衡水市水源區(qū)入湖河流水質(zhì)變化特征研究

齊榮斌

(河北省衡水水文勘測(cè)研究中心，河北 衡水 053000)

隨著人口的快速增長(zhǎng)和水資源的惡化，可利用的飲用水取水資源變得越來(lái)越緊缺，特別是在我國(guó)[1]。河流富營(yíng)養(yǎng)化成為水生態(tài)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著人類的用水安全[2]。河流是湖泊水量的重要補(bǔ)給來(lái)源[3]。湖泊是調(diào)節(jié)河川徑流、發(fā)展灌溉、提供工業(yè)和飲用水的重要水源地[4]。湖泊發(fā)生水污染將導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[5-6]。因此，本文以衡水市重要飲用水源地衡水湖為研究載體，以入湖的兩條重要河流滏陽(yáng)河和滏陽(yáng)新河為研究對(duì)象，研究入湖河流水質(zhì)的季節(jié)和空間變化，為未來(lái)衡水湖水質(zhì)保護(hù)提供參考。

1 數(shù)據(jù)采集

本文在滏陽(yáng)河和滏陽(yáng)新河匯合口附近設(shè)置7個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的編號(hào)為W1-W7，采用點(diǎn)分布見(jiàn)圖1。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖

2 結(jié)果分析

2.1 環(huán)境因子變化

研究區(qū)域水溫受氣溫的影響顯著。夏季、冬季、春季和秋季的平均溫度分別為27.5℃、4℃、15℃和15℃。沿河水溫、氧化還原電勢(shì)和溶解氧(DO)的季節(jié)性變化見(jiàn)圖2。由圖2可以看出，在各監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，沿水流方向各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度僅變化1℃； DO的含量受溫度的影響較大，冬季凍結(jié)前約為10 mg/L，秋季凍結(jié)前約為8 mg/L。夏季的DO含量較低，平均為5 mg/L，但受藻類光合作用的影響，其最大值達(dá)到10 mg/L。隨著進(jìn)水口范圍的擴(kuò)大，水向下游緩慢流動(dòng)，特別是滏陽(yáng)河和滏陽(yáng)新河匯合后，這種緩慢的流動(dòng)削弱了水的自凈能力，促進(jìn)了藻類的生長(zhǎng)，因此溶解氧的含量略有增加。除夏季外，研究區(qū)內(nèi)水的氧化還原電勢(shì)均大于300 mV；在每個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，沿流動(dòng)方向監(jiān)測(cè)點(diǎn)的氧化還原電勢(shì)呈顯著下降趨勢(shì)；沿河流動(dòng)方向pH值的季節(jié)性變化見(jiàn)圖3。

圖2 沿河水溫、氧化還原電勢(shì)和溶解氧的季節(jié)性變化

圖3 沿河流動(dòng)方向pH值的季節(jié)性變化

由圖3可以看出，在春季和夏季，研究區(qū)域的pH值較高，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的pH值均大于7，變化范圍為7.44～9.81；在監(jiān)測(cè)期間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)W6和W7的pH值超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[7]中規(guī)定的允許值； 滏陽(yáng)河和滏陽(yáng)新河匯合后，pH值沿流動(dòng)方向越來(lái)越大，并呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)；pH與葉綠素a之間存在顯著的相關(guān)性，在采樣點(diǎn)W6和W7處的相關(guān)系數(shù)分別為0.73和0.78。沿河流動(dòng)方向電導(dǎo)率和溶解性總固體(TDS)的季節(jié)性變化見(jiàn)圖4。由圖4可以看出，電導(dǎo)率變化較大，并且具有與TDS相同的變化趨勢(shì)；監(jiān)測(cè)年份的電導(dǎo)率變化范圍為463.1～1 046 μS/cm，呈顯著變化趨勢(shì)。從上游到下游，EC值逐漸降低，總?cè)芙夤腆w濃度顯著下降。

圖4 沿河流動(dòng)方向電導(dǎo)率和溶解性總固體的季節(jié)性變化

2.2 離子變化

在河流的不同位置，離子組成存在明顯差異。沿河主要陽(yáng)離子和陰離子的季節(jié)性變化見(jiàn)圖5。由圖5可以看出，滏陽(yáng)河和滏陽(yáng)新河匯合后，河水在下游緩慢放寬，導(dǎo)致離子濃度發(fā)生變化，尤其是Na+、Ca2+、SO42-和HCO3-。進(jìn)水區(qū)的主要水化學(xué)類型為Na·Ca-HCO3·Cl。 Na+和Cl-相對(duì)穩(wěn)定，只有在河流匯合后濃度才顯著下降。 Mg2+和SO42-在夏季減少，在冬季增加，但在春季和秋季沿河沒(méi)有明顯變化。在監(jiān)測(cè)期間河流匯合后， Ca2+和HCO3-減少，而CO32-增加。

圖5 沿河主要陽(yáng)離子和陰離子的季節(jié)性變化

2.3 營(yíng)養(yǎng)成分

目前的研究表明，水中的氮(N)和磷(P)直接決定藻類的繁殖速率并影響水體富營(yíng)養(yǎng)化的過(guò)程，因此它們是富營(yíng)養(yǎng)化的主要控制因素[8-9]。沿河養(yǎng)分的季節(jié)性變化見(jiàn)圖6。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，河流中的總氮(TN)濃度高于V級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)值。根據(jù)總磷的濃度，兩條河流僅在秋冬季節(jié)交匯后，水質(zhì)才優(yōu)于IV級(jí)水標(biāo)準(zhǔn)，而其他時(shí)間所有樣品的水質(zhì)均低于V級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在研究區(qū)域內(nèi)，TP在秋季最低，最低濃度為0.11 mg/L；冬季水平最高，達(dá)1.69 mg/L；在整個(gè)監(jiān)測(cè)期間，TP的平均濃度為0.7 mg/L；在相交之前，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的TP除秋季以外均大于0.4 mg/L，并在下游持續(xù)降低；下游TP的范圍為0.1～0.4 mg/L；總可溶性磷含量的變化趨勢(shì)與總磷的趨勢(shì)一致；總可溶性磷濃度為0.05～0.1 mg/L，低于TP；夏季總氮(TN)較低，冬季總氮(TN)較高，夏季最低濃度為3.98 mg/L，冬季最高為19.33 mg/L；除夏季外，包含氨氮(NH4-N)、硝酸鹽氮(NO3-N)和亞硝酸鹽氮(NO2-N)在內(nèi)的可溶性氮超過(guò)總氮的90%。硝酸鹽是TN的主要成分，決定了TN的變化趨勢(shì)。在入湖處，NO3-N和TN在監(jiān)測(cè)期內(nèi)呈上升趨勢(shì)；從2019年8-11月，TN低于城市循環(huán)水回用規(guī)定的15 mg/L水平，達(dá)到景區(qū)環(huán)境用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 18921-2002)[10]。2019年12月之后，TN的濃度大于建議值。NO3-N和TN在起點(diǎn)(W1)處較高，而在下游處較低；NH4-N濃度隨季節(jié)變化，夏季低于冬季；由于東側(cè)滏陽(yáng)河補(bǔ)給水中的NH4-N濃度較低，因此所研究的河流中NH4-N的背景值較低；在大多數(shù)情況下，NH4-N的濃度低于1 mg/L，沿河沿線變化不大；沿河的NO2-N增加，特別是在兩條河匯合后。

圖6 沿河養(yǎng)分的季節(jié)性變化

3 結(jié) 論

1) 研究區(qū)的pH值變化受藻類的影響程度較大。 pH與葉綠素a之間存在顯著的相關(guān)性，在采樣點(diǎn)W6和W7處的相關(guān)系數(shù)分別為0.73和0.78。藻類的光合作用和硝酸鹽的反硝化都會(huì)導(dǎo)致pH值增加。

2) 氮和磷的變化主要受藻類同化的影響。藻類在春季和夏季生長(zhǎng)迅速，由于其強(qiáng)大的同化作用，溶解的鹽分減少了。春季和夏季的大多數(shù)成分濃度(尤其是營(yíng)養(yǎng)素)都低于秋季和冬季。

3) 在大多數(shù)情況下，NH4-N的濃度低于1 mg/L，沿河沿線變化不大。