竺山湖主要入湖口水質及富營養狀態評價

汪 鋒，錢 莊，張 周，張雅晶，繆恒鋒

(1.江蘇省無錫市環境科學研究所，江蘇無錫 214122；2.江南大學環境與土木工程學院，江蘇無錫 214122)

竺山湖主要入湖口水質及富營養狀態評價

汪 鋒1，錢 莊1，張 周2，張雅晶2，繆恒鋒2

(1.江蘇省無錫市環境科學研究所，江蘇無錫 214122；2.江南大學環境與土木工程學院，江蘇無錫 214122)

摘要[目的]以竺山湖主要入湖口為研究對象，評價其水質及富營養化狀況。[方法]對3條入湖口水質開展了連續3年的監測，監測結果參照GB 3838—2002中IV類水質標準，采用單因子評價法、綜合污染指數法和綜合營養指數法進行評價。[結果]單因子評價結果表明，只有沙塘港入湖口BOD5單項污染指數大于1.00，3條入湖口水質NH4+-N和BOD5月均值超標范圍分別為30.56%～41.67%和25.00%～52.78%，TP均未見超標。綜合污染指數評價表明，3條入湖口水質平均綜合污染指數均為0.70～1.00。殷村港入湖口和太滆運河入湖口水質優于沙塘港入河口水質。綜合營養指數評價結果表明，3條入湖口水質營養狀態指數為63.6～64.8，屬于中度富營養狀態。其中TN、TP和SD營養狀態指數較高，Chl-a和CODMn營養狀態指數較低。由于3條入湖河流匯集了大量的N、P，從而導致TN和TP的營養狀態指數較高，對Chl-a和CODMn濃度控制得相對較好，從而在入湖口表現出這兩項指標營養狀態指數較低。[結論]造成竺山湖富營養化的主要外源貢獻來自于入湖河流的TP和TN輸入，應加大對入湖河流N、P污染物的削減治理。

關鍵詞竺山湖；入湖口；水質評價；富營養化

太湖是我國五大淡水湖之一，面積為2 428 km2，南北長68.5 km，東西平均寬度34.0 km，湖岸線總長405.0 km，平均深度為1.9 m，最大深度為2.6 m，湖泊總蓄水量為4.43×109m3[1]。太湖作為流域內重要的供水水源地，承擔著周邊城市供水和改善下游地區水質的重要作用，其水質狀況一直受到廣泛關注[2]。近年來，太湖湖泊富營養化嚴重，出現了幾次較為嚴重的藍藻大規模暴發事件，嚴重影響了太湖流域的可持續發展，并對流域沿岸居民的身體健康造成了潛在威脅[3-6]。太湖夏季受熱帶海洋氣團的影響，盛行東南風，導致太湖西北角竺山湖、梅梁灣、貢湖等湖灣受污染較為嚴重[7-8]。

竺山湖位于梅梁灣西面，是太湖西北角半封閉型湖灣，面積為57.2 km2，涉及無錫市馬山區、宜興市和常州市武進區，水質較差[9-10]，2015年水質處于地表V類標準。造成竺山湖水質變化的主要因素可能是由于竺山湖主要入湖河道有太滆運河、沙塘港和殷村港，沿湖居民生產生活產生大量污染物，經入湖河流匯入竺山湖[9]。筆者通過對竺山湖主要入湖口連續3年(2012～2015年)的水質主要指標進行監測，分析污染物指標，找出主要污染因子，并應用綜合營養狀態指數法對3個入湖口富營養化水平進行評價，客觀分析各入湖口水質現狀，以期為竺山湖水環境管理提供科學依據與參考。

1材料與方法

1.1樣品采集與保存對竺山湖3個主要入湖口設置3個采樣點，分別為殷村港入湖口(S1)、沙塘港入湖口(S2)和太滆運河入湖口(S3)，均為漁業用水，執行標準為IV類[10]。從2013年1月至2015年12月進行連續3年的采樣監測；采樣頻率為每月1次(每月15號)；采集水面下0.3～0.5 m處地表水樣，進行多點取樣混合。樣品密封在事先準備好的干燥玻璃瓶中，于4 ℃條件下暗處保存，24 h內完成樣品分析。

1.3評價方法及原理

(1)采用單因子評價法對水環境質量進行評價，根據水質類別與定性評價分級標準，確定各斷面水環境質量狀況。單因子指數法可以對每項污染物的污染狀況進行評價，是較為常用的一種水質評價方法，筆者根據竺山灣水質特點，選取NH4+-N、TP、COD、CODMn和BOD55個因子進行評價，計算公式如式(1)所示：

Pi=Ci/Si

(1)

式中，Pi為水質指標i的單項污染指數；Ci為水質指標i的實測值，mg/L；Si為水質指標i的評價標準值，mg/L。Pi≤1為未達到污染水平；Pi>1為水質達到污染水平，Pi值越大，表示污染程度越重。

(2)綜合污染指數的計算公式如式(2)所示：

(2)

式中，Pj為j斷面的綜合污染指數；n為參加評價的污染物項目數；Pi為水質指標i的單項污染指數。根據Pi值，可以將地表水水質分為6個等級[12]，分級標準如表1所示。

表1　地表水水質分級標準

(3)選取Chl-a、TP、TN、CODMn和SD作為參數，采用綜合營養狀態指數對竺山湖主要入湖口水質富營養狀態進行評價，其計算公式如式(3)所示[13]。

(3)

式中，TLI(Σ)為綜合營養狀態指數；Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI(j)為第j種參數的營養狀態指數。相關權重計算公式如式(4)所示。

(4)

參數Parameterrijr2ijChl-a1.00001.0000TP0.84000.7056TN0.82000.6724SD-0.83000.6889CODMn0.83000.6889

(4)單個項目營養狀態指數計算公式如式(5)～(9)所示。

TLI(Chl-a)=10×(2.500 0+1.086lnChl-a)

(5)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624lnTP)

(6)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694lnTN)

(7)

TLI(SD)=10×(5.118-1.94lnSD)

(8)

TLI(CODMn)=10×(0.109+2.661lnCODMn)

(9)

湖泊水庫營養狀態分級采用0～100的系列連續數字對湖泊營養狀態進行分級，包括貧營養、中營養、富營養、輕度富營養、中度富營養和重度富營養，與污染程度關系見表3。

表3　水質類別與評分值對應關系

2結果與分析

2.1水環境質量由表4可知，只有S2水質的BOD5污染指數大于1.00，其他各斷面單項污染指數平均值均小于1.00，3個入湖口TP濃度控制較好，單項污染指數平均值分別為0.62、0.57和0.67。3年的監測數據發現3個入湖口NH4+-N和BOD52項水質指標有一定程度的超標，TP、COD和CODMn3項水質指標控制較好，TP濃度均未見超標，S2水質COD和CODMn月平均濃度超標率僅為8.33%和3.85%。由此可見，竺山湖主要入湖口各污染物控制較好，NH4+-N和BOD5有少量超標。

從圖1可見，3條入湖口水質TN濃度總體呈下降趨勢，2013年S1、S2和S3TN年平均濃度分別為4.18、4.38和4.51mg/L，到2015年TN年平均濃度分別為3.74、3.84和4.19mg/L。S1和S2水質TP年平均濃度變化不大，基本維持在0.15～0.19mg/L。S3水質TP波動相對較大，2013～2015年TP的年平均濃度由0.18mg/L上升至0.24mg/L。竺山湖水質TN、TP濃度距離《太湖流域水環境綜合治理方案》中規定的2020年預期目標存在一定差距，因此，在后續要對各入湖河流進行針對性治理，加強對N、P濃度的控制。

2.2綜合污染指數(Pj)從圖2可見，S1、S2和S3平均綜合污染指數分別為0.72、0.81和0.72。S1、S3相對較好，S2相對較差。由地表水水質分級標準可知，3個入湖口水質平均Pj均在0.70～1.00，均處于中污染級別。

表4　2013～2015年竺山湖主要入湖口水質的單項污染指數(Pi)評價結果

圖1　2013～2015年竺山湖主要入湖口TN和TP的年平均濃度變化Fig.1　Average concentration changes of TN and TP in main entrances of Zhushan Lake

圖2　2013～2015年竺山湖主要入湖口水質的平均綜合污染指數比較Fig.2　Average pollution index of water quality in main entrances of Zhushan Lake

2.3富營養狀況從圖3可以看出，2013～2015年3條入湖口水質TLI均在60～70，屬于中度富營養狀態，由于入湖河流匯聚了周邊城鎮的生活污水、農業面源污染及部分工業污染，導致入湖口水質呈中度富營養狀態。其中，S1水質的TLI變化幅度較大，S2和S3水質的TLI變化不大，有小幅下降。2013年S1的水質TLI最高，其次是S3，S2水質的TLI最好；2014年，S2水質的TLI最高，而S1水質的TLI體現出較大幅度的下降；2015年S2和S3水質的TLI相對較高，S1水質的TLI最低。總體來說，2013～2015年通過污水排放標準的提高和水環境綜合整治，入湖河流匯聚的污染物濃度有所降低，整個入湖口水質綜合營養狀態指數整體呈下降趨勢，以S1水質表現最為明顯。然而，截至2015年，入湖口總體的水質綜合營養狀態指數仍在60以上，仍需要后期不斷削減外源污染物排放，使入湖河水水質有進一步改善。

圖3　2013～2015年竺山湖主要入湖口綜合富營養狀態指數比較Fig.3　Index comparison of comprehensive eutrophication state of main entrances of Zhushan Lake

從圖4可以看出，2013～2015年各入湖口的TLI在63.6～64.8，屬于中度富營養狀態。其中，TN、TP和SD較高，是影響整個水質TLI較高的主要原因。同時，各入湖口水質中Chl-a和CODMn營養狀態指數較低，表明河流生態系統的有機物含量和初級生產能力相對較低。總體來看，各入湖口水質N、P含量的偏高與水體富營養化有直接關系。

圖4　2013～2015年竺山湖主要入湖口富營養狀況評價Fig.4　Eutrophication status evaluation of main entrances of Zhushan Lake from 2013 to 2015

3結論與討論

該研究根據2013～2015年竺山湖主要入湖口的水質監測數據，參照GB3838—2002中IV類水質標準，采用單因子污染指數評價法、綜合污染指數法和綜合營養指數法對3條入湖口水質現狀進行評價，得出以下結論：

(1)單因子污染指數評價結果表明，只有S2水質的BOD5污染指數大于1.00，其他各斷面單項污染指數平均值均小于1.00。TP、COD和CODMn3項水質指標控制較好，TP濃度均未見超標，S2水質COD和CODMn超標率僅為8.33%和3.85%。

(2)綜合污染指數評價結果表明，殷村港入湖口，沙塘港入湖口和太滆運河入湖口平均綜合污染指數均為0.70～1.00，根據地表水水質分級標準屬于中污染區。3條入湖口水質情況是殷村港入湖口最好，其次為太滆運河入湖口，沙塘港入湖口最差。入湖河流周邊城鎮污水處理廠尾水排放的較高濃度營養鹽，以及部分未納入管理的面源污染是入湖口水質污染較為嚴重的重要因素[15]。

(3)綜合營養指數評價結果表明，3條入湖口水質營養狀態指數差別不大，均為63.6～64.8，屬于中度富營養狀態。其中TN、TP和SD營養狀態指數較高，是影響整個水質綜合富營養指數較高的主要原因。近年來，隨著各入湖河流周邊經濟的快速發展，城鎮規模的擴張，人口和企業數量的增加，各種點源和面源污染隨著入湖河流排放至竺山湖，使得各入湖口TN和TP濃度較高。3條入湖口水質中Chl-a和CODMn營養狀態指數較低，各入湖口富營養化的出現與總體水質N、P含量的偏高有直接關系。

(4)綜上所述，3條入湖河流對竺山湖富營養化的主要貢獻在于TP和TN的輸送。考慮到3條入湖河流的功能性，建議從以下4個方面對N、P污染物進行削減：①加強農業和徑流面源污染的管理，降低肥料向地表水的轉移；②推進農村分散式生活污水處理，有效削減分散式點源的貢獻；③提高鎮污水處理廠尾水排放要求，降低尾水對地表水污染物的貢獻；④強化入湖河流的生態修復以恢復水體功能，減少內源污染。

參考文獻

[1] 黃漪平.太湖水環境及其污染控制[M].北京：科學出版社，2001.

[2]HUWP.AreviewofthemodelsforLakeTaihuandtheirapplicationinlakeenvironmentalmanagement[J].Ecologicalmodelling，2016，319：9-20.

[3] 吳雅麗，許海，楊桂軍，等.太湖水體氮素污染狀況研究進展[J].湖泊科學，2014，26(1)：19-28.

[4]LUCIEG.DoingbattlewiththegreenmonsterofTaihuLake[J].Science，2007，3178(317)：1166.

[5]CAILL，ZHUGW，ZHUMY，etal.EffectsoftemperatureandnutrientsonphytoplanktonbiomassduringbloomseasonsinTaihuLake[J].Waterscienceandengineering，2012，5(4)：361-374.

[6]YANGM，YUJW，LIZL，etal.TaihuLakenottoblameforWuxi'swoes[J].Science，2008，1(319)：158.

[7] 朱廣偉.太湖富營養化現狀及原因分析[J].湖泊科學，2006，20(1)：21-26.

[8]LIUYM，CHENW，LIDH，etal.Cyanobacteria-/cyanotoxin-contaminationsandeutrophicationstatusbeforeWuxiDrinkingWaterCrisisinLakeTaihu，China[J].Journalofenvironmentalsciences，2011，23(4)：575-581.

[9] 唐兆民.太湖竺山灣水沉積物界面底泥理化性狀測定分析 [J].江蘇農業學，2015(6)：311-314.

[10] 國家環境保護總局.地表水環境質量標準：GB3838-2002 [S].北京：中國環境科學出版社，2002.

[11] 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法 [M].4版.北京：中國環境科學出版社，2002.

[12] 鐘振宇，陳燦.洞庭湖水質及富營養狀態評價[J].環境科學與管理，2011，36(7)：169-174.

[13] 王明翠，劉雪芹，張建輝.湖泊富營養化評價方法及分級標準 [J].中國環境監測，2002，18(5)：47-49.

[14] 金相燦.中國湖泊環境：第1～3冊[M].北京：海洋出版社，1995.

[15] 成芳，凌去非，徐海軍，等.太湖水質現狀與主要污染物分析 [J].上海海洋大學學報，2010，19(1)：105-110.

Water Quality and Eutrophication Evaluation of Main Estuary for Zhushan Lake

WANG Feng1, QIAN Zhuang1, ZHANG Zhou2et al

(1. The Environmental Science Research Institute of Wuxi, Wuxi, Jiangsu 214000; 2. School of Environmental and Civil Engineering, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214122)

Abstract[Objective] Taking the main estuaries of Zhushan Lake as the research object, water quality and eutrophication status were evaluated. [Method] Water quality in three main estuaries was monitored for three consecutive years. Monitoring results referred to the IV water quality standard in Basic Analytical of Environmental Quality for Surface Water in China (GB 3838—2002). Evaluation was carried out by the single factor evaluation method, comprehensive pollution index method and comprehensive nutritional index method. [Result] Results of single factor evaluation method showed that only the single pollution index of BOD5 in Shatang estuary was higher than 1.00. Sandard-exceeding rates of NH4+-N and BOD5 (monthly average) in three estuaries were in the range of 35.56%-41.67% and 25.00%-52.78%, respectively. All the TP indexes were under the level of the IV water quality standard. Results of comprehensive pollution index method showed that the comprehensive pollution indexes of all the estuaries were within the range of 0.70-1.00, and water quality of Yincungang estuary and Taige estuary was a little better than those of Shatanggang estuary. Result of comprehensive nutrition index showed that the water quality of three estuaries were in the state of moderate eutrophication with the nutrition state indexes ranging from 63.6-64.8. Among them, TN, TP and SD contributed most to the nutrition state index, while Chl-a and CODMncontributed less. Since a large amount of N and P were accumulated in three estuaries, nutritional indexes of TN and TP were relatively high; the Chl-a and CODMnconcentration was controlled well. Thus, the two nutritional indexes in estuaries were relatively low.[Conclusion] The main exogenous contribution causing the eutrophication of Zhushan Lake is the TP and TN input of inflowing rivers. Therefore, we should strengthen the control of N and P contaminants of inflowing rivers.

Key wordsZhushan Lake; Estuary; Water quality evaluation; Eutrophication

基金項目國家“十二五”水體污染控制與治理科技重大專項子課題(2012ZX07101-006；2013ZX07101-014)。

作者簡介汪鋒(1970- )，男，江蘇宜興人，工程師，從事環境質量管理和評價方面的研究。

收稿日期2016-02-24

中圖分類號S 181

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)12-064-04