,19(6)：139-144.(in Chinese))

[22]蔣慶豐,周琳,趙玲,等.南通市區(qū)河道磷污染分布特征[J].南通大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2009,8(3)：42-46. (JIANGQingfeng,ZHOULin,ZHAOLing,etal. Distribution of phosphorus pollution in sediments from urban channels of Nantong,China[J].Journal of Nantong University：Natural Science Edition,2009,8(3)：42-46. (in Chinese))

[23]孫慧卿,王平,江和龍.不同模擬條件下太湖沉積物-水界面磷行為的研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2012,35 (5)：141-146.(SUN Huiqin,WANG Ping,JIANG Helong.Behavior of phosphorus in interface of sedimentoverlying water in Taihu Lake under different simulative conditions[J].Environmental Science&Technology, 2012,35(5)：141-146.(in Chinese))

[24]單保慶,菅宇翔,唐文忠,等.北運(yùn)河下游典型河網(wǎng)區(qū)水體中氮磷分布于富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué),2012,32 (2)：352-358.(SHAN Baoqing,JIAN Yuxiang,Tang Wenzhong,et al.Temporal and spatial variation of nitrogen andphosphorusandeutrophicationassessmentin downstream river network areas of north canal river watershed[J].Environmental Science,2012,32(2)：352-358.(in Chinese))

[25]何德進(jìn),邢友華,姜瑞雪,等.東平湖水體中氮磷的分布特征及其富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,33 (8)：45-48.(HE Dejin,XING Youhua,JIANG Ruixue,et al.Distribution of nitrogen and phosphorus in water and eutrophicationassessmentofDongpinglake[J]. Environmental Science&Technology,2010,33(8)：45-48.(in Chinese))

[26]馬玖蘭.西湖引水前后氮、磷、葉綠素a含量的年周期變化[J].湖泊科學(xué),1996,8(2)：144-150.(MA Jiulan. Annual cyclical changes of nitrogen,phosphorus and chlorophyll a concentration in west lake before/after water diversion[J].Journal of Lake Science,1996,8(2)：144-150.(in Chinese))

[27]王國(guó)祥,濮培民.若干人工調(diào)控措施對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊藻類種群的影響[J].環(huán)境科學(xué),1999(2)：71-74.(WANG Guoxiang,PU Peimin.Influence of some artificial controls on eutrophic algal population dynamics[J].Environmental Science,1999(2)：71-74.(in Chinese))

[28]孫衛(wèi)紅,王金龍.通呂運(yùn)河控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)分析[J].環(huán)境科學(xué)與管理,2010,35(10)：39-42.(SUN Weihong, WANG Jinlong.TongLyu canal water quality control sectionanalysis[J].EnvironmentalScienceand Management,2010,35(10)：39-42.(in Chinese))

[29]鄭西來(lái),張俊杰,陳蕾.再懸浮條件下沉積物內(nèi)源磷遷移-轉(zhuǎn)化機(jī)制研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2013,24(2)：257-295.(ZHENG Xilai,ZHANG Junjie,CHEN Lei. Advances in the study of migration and transformation mechanismsofendogenousphosphorusviasediment resuspension[J].Advances in Water Science,2013,24 (2)：257-295.(in Chinese))

[30]洪理健.福州市內(nèi)河引水沖污技術(shù)研究[J].人民珠江, 2000(1)：38-41.(HONG Lijian.Study on the technique of diverting water to flush out pollutants in urban rivers of Fuzhou city[J].Pearl River,2000(1)：38-41.(in Chinese))

[31]高曉琴,張金池,沈波.南通主城區(qū)納潮置換水體及其績(jī)效評(píng)估[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2008, 32(2)：109-112.(GAO Xiaoqin,ZHANG Jinchi,SHEN Bo.Replacement of water bodies by tidal prism of Nantong urban river and effect estimation[J].Journal of Nanjing Forestry University：Natural Sciences Edition,2008,32 (2)：109-112.(in Chinese))

Characteristics of eutrophication in gate-controlled urban river

YE Linlin1,LIU Bo1,ZHANG Min2,NAN Xujun1,LI Dongming3
(1.School of Geography Science,Nantong University,Nantong 226000,China; 2 Nanjing Institute of Geography and Limnology,Chinese Academy of Sciences,Nanjing 210008,China; 3.Regulator Control Station of Nantong City,Nantong 226000,China)

Water samples were collected from urban rivers of different levels during,after,and before water diversion through a regulator from the Yangtze River to Nantong City,Jiangsu Province,in the summer of 2013. The characteristics of distribution of TN,TP,Chl-a,and CODMnin a gate-controlled urban river network were analyzed,and the comprehensive nutrition index method was used to calculate the level of eutrophication.The results show that the trophic level of the first-class Tonglyu Canal declined after the water diversion,indicating that the eutrophication in the Tonglyu Canal can be reduced by water diversion.The trophic level of the second-class Tongjia River was significantly higher than that of the Tonglyu Canal(n=3,p=0.003).The Tongjia River had a heavily eutrophic status during,after,and before the water diversion.Although the comprehensive nutrition index showed a declining trend after the water diversion,the trophic status of the Tongjia River did not change,as the river was affected by the incoming water from the Yangtze River,the Tonglyu Canal,and the Haigang River.The trophic level of the third-class Guolitou River was significantly higher than that of the Tonglyu Canal(n=3,p= 0.02),but showed no significant difference from that of the Tongjia River(n=3,p=0.095).After the water diversion,the trophic level of the Guolitou River declined to a medium-eutrophic level,which might have been caused by the high inflow from the Yangtze River and high water exchange rate.The Haohe River,which is a landscape river surrounding the city,had a slightly eutrophic status.The comprehensive nutrition index of the Haohe River reached its maximum level after the water diversion,which might have been caused by the complex drainage pattern.

plain river network;urban river;gate control;eutrophication;comprehensive nutrition index method

X824

A

10046933(2014)04008607

20131209 編輯：彭桃英)

10.3969/j.issn.10046933.2014.04.017

江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃(201310304095X);河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(SKLEC-KF201310);國(guó)家自然科學(xué)基金(41201076)

葉琳琳(1981—),女,博士,主要從事水資源保護(hù)與規(guī)劃研究。E-mail：yelinlin8164@163.com