南京市內秦淮河水質分析及評價

徐慧敏，吳　燕，劉為鋒，唐啟彤，湯新政，黃　睿,3，趙大勇,3

(1.河海大學水文水資源學院，江蘇 南京 210098；2.河海大學水利工程實驗教學中心，江蘇 南京 210098；3.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210098)

?

南京市內秦淮河水質分析及評價

徐慧敏1,2，吳燕1,2，劉為鋒1,2，唐啟彤1，湯新政1，黃睿1,3，趙大勇1,3

(1.河海大學水文水資源學院，江蘇 南京 210098；2.河海大學水利工程實驗教學中心，江蘇 南京 210098；3.河海大學水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210098)

摘要：2014年7月至2015年1月，在南京市內秦淮河9個采樣點采集水樣，分析了內秦淮河水體中氮元素的時空分布特征，采用單因子污染指數法對內秦淮河水質進行了評價。結果表明：南京市內秦淮河水質為劣Ⅴ類水，上游水質優于下游水質；硝氮與pH值、總氮顯著相關(P<0.01)，氨氮與總氮顯著相關(P<0.05)；內秦淮河水體中氮元素的主要存在形態為溶解性無機氮，氨氮與硝氮含量在各個采樣點的比例基本穩定在7∶3左右；隨著時間的變化，內秦淮河水體中氮元素含量都發生了顯著變化，采樣點之間的差異性也隨之呈現出不同的變化。

關鍵詞：內秦淮河；單因子污染指數；氮元素；時空分布；水質分析；評價

氮元素是最重要的營養元素之一，是淡水生態系統的主要限制因子[1]。河流中氮含量的增加會大大增加水體富營養化的風險[2]。氮含量增加是世界河流普遍存在的問題，已成為人們日益關注的重要水生態環境問題[3]，尤其是城市環境中的內河富營養問題，已受到越來越多的關注。

秦淮河是南京市的母親河，全長120km，流域面積2 631km2[4]。秦淮河有內外河之分，其中內秦淮河主、支流全長25.2km，匯水面積24.7km2，水體現狀功能為景觀用水[5]。隨著生活污水的大量排入，秦淮河的BOD、氨氮、總磷等指標嚴重超標[6]，嚴重破壞了內秦淮河的生態環境。

目前對秦淮河的研究多集中在對南京內外秦淮河局部河段的污染治理上[7-8]，對內秦淮河河段的氮元素污染狀況時空動態及富營養化研究較少。因此，作者以污染嚴重的南京市內秦淮河河段作為研究對象，監測引起水體富營養化的氮元素的形態和含量在水體中的時空動態變化，并探討其規律，評估其水體污染狀況，以期為內秦淮河污染防治和整體決策提供科學依據。

1實驗

1.1采樣點及采樣方法

在2014年7月至2015年1月，每隔20～30d在南京市內秦淮河9個采樣點(圖1)采集水樣，采樣點的經緯度見表1。

圖1　內秦淮河采樣點的位置

采樣方法：用采水器采集水面以下0.5 m處的水樣1 000 mL，分裝在經過滅菌處理的玻璃瓶中，并立即密封避光保存在4 ℃保溫箱中，迅速運回實驗室。共采集樣品8次。

1.2水質監測項目及方法

表1

內秦淮河各采樣點經緯度

Tab.1

The latitude and longitude of sampling

利用軟件SPSS Statistics 17.0以及Origin 7.0進行數據分析。

1.3污染指數評價方法

單因子污染指數法是將實測值與《地表水環境質量標準》[9]中規定的污染指標限值進行比較，選取污染最嚴重指標的級別作為該采樣點水質級別。

單個污染物的污染指數計算公式[10]為：

Pi=Ci/Coi

式中：Pi為污染物的污染指數，Pi≤1表示該污染物未超標，反之，則超標；Ci為污染物的實測濃度值的平均值，以每個采樣點的水質指標均值作為Ci的計算值，mg·L-1；Coi為污染物的允許濃度值，mg·L-1。

溶解氧污染指數計算公式[11]為：

Pi=(DOf-Ci)/(DOf-Coi)

式中：DOf為測量溫度下的飽和溶解氧，mg·L-1。

標準大氣壓下，氧氣在水體中的飽和溶解氧隨水溫的變化關系式[12]為：

DOf=477.8/(T+32.26)

式中：T為水溫，以9個采樣點實測溫度平均值作為T的計算值，℃。根據9個采樣點的水溫計算值，分別計算出8次平均溫度下的飽和溶解氧，再分別計算各采樣點不同采樣時間的溶解氧污染指數。

2結果與討論

2.1內秦淮河水污染狀況評價

在內秦淮河9個采樣點分別進行8次采樣，共獲得72個水樣，各采樣點水質監測結果如表2所示。

內秦淮河作為一般景觀用水以及航道用水，應執行GB 3838-2002《地表水環境質量標準》[9]中的Ⅴ類水質標準。采用單因子污染指數法進行水質評價，結果見表3。

表2

各采樣點的水質參數/(mg·L-1)

Tab.2

Water characteristics of sampling sites/(mg·L-1)

表3

各采樣點水質因子的污染指數

Tab.3

The pollution index of water characteristics

從表3可知，所有采樣點的pH值污染指數均小于1，在標準范圍內；溶解氧只有上浮橋(E8)輕微超標，其余采樣點溶解氧污染指數均小于1，表明水體中的溶解氧含量在標準范圍內；氨氮含量從上游到下游(E1～E9)總體呈上升趨勢，E1～E5的上游階段(除E2外)氨氮含量基本未超標，但E6～E9的下游階段氨氮含量嚴重超標；所有采樣點的總氮均嚴重超標，最高污染指數達到了2.05，出現在鎮淮西橋(E5)。根據實地考察，鎮淮西橋處有明顯排污口，水質明顯劣于其它采樣點。總體來看，上游水質優于下游水質，主要原因是，上游為秦淮河風光帶的主要景點，排污受到管理單位的嚴格控制；而下游水體附近商家眾多，排污嚴重；除此以外，水體流動的驅動因素導致上游的污染物被沖刷積累至下游，因而下游水質劣于上游。

2.2氮元素形態和含量與其它水質因子的相關性(表4)

表4

氮元素形態和含量與其它水質因子的相關性

Tab.4

The relationship between forms and content of nitrogen and other water characteristics

注：**表示在0.01水平(雙側)上顯著相關；*表示在0.05水平(雙側)上顯著相關。

從表4可知，硝氮與pH值呈顯著負相關(P<0.01)，pH值升高會導致硝氮含量下降；硝氮與總氮呈顯著正相關(P<0.01)；氨氮與總氮呈顯著正相關(P<0.05)，與其它環境因子無顯著相關性。

2.3氮元素形態與含量的時空動態變化

氮元素是最重要的營養元素之一，以無機鹽及有機氮的形式存在于水中。各形態氮元素的空間分布如表5所示。

從表5可知，內秦淮河氮元素的主要存在形態為溶解性無機氮(DIN)，占總氮含量的67.73%以上；而溶解性無機氮是由氨氮、硝氮及亞硝氮組成，在內秦淮河水體中，氨氮為主要的溶解性無機氮形態，占57.04%以上；另外，氨氮與硝氮含量在各個采樣點的比例基本穩定在7∶3左右，較為穩定；亞硝氮含量較低且無明顯時空變化。

表5

各形態氮元素的空間分布/%

Tab.5The spatial distribution of various forms of nitrogen/%

采樣點NH+4N∶DINNO-3N∶DINDIN∶TNE165.7132.8695.24E271.6127.42107.27E368.4630.3890.91E468.4230.4585.53E557.0441.5267.73E672.2126.9892.44E774.1124.9292.51E870.6928.2893.85E969.2629.3987.57

氨氮、硝氮、總氮隨采樣時間的變化曲線如圖2所示。

圖2　氨氮(a)、硝氮(b)及總氮(c)含量隨采樣時間的變化曲線

從圖2可以看出，隨著采樣時間由夏季進入冬季，氨氮、硝氮及總氮都發生了顯著變化。氨氮總體呈下降趨勢，在2014年11月18日出現了明顯的上升，且標準差較大，各采樣點的氨氮呈現出明顯的差異性；硝氮在0.88 mg·L-1水平上下波動，總體上無明顯的上升或下降趨勢，但隨著夏季往冬季的過渡，硝氮的標準差逐漸放大，說明各采樣點之間的差異性逐漸明顯；總氮的變化趨勢與氨氮大體相同，但總氮在多個采樣時間點上的標準差均較大，與季節變化無明顯關系。

為研究氨氮、硝氮及總氮在各采樣點出現較大差異的原因，分別選取3個采樣時間點，以采樣點(E1～E9)為橫坐標，氨氮、硝氮、總氮含量為縱坐標繪制不同采樣點的氮元素含量變化曲線，如圖3所示。

圖3　不同采樣點的氨氮(a)、硝氮(b)及總氮(c)含量變化曲線

從圖3可看出，氨氮在2014年11月18日出現了不尋常的波動，各采樣點的差異性較大；硝氮隨著夏季往冬季的過渡，標準差逐漸放大(圖2b)，這是由于在夏季，各采樣點的硝氮含量均處于正常水平，但隨著氣溫的下降，鎮淮西橋(E5)的硝氮含量上升，明顯高于其它采樣點，這可能是因為，在2014年夏季南京為舉辦青奧會對內秦淮河進行了沖洗，因而夏季的硝氮水平較穩定，而青奧會后無水質控制措施，并且由于鎮淮西橋(E5)處有明顯排污口，硝氮水平明顯上升；總氮的情況與硝氮相似，秋冬季節在鎮淮西橋(E5)處有明顯上升，導致了各采樣點之間差異性的放大。

3結論

(1)以GB 3838-2002《地表水環境質量標準》中的Ⅴ類水作為水質標準，根據單因子污染指數評價法對內秦淮河9個采樣點進行污染指數的計算發現：內秦淮河水質的pH值、溶解氧含量基本處在標準范圍內；氨氮含量從上游到下游總體呈上升趨勢，上游階段(除E2外)污染指數小于1，下游階段的氨氮含量嚴重超標；總氮含量在所有采樣點均嚴重超標，最高污染指數達2.05。總體上來說，內秦淮河水質為劣Ⅴ類水，上游水質優于下游水質。

(2)在內秦淮河水體中，硝氮含量與pH值呈顯著負相關(P<0.01)，而與總氮呈顯著正相關(P<0.01)；氨氮含量則與總氮呈顯著正相關(P<0.05)，與其它環境因子無顯著相關性。

(3)內秦淮河水體中氮元素的主要存在形態為溶解性無機氮，占總氮含量的67.73%以上；氨氮為主要的溶解性無機氮，占57.04%以上；氨氮與硝氮含量在各個采樣點的比例基本穩定在7∶3左右。

(4)隨著時間的變化，內秦淮河水體中氨氮、硝氮以及總氮含量都發生了顯著變化；由于排污口的設置和水質控制工程的實施，采樣點之間的差異性也隨著時間的變化呈現出不同的變化。

參考文獻：

[1]廖劍宇,彭秋志,鄭楚濤,等.東江干支流水體氮素的時空變化特征[J].資源科學,2013,35(3):505-513.

[2]CAMARGO J A,ALONSO A.Ecological and toxicological effects of inorganic nitrogen in aquatic ecosystems：A global assessment[J].Environment International,2006,32(6):831-849.

[3]李星,楊揚,喬永民，等.東江干流水體氮的時空變化特征及來源分析[J].環境科學學報,2015,35(7):2143-2149.

[4]魏玉香,周寧暉,方孝華.南京市內秦淮河環境綜合整治中水質變化趨勢回顧[J].環境監測管理與技術，2004,16(6):42-43.

[5]陳雁,馮效毅,田炯.內秦淮河水環境整治方案探討[J].江蘇環境科技,2000,13(3):34-36.

[6]高桂枝,盧海龍,陳晨，等.南京市內秦淮河水葫蘆生態修復潛力分析[J].安徽農業科學,2010,38(33):18945-18947.

[7]李躍飛,夏永秋,李曉波，等.秦淮河典型河段總氮總磷時空變異特征[J].環境科學,2013,34(1):91-97.

[8]宗良綱,王艮梅,占新華，等.南京秦淮河水環境質量現狀評價[J].南京林業大學學報(自然科學版),2000,24(S1):81-83.

[9]GB 3838-2002,地表水環境質量標準[S].

[10]李名升,張建輝,梁念，等.常用水環境質量評價方法分析與比較[J].地理科學進展,2012,31(5):617-624.

[11]高鴻飛.談溶解氧污染指數計算方法[J].江蘇環境科技,1995,8(1):33-35.

[12]張朝能.水體中飽和溶解氧的求算方法探討[J].環境科學研究,1999,12(2):54-55.

Water Quality Analysis and Evaluation of Interal Qinhuai River in Nanjing City

XU Hui-min1,2，WU Yan1,2，LIU Wei-feng1,2，TANG Qi-tong1，TANG Xin-zheng1，HUANG Rui1,3，ZHAO Da-yong1,3

(1.CollegeofHydrologyandWaterResources,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.ExperimentalTeachingCenterofHydraulicEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;3.StateKeyLaboratoryofHydrology-WaterResourcesandHydraulicEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

Abstract：Water samples were collected from nine sampling sites of interal Qinhuai River in Nanjing city from July 2014 to January 2015.The spatial and temporal distribution of nitrogen in interal Qinhuai River was analyzed.Single-factor index of pollution was used to evaluate the water quality of interal Qinhuai River.Results indicated that the water quality of interal Qinhuai River was worse than Ⅴcategory,whilst the water quality of upstream was better than downstream.Nitrate nitrogen was significantly related to pH value and total nitrogen(P<0.01),and ammonia nitrogen was significantly related to total nitrogen(P<0.05).The main form of nitrogen in interal Qinhuai River was dissolved inorganic nitrogen,and the content ratio of ammonia nitrogen to nitrate nitrogen in each sampling site was almost 7∶3.With the change of time,the nitrogen content in interal Qinhuai River changed obviously,and the differences among sampling sites also showed a different variation.

Keywords：interal Qinhuai River;single-factor index of pollution;nitrogen;spatial and temporal distribution;water quality analysis;evaluation

中圖分類號：X 522

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5425(2016)04-0066-05

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.04.017

作者簡介：徐慧敏(1993-)，女，江蘇興化人，碩士研究生，研究方向：水生態環境保護與修復，E-mail：549250310@qq.com；通訊作者：趙大勇，教授，E-mail：dyzhao@hhu.edu.cn。

收稿日期：2015-12-09

基金項目：2014年度河海大學國家級大學生創新訓練項目(201410294001)，2014年度河海大學水利學科專業國家級實驗教學示范中心大學生創新訓練計劃資助項目