河西走廊東段武威市總氮總磷時(shí)空污染分析

李璐 賈維平 陳萌萌

摘要 選擇2006—2017年甘肅省武威市水庫(kù)和地表水的TN、TP濃度進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，2006—2017年5個(gè)水庫(kù)及斷面TN變化呈先下降后上升趨勢(shì)，TN平均濃度為1.726 mg/L，變化幅度為0.360～5.063 mg/L，總磷呈平穩(wěn)下降趨勢(shì)，TP平均濃度為0.151 mg/L，變化幅度為0.110～0.453 mg/L;5個(gè)水庫(kù)及斷面濃度季節(jié)差異與干旱濕季的變化一致，地表水TN、TP濃度與降雨量的相關(guān)性較低;5個(gè)水庫(kù)及斷面12年空間差異明顯，富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，其中石羊河扎子溝斷面TN、TP均常年超標(biāo)，是該區(qū)域環(huán)境監(jiān)管的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 水庫(kù)水質(zhì);地表水;總氮總磷;河西走廊東段

中圖分類號(hào) X524文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）19-0073-05doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.022

Abstract TN and TP content of reservoirs and surface water in Wuwei City of Gansu Province were studied. The results show that?? TN? concentration? of the five reservoirs and sections decreased first and then increased during? 2006-2017， and the average concentration of TN was 1726 mg/L， the amplitude was 0.360-5.063 mg/L， the total phosphorus was a steady downward trend， the average concentration of TP was 0.151 mg/L， the amplitude was 0.110-0.453 mg/L;the seasonal differences of concentrations in 5 reservoirs and sections were consistent with the changes in dry and wet seasons， and the correlation between TN and TP concentrations of surface water and rainfall was relatively low. The spatial difference of the five reservoirs and sections in 12 years was obvious， and eutrophication was serious. Among them，? TN and TP content in the Zazigou section of Shiyang river exceed the standard all year round， which was the key point of environmental supervision in this region.

Key words Reservoir water quality;Surface water;Total nitrogen total phosphorus;East section of Hexi corridor

隨著人口數(shù)量不斷增長(zhǎng)，工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)江河湖海的污染日益嚴(yán)峻[1-5]，生活污水、農(nóng)田廢水、農(nóng)藥化肥淋失、城鎮(zhèn)地表徑流、礦區(qū)和建筑區(qū)地表徑流等隨河流和雨水進(jìn)入水體后造成富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致地表水和水庫(kù)氮磷的超標(biāo)[6-7]。水循環(huán)系統(tǒng)的健康被破壞，加重了水資源的短缺，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和人們正常的生產(chǎn)生活。生態(tài)環(huán)境惡化帶來的一系列問題已經(jīng)引起了我國(guó)政府和學(xué)者的高度關(guān)注[8-9]，但在西部中小城市尤其欠發(fā)達(dá)城鎮(zhèn)的面源污染動(dòng)態(tài)及來源的研究并未引起足夠的重視[10-12]。筆者通過分析2006—2017年武威市面源污染動(dòng)態(tài)規(guī)律[13]，總結(jié)了該地區(qū)總氮總磷負(fù)荷的時(shí)空變化，對(duì)實(shí)現(xiàn)武威的鄉(xiāng)村振興計(jì)劃和進(jìn)一步提升水庫(kù)水資源的保護(hù)以及下階段加強(qiáng)工程、法律、經(jīng)濟(jì)和管理政策等綜合監(jiān)管手段提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

武威位于甘肅省中部、河西走廊東端，位于101°49′～104°43′E，36°09′～39°27′N，地處青藏、黃土、蒙新三大高原交匯地帶，境內(nèi)有灌溉綠洲、荒漠、高山草地、祁連山天然水源涵養(yǎng)林帶及沙漠、淺山地帶。總面積33 236 km2，其中耕地面積25.6萬hm2，草地面積236.87萬hm2。武威市總?cè)丝?97.65萬人，其中農(nóng)業(yè)人口155.82萬人。武威市河流分屬黃河和石羊河兩大流域，石羊河流域位于中上游，由于石羊河流域水資源稀缺，水資源已成為武威市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的首要制約因素。石羊河水系流入武威市較大的河流有大靖河、古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營(yíng)河等。流域面積29 135.55 km2（圖1）。

1.2 數(shù)據(jù)來源

依據(jù)2006—2017年武威市主要河流水系或水庫(kù)（表1），石羊河（扎子溝、紅崖山）、黃羊河（黃羊水庫(kù)）為國(guó)控?cái)嗝妫瑘?zhí)行Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn);西營(yíng)河（西營(yíng)水庫(kù)）為省控?cái)嗝妫瑘?zhí)行Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn);金塔河（南營(yíng)水庫(kù)）為省控?cái)嗝妫瑘?zhí)行Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)為2006—2017年武威市環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書[14-16]中TN、TP監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。其中TN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-89）測(cè)定，TP采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-89）測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析均采用SPSS 18.0和Excel2013統(tǒng)計(jì)軟件，并用Origin 8.0軟件進(jìn)行圖像繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 水庫(kù)及斷面地表水總氮總磷的年度變化

由圖2可知，2006—2017年黃羊水庫(kù)地表水TN濃度總體呈平穩(wěn)上升趨勢(shì)。2012年濃度最高，南營(yíng)水庫(kù)地表水屬于正常，總體TN濃度趨于平穩(wěn)，其中2010年略有上升。2010年后西營(yíng)水庫(kù)地表水TN濃度上升，2016年濃度最高，其中2006—2010年，TN濃度超標(biāo)0.15倍，2010—2015年，TN濃度超標(biāo)0.2倍，2015—2017年，TN濃度超標(biāo)0.55倍，總體TN濃度呈上升趨勢(shì)。

紅崖山水庫(kù)斷面地表水TN濃度總體呈平穩(wěn)趨勢(shì)，其中2006—2010年，TN濃度超標(biāo)0.339倍，除2017年TN濃度未超標(biāo)，年總體TN達(dá)標(biāo)。石羊河扎子溝斷面地表水呈下降趨勢(shì)，2006—2010年，TN濃度超標(biāo)2.043倍，2015—2017年，TN濃度超標(biāo)0.675倍，總體TN濃度仍超標(biāo)。斷面地表水TN濃度偏高原因：由于武威地區(qū)的地表水水文特征普遍存在流量小，流程短，流量因季節(jié)、降水等因素影響大的特點(diǎn)，因此水質(zhì)穩(wěn)定性較差，自凈能力弱，環(huán)境容量小，納污量小，容易造成污染。

根據(jù)武威地區(qū)環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書12年數(shù)據(jù)，石羊河扎子溝斷面地表水2006—2010年，TP濃度超標(biāo)2.804倍，2010—2015年，TP濃度超標(biāo)1.508倍，2016—2017年TP濃度超標(biāo)1.4倍，總體TP濃度呈下降趨勢(shì)，但仍超標(biāo)。紅崖山水庫(kù)斷面地表水屬于III類標(biāo)準(zhǔn)，其中2006—2010年，TP濃度超標(biāo)0.5倍，2010—2015年，TP濃度超標(biāo)0.196倍，2015—2017年，TP濃度未超標(biāo)，總體TP濃度呈下降趨勢(shì)。武威地區(qū)以造紙、食品、紡織、煤炭、化工、建材六大行業(yè)為主，其中以造紙行業(yè)排廢水量最大。3個(gè)水庫(kù)工業(yè)廢水及其主要污染物的排放總量均呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，生活污水及主要污染物隨著城鎮(zhèn)人口的增加而呈上升趨勢(shì)。

2.2 水庫(kù)及斷面地表水總氮總磷的月變化特征

以2017年為例，就4大水庫(kù)及斷面地表水的總氮總磷情況具體分析。5大水庫(kù)及斷面總氮月變化總體呈先上升后下降再上升的趨勢(shì)，而扎子溝斷面總氮峰值出現(xiàn)在5、6月，濃度達(dá)6 mg/L，10—12月濃度為4.23 mg/L，四大水庫(kù)及斷面總磷月變化總體呈平穩(wěn)趨勢(shì)，扎子溝斷面2017年監(jiān)測(cè)超標(biāo)項(xiàng)目為總磷，超標(biāo)月份為2、6和7月，分別超過地表水Ⅲ類考核目標(biāo)要求的0.485、0.400和0.150倍（圖4）。

2.3 水庫(kù)及斷面地表水氮磷污染的季節(jié)特征

武威市地表水TN、TP濃度具有很強(qiáng)的時(shí)間變異性，不同季節(jié)TN、TP 濃度表現(xiàn)為春夏濃度低，秋冬濃度高，季節(jié)變化分為枯水期（12—2月）、平水期（8—10月）、豐水期（3—7月），與武威當(dāng)?shù)赜昙尽⒑导据^一致。根據(jù)當(dāng)?shù)赜晁康牟煌魉畮?kù)采樣點(diǎn) TN、TP 的濃度變化見圖5。由圖5可知，豐水期和枯水期的TN平均濃度分別為1.18、1.78 mg/L，TP平均濃度分別為0.05、0.09 mg/L。可見武威市國(guó)控?cái)嗝嫠畮?kù)枯水期較豐水期 TN、TP 污染嚴(yán)重，TN、TP的月變化趨勢(shì)除扎子溝斷面水庫(kù)斷面其他水庫(kù)與空間變化趨勢(shì)大致相同。

5大水庫(kù)及斷面2017年春季、夏季為豐水期，降雨量較高（表2），TN月平均濃度為1.11～1.78 mg/L，其中降雨量最大的7月，其TN濃度最低為0.51 mg/L，而降雨量最低的是10—12月，其 TN 濃度最高為4.64 mg/L;枯水期河水TN月平均濃度最高為1.78 mg/L，出現(xiàn)在降雨量接近最大的5—7月，水庫(kù)TN月平均濃度為0.24～1.18 mg/L，濃度較豐水期低，這主要是由于工業(yè)點(diǎn)源、畜禽養(yǎng)殖和生活污水排放量在年內(nèi)基本保持不變，而地表徑流帶入的氮磷量隨降雨強(qiáng)度變化，枯水期較豐水期地表徑流氮等非點(diǎn)源氮源對(duì)河水氮貢獻(xiàn)減少，主要受點(diǎn)源氮輸入的影響，而扎子溝斷面常年偏高，主要是屬石羊河下游水系，斷面來水主要為天然河道來水和市污水處理廠排放的廢水，除汛期外，天然河道來水量較小，對(duì)市污水處理廠排放的廢水（日均5萬m3）稀釋效果有限，且污水處理廠廢水排放標(biāo)準(zhǔn)主要污染物濃度高于地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值，市污水處理廠排放廢水是下游扎子溝斷面總磷超標(biāo)的主要原因。

河水TN、TP月平均濃度與總降雨量的關(guān)系見圖6，相關(guān)系數(shù)r=-0.011（P=0.736）、r=-0.201（P>0.05），說明水庫(kù)TN、TP濃度與降雨量的相關(guān)性小，影響顯著，表現(xiàn)為降雨量對(duì)河水TN、TP濃度不具有明顯的稀釋效應(yīng)。武威屬典型的溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，干旱少雨，年平均氣溫7.8 ℃，降水量60～610 mm，蒸發(fā)量1 400～3 010 mm，日照2 200～3 030 h。從武威降水方面看，蒸發(fā)量大于降水量，屬于干旱性氣候。

2.4 水庫(kù)及斷面地表水總氮總磷的空間變化

扎子溝、紅崖山作為武威市石羊河流域主要水庫(kù)斷面，由北向南經(jīng)分支為西營(yíng)河（西營(yíng)水庫(kù)）、黃羊河（黃羊水庫(kù)）、金塔河（南營(yíng)水庫(kù)），同一時(shí)期水庫(kù)斷面TN、TP具有很強(qiáng)的空間變異性，扎子溝斷面位于石羊河流域下游，12年TN平均濃度為1.726 mg/L，變化范圍為0.360～5.063 mg/L，TP平均濃度為0.151 mg/L，變化范圍為0.110～0.453 mg/L，污染嚴(yán)重，主要原因?yàn)閿嗝鎭硭饕獮樘烊缓拥纴硭褪形鬯幚韽S排放的廢水，而2010—2015年的污染狀況較2006—2010年污染明顯減輕，主要原因：一是完成了武威市污水處理廠達(dá)標(biāo)升級(jí)改造工程，武威市污水處理廠的改建使城市生活污水能夠達(dá)標(biāo)排放，從而使水庫(kù)污染減輕;二是建成投運(yùn)武威工業(yè)園區(qū)、黃羊工業(yè)園區(qū)、寬溝工業(yè)園區(qū)等25家企業(yè)的污水處理廠，針對(duì)性地對(duì)污水的種類單獨(dú)處理;三是關(guān)停黃羊河亞麻廠等10家企業(yè)，特種生產(chǎn)制造企業(yè)對(duì)水質(zhì)環(huán)境的影響較為嚴(yán)重。紅崖山水庫(kù)12年TN平均濃度為0.811 mg/L，變化范圍為0.308～2.114 mg/L，TP平均濃度為0.062 mg/L，變化范圍為0.038～0.121 mg/L，污染較嚴(yán)重。其他水庫(kù)周圍污染源較少，水質(zhì)自凈能力強(qiáng)，TN、TP濃度較穩(wěn)定（圖7）。

2.5 TN、TP污染特征

2.5.1 水體總氮污染。

在環(huán)境水質(zhì)分析中，總氮是判斷飲用水、水源水、地表水污染程度的重要指標(biāo)之一[17]，扎子溝斷面TN的年均變化在0.302～5.063 mg/L，超出Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。其主要來源：工業(yè)廢水及生活污水的排放，且排放總量呈逐年上升趨勢(shì)。其他水庫(kù)TP呈平穩(wěn)下降趨勢(shì)，且氨氮在厭氧條件下也會(huì)轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮;飲用水中硝酸鹽氮在人體內(nèi)經(jīng)硝酸還原菌作用后被還原為亞硝酸鹽氮，毒性將擴(kuò)大為硝酸鹽毒性的11倍。

2.5.2 水體總磷污染。

水中磷主要來源為生活污水、化肥、有機(jī)磷農(nóng)藥及近代洗滌劑所用的磷酸鹽增潔劑等。磷酸鹽會(huì)干擾水廠中的混凝過程。扎子溝斷面TP在0.110～0.452 mg/L，超出Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。其他水庫(kù)TP呈平穩(wěn)下降趨勢(shì)，市污水處理廠排放廢水是下游扎子溝斷面總磷超標(biāo)的主要原因。需加強(qiáng)石羊河扎子溝斷面上游河道生態(tài)環(huán)境[18]治理工程建設(shè)以及扎子溝地表水監(jiān)測(cè)斷面上游河道及兩側(cè)紅線范圍內(nèi)工業(yè)點(diǎn)源、農(nóng)業(yè)面源、養(yǎng)殖場(chǎng)（小區(qū)）廢棄物、散養(yǎng)放養(yǎng)及畜禽糞便、居民生產(chǎn)生活垃圾的監(jiān)管[19-20]。

2.5.3 水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化。

氮磷污染是影響水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因[20]，水庫(kù)等水體中氮磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過多所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。當(dāng)水體中總氮、總磷的濃度達(dá)020和0.02 mg/L時(shí)，可能發(fā)生“水華”現(xiàn)象[21]。四大水庫(kù)及斷面不同月份水庫(kù)總氮總磷濃度平均為1.328和0.127 mg/L，超出標(biāo)準(zhǔn)為6.64、6.35倍，很有可能發(fā)生水華現(xiàn)象。

3 結(jié)論

（1）年際變化。扎子溝斷面總氮、總磷2006—2009年嚴(yán)重污染，2010—2016年下降為輕度污染。紅崖山水庫(kù)水質(zhì)污染變化呈逐年好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，屬于輕污染。其余3個(gè)水庫(kù)斷面黃羊水庫(kù)、南營(yíng)水庫(kù)、西營(yíng)水庫(kù)水質(zhì)從2010年后變化平穩(wěn)，南營(yíng)水庫(kù)、西營(yíng)水庫(kù)水質(zhì)達(dá)III類標(biāo)準(zhǔn)，黃羊水庫(kù)達(dá)II類標(biāo)準(zhǔn)。

（2）季節(jié)變化。5個(gè)水庫(kù)TN濃度從季節(jié)上看表現(xiàn)為秋季>冬季>春季>夏季。TP表現(xiàn)為冬季>夏季>春季>秋季，從水期看，枯水期濃度高，豐水期濃度低，但相關(guān)性差，主要是由于各水庫(kù)周邊污染物和污染類型不同，總氮總磷濃度隨之變化。

（3）空間變化。從水庫(kù)在流域的分布可見，同一時(shí)期不同水庫(kù)的總氮、總磷的變規(guī)律不同，這與每個(gè)水庫(kù)所處的位置及周邊的生產(chǎn)生活布局不同有關(guān)，地表水?dāng)嗝鎻纳嫌蔚较掠蚊嬖次廴緶p輕，與水體的自凈、遷移擴(kuò)散等水體生態(tài)系統(tǒng)的代謝有關(guān)，也與環(huán)境監(jiān)管的力度增加有關(guān)。

（4）五大水庫(kù)及斷面總氮、總磷處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，加強(qiáng)市區(qū)污染水體的全收集、全處理，把水體的治理作為鄉(xiāng)村振興計(jì)劃[22]的主要內(nèi)容。

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