城市河流水質(zhì)時(shí)空變化及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)：以深圳河及新洲河流域?yàn)槔?/h1>
2021-04-06 02:27:30崔志杰馮明軍孔祥虹
綠色科技 2021年4期 關(guān)鍵詞：水質(zhì)
崔志杰,馮明軍,胡 清,符 鴻,孔祥虹,張 敏
(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，湖北 武漢 430070；2. 南方科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 深圳 518055； 3.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢 430072)
1 引言
城市河流是水體系統(tǒng)的重要組成部分。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變革，城市規(guī)模迅速擴(kuò)張，人口逐漸飽和，致使大量的污水、廢水排放進(jìn)入自然水體，水污染問題日益突出。經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源的需求超過水體總量，人口增加侵蝕了水體空間、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)排放的污染物損害水體質(zhì)量[1]。因此，城市流域水體的水質(zhì)時(shí)空變化特征的調(diào)查與分析對(duì)水污染治理及經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略具有重要意義。
深圳市位于廣東省東南部，全年溫度在0 ℃以上，降雨豐富，雨量時(shí)空分布不均勻，水期分明[2]。深圳河面積為312.5 km2，全長(zhǎng)超過37 km，年凈流量大，達(dá)到14625萬m3，是深圳市5大流域之一。新洲河發(fā)源于梅林水庫(kù)，一直南下至福田區(qū)匯入深圳灣，河道全長(zhǎng)7.8 km，流域面積為21.5 km2[4]。深圳河及新洲河流域?yàn)樯钲谑辛_湖區(qū)、龍崗區(qū)和福田區(qū)3個(gè)行政區(qū)[5]的人口、工農(nóng)業(yè)等提供了絕大部分水源，工農(nóng)業(yè)廢水和生活垃圾排放進(jìn)入河流，水質(zhì)惡化。近20年內(nèi)，深圳城市化的過程中，入河污水排放量增幅為2.56倍[6]；水質(zhì)超過國(guó)家地表水的Ⅴ類水質(zhì)[1]。深圳市為改善流域水環(huán)境質(zhì)量，開展了一系列整治措施，如修建生態(tài)工程、整治污水排污口、改造排水管網(wǎng)和修建污水處理廠和凈化廠等，整體水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)。
2 材料與方法
2.1 監(jiān)測(cè)斷面及數(shù)據(jù)來源
本文2017～2018年的水質(zhì)數(shù)據(jù)來源為深圳市水質(zhì)達(dá)標(biāo)關(guān)鍵斷面的“一周一測(cè)”和“一日一測(cè)”等相關(guān)文件，2019年的水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)是現(xiàn)場(chǎng)采樣分析所得。本研究的水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面涵蓋整個(gè)深圳河流域及新洲河流域的關(guān)鍵斷面共110個(gè)。另外依據(jù)流域的實(shí)際情況，并遵守?cái)?shù)據(jù)具有代表性，采樣斷面盡量重合2017～2018年水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的原則，在2019年6、9月進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣，監(jiān)測(cè)斷面總共布設(shè)35個(gè)，其中新洲河流域4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，深圳河流域31個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。本文所有的監(jiān)測(cè)斷面如圖1所示。
2.2 樣品采集與分析
現(xiàn)場(chǎng)采樣用采水器采集河流表層0.5 m深處的水樣，放于1L聚乙烯水樣瓶保存，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的分析測(cè)定；pH值和DO等指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定。水體化學(xué)指標(biāo)測(cè)定參照《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)，具體的分析方法如表1。
2.3 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法
本文選擇對(duì)數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)公式計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)，評(píng)價(jià)深圳河流域及新洲河流域的水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[9]。具體計(jì)算公式如下：
圖1 深圳河流域及新洲河流域監(jiān)測(cè)斷面分布
表1 水體理化指標(biāo)分析方法
(1)
式(1)中,Wj是對(duì)指標(biāo)j的歸一化的權(quán)重值，本研究將各指標(biāo)視作等權(quán)重；EIj為指標(biāo)j的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)普遍適用性指數(shù)；xj為不同指標(biāo)j的規(guī)范值；j代表水樣的不同水質(zhì)理化指標(biāo)。此公式評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)如表2所示。
表2 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)等級(jí)
2.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析
根據(jù)深圳市河流水文變化特征[10]和珠江流域亞熱帶季風(fēng)氣候[2]變化，現(xiàn)將深圳市河流的水期分為豐水期(5～9月)、平水期(3～4、10～11月)和枯水期(12～2月)三個(gè)水期。
所有數(shù)據(jù)采用R語言(R Core Team 2020, https://www.R-project.org/)和ArcGIS 10.2進(jìn)行顯著性或相關(guān)性分析，并繪制成圖表。
3 結(jié)果與討論
3.1 時(shí)間變化
3.1.1 水期變化
3.1.2 年際變化
3.2 空間變化
3.2.1 化學(xué)需氧量
根據(jù)2017～2019年的水質(zhì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，深圳河流域CODCr濃度高值主要集中在中北部流域，分別為布吉污水處理廠和埔地嚇污水處理廠沿岸上游河流、福田河中上游、深圳河干流與筆架山河等三條河流交匯處和皇崗河，其余水域濃度較低；平水期、枯兩個(gè)水期的空間變化趨勢(shì)大體一致，CODCr濃度較低的區(qū)域分布在深圳水庫(kù)周圍、蓮塘河沿岸和福田河中下游。絕大部分流域濃度超過40 mg/L，污染嚴(yán)重，為Ⅴ類水質(zhì)。新洲河流域3個(gè)水期的空間特征變化保持一致性，該流域從上游到下游CODCr濃度表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，最高值超過40 mg/L，為劣Ⅴ類水質(zhì)(圖4)。
圖2 深圳河流域及新洲河流域不同水期CODCr，和TP變化特征(p>0.05)
圖3 深圳河流域及新洲河流域CODCr，和TP含量的年際變化(p<0.01)
3.2.2 氨氮
3.2.3 總磷
從圖6可知，深圳河流域和新洲河流域TP濃度空間變化特征明顯。豐水期和平水期、枯兩個(gè)水期分布差異較大，流域的TP在豐水期的變化幅度大，在平、枯水期的幅度變化小。
圖4 深圳河流域及新洲河流域2017～2019年不同水期CODCr的空間分布特征
圖5 深圳河流域及新洲河流域2017～2019年不同水期氨態(tài)氮的空間分布特征
豐水期，深圳河流域TP濃度的高值主要集中在布吉河污水處理廠北部流域、筍崗滯洪區(qū)南部流域、福田河中上游、深圳河干流及皇崗河地區(qū)，濃度值大于0.30 mg/L，為Ⅴ類水質(zhì)，其余水域濃度較低。平水期、枯水期的TP濃度低值主要分布在蓮塘河中上游和深圳水庫(kù)周圍及上游山地地區(qū)，其他水域TP濃度含量較高，最高值達(dá)到3.87 mg/L，遠(yuǎn)超過國(guó)家地表劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)19.35倍。新洲河流域從上游到下游沿著干流方向TP濃度從0.01 mg/L逐漸增加3.87 mg/L，水質(zhì)惡化(圖6)。
3.3 流域水體的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)
統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，深圳河流域及新洲河流域EI在不同水期之前無顯著性差異(圖7a)；流域水體EI值在2017～2019年間存在極顯著性差異(圖7b，p<0.01)，且流域的EI指數(shù)逐年降低，表明流域富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)有逐年減弱的趨勢(shì)。2017～2019年的EI平均值分別為79.02、75.84和65.10，由極富營(yíng)養(yǎng)化變?yōu)橹馗粻I(yíng)養(yǎng)化，水體中營(yíng)養(yǎng)鹽含量減少，水體污染狀況減緩。
圖7 深圳河流域及新洲河流域綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)時(shí)間變化特征
深圳河流域及新洲河流域的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)空間分布明顯。但豐水期與平水期、枯水期存在一定差異。豐水期內(nèi)，深圳河流域富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的地區(qū)為流域中上游(沙灣河、大芬水、布吉河上游)、福田河中上游、皇崗河、深圳河干流沿岸。在平水期和枯水期，EI低值集中在深圳水庫(kù)和蓮塘河沿岸，流域其余地方EI值高，富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重。新洲河流域的EI沿干流方向從上游至下游呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)加重。總體上，深圳河流域營(yíng)養(yǎng)化程度要高于新洲河流域(圖8)。
深圳河流域及新洲河流域的富營(yíng)養(yǎng)化綜合指數(shù)(EI)范圍為23.73～147.60，平均值為76.60，兩個(gè)流域的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為重度富營(yíng)養(yǎng)化；在所有監(jiān)測(cè)斷面中，水體為富營(yíng)養(yǎng)化的監(jiān)測(cè)點(diǎn)超標(biāo)率達(dá)到98%以上。
4 討論
一般而言，水期分明的水體水質(zhì)具有明顯差異，因?yàn)樨S水期降雨量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，大量雨水進(jìn)入流域的河流，水體中原有的污染物被稀釋[11]。河流的自凈能力加強(qiáng)，通過沉降和吸附作用降低營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度。而在平水期和枯水期，河流水量減少、水分蒸發(fā)加劇了營(yíng)養(yǎng)鹽的濃縮，進(jìn)而水質(zhì)情況變差[12]。如寧波市各監(jiān)測(cè)面的污染狀況為豐水期>平水期>枯水期[13]，洞庭湖水質(zhì)變化情況呈現(xiàn)相同的水期變化特征[14]。本研究中不同水期研究結(jié)果顯示，深圳河流域及新洲河流域并不存在明顯的水期變化特征。主要原因?yàn)樯钲谑薪^大部分的河流的主要補(bǔ)水來源為污水處理廠出水，缺少其它的自然補(bǔ)水渠道，如上游來水，地下水等；并且大量人工水庫(kù)的修建，可用水體匯集在一個(gè)區(qū)域。這造成絕大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)三個(gè)指標(biāo)濃度高且差異小，從而導(dǎo)致水期之間差異降低。
圖8 深圳河流域及新洲河流域不同水期綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)空間分布特征
在城市化背景下，土地利用方式與城市流域河流的水體質(zhì)量環(huán)境緊密相關(guān)[15]。深圳作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展特區(qū)以來，城市化進(jìn)程不斷加快，城市的土地利用方式由原來的林地、天然水庫(kù)、平原等自然土地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诮?jīng)濟(jì)發(fā)展和生活居住的建筑用地，土地利用格局發(fā)生了顯著變化。在改變了自然土地的同時(shí)，也產(chǎn)生了負(fù)面的水環(huán)境效應(yīng)[16]。建筑用地在城市土地中占有的比例是影響水質(zhì)好壞的關(guān)鍵因素。一方面，在建筑用地上人口密度增加和工業(yè)的大力發(fā)展會(huì)使入河排污量劇增[17]，另一方面，大量的水泥地、瀝青公路等不透水建筑的產(chǎn)生導(dǎo)致一些污染物不能進(jìn)去土地轉(zhuǎn)化，而直接排入河流，惡化水質(zhì)[18]。本研究的空間插值圖顯示深圳河流域中北部化學(xué)需氧量、總磷和氨氮含量高，下游深圳河干流從上游到下游指標(biāo)含量增加，EI變大。這因?yàn)樯嫌魏拖掠瘟饔虻貐^(qū)多為建筑用地，工業(yè)化發(fā)達(dá)、城市化明顯(圖1)。另外，深圳河流域營(yíng)養(yǎng)化程度要高于新洲河流域，因?yàn)樯钲诤恿饔虻耐恋乩妙愋椭薪ㄖ玫卣急雀螅瑫r(shí)建成區(qū)主要分布在深圳河流域的干流及支流布吉河地區(qū)[19]。因此，流域更易受到人類活動(dòng)的影響，水體中營(yíng)養(yǎng)鹽含量大幅增加。
5 結(jié)論
(3)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)表明深圳河流域及新洲河流域處于重度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。2017～2019年，流域富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸減弱。流域具有明顯的空間變化，深圳河流域內(nèi)，豐水期相較于平水期和枯水期空間變化幅度大；深圳河流域的中部和北部、深圳河干流、福田河和皇崗河富營(yíng)養(yǎng)化相對(duì)嚴(yán)重，其余水域富營(yíng)養(yǎng)化較輕；新洲河流域從上游到下游富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷加重。深圳河流域的富營(yíng)養(yǎng)化程度高于新洲河流域。
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(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，湖北 武漢 430070；2. 南方科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 深圳 518055； 3.中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所，湖北 武漢 430072)
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城市河流是水體系統(tǒng)的重要組成部分。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)變革，城市規(guī)模迅速擴(kuò)張，人口逐漸飽和，致使大量的污水、廢水排放進(jìn)入自然水體，水污染問題日益突出。經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水資源的需求超過水體總量，人口增加侵蝕了水體空間、社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)排放的污染物損害水體質(zhì)量[1]。因此，城市流域水體的水質(zhì)時(shí)空變化特征的調(diào)查與分析對(duì)水污染治理及經(jīng)濟(jì)發(fā)展策略具有重要意義。
深圳市位于廣東省東南部，全年溫度在0 ℃以上，降雨豐富，雨量時(shí)空分布不均勻，水期分明[2]。深圳河面積為312.5 km2，全長(zhǎng)超過37 km，年凈流量大，達(dá)到14625萬m3，是深圳市5大流域之一。新洲河發(fā)源于梅林水庫(kù)，一直南下至福田區(qū)匯入深圳灣，河道全長(zhǎng)7.8 km，流域面積為21.5 km2[4]。深圳河及新洲河流域?yàn)樯钲谑辛_湖區(qū)、龍崗區(qū)和福田區(qū)3個(gè)行政區(qū)[5]的人口、工農(nóng)業(yè)等提供了絕大部分水源，工農(nóng)業(yè)廢水和生活垃圾排放進(jìn)入河流，水質(zhì)惡化。近20年內(nèi)，深圳城市化的過程中，入河污水排放量增幅為2.56倍[6]；水質(zhì)超過國(guó)家地表水的Ⅴ類水質(zhì)[1]。深圳市為改善流域水環(huán)境質(zhì)量，開展了一系列整治措施，如修建生態(tài)工程、整治污水排污口、改造排水管網(wǎng)和修建污水處理廠和凈化廠等，整體水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)。
2 材料與方法
2.1 監(jiān)測(cè)斷面及數(shù)據(jù)來源
本文2017～2018年的水質(zhì)數(shù)據(jù)來源為深圳市水質(zhì)達(dá)標(biāo)關(guān)鍵斷面的“一周一測(cè)”和“一日一測(cè)”等相關(guān)文件，2019年的水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)是現(xiàn)場(chǎng)采樣分析所得。本研究的水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面涵蓋整個(gè)深圳河流域及新洲河流域的關(guān)鍵斷面共110個(gè)。另外依據(jù)流域的實(shí)際情況，并遵守?cái)?shù)據(jù)具有代表性，采樣斷面盡量重合2017～2018年水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面的原則，在2019年6、9月進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采樣，監(jiān)測(cè)斷面總共布設(shè)35個(gè)，其中新洲河流域4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，深圳河流域31個(gè)監(jiān)測(cè)斷面。本文所有的監(jiān)測(cè)斷面如圖1所示。
2.2 樣品采集與分析
現(xiàn)場(chǎng)采樣用采水器采集河流表層0.5 m深處的水樣，放于1L聚乙烯水樣瓶保存，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的分析測(cè)定；pH值和DO等指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)定。水體化學(xué)指標(biāo)測(cè)定參照《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)，具體的分析方法如表1。
2.3 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法
本文選擇對(duì)數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)公式計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)，評(píng)價(jià)深圳河流域及新洲河流域的水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[9]。具體計(jì)算公式如下：
圖1 深圳河流域及新洲河流域監(jiān)測(cè)斷面分布
表1 水體理化指標(biāo)分析方法
(1)
式(1)中,Wj是對(duì)指標(biāo)j的歸一化的權(quán)重值，本研究將各指標(biāo)視作等權(quán)重；EIj為指標(biāo)j的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)普遍適用性指數(shù)；xj為不同指標(biāo)j的規(guī)范值；j代表水樣的不同水質(zhì)理化指標(biāo)。此公式評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)如表2所示。
表2 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)等級(jí)
2.4 數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與分析
根據(jù)深圳市河流水文變化特征[10]和珠江流域亞熱帶季風(fēng)氣候[2]變化，現(xiàn)將深圳市河流的水期分為豐水期(5～9月)、平水期(3～4、10～11月)和枯水期(12～2月)三個(gè)水期。
所有數(shù)據(jù)采用R語言(R Core Team 2020, https://www.R-project.org/)和ArcGIS 10.2進(jìn)行顯著性或相關(guān)性分析，并繪制成圖表。
3 結(jié)果與討論
3.1 時(shí)間變化
3.1.1 水期變化
3.1.2 年際變化
3.2 空間變化
3.2.1 化學(xué)需氧量
根據(jù)2017～2019年的水質(zhì)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，深圳河流域CODCr濃度高值主要集中在中北部流域，分別為布吉污水處理廠和埔地嚇污水處理廠沿岸上游河流、福田河中上游、深圳河干流與筆架山河等三條河流交匯處和皇崗河，其余水域濃度較低；平水期、枯兩個(gè)水期的空間變化趨勢(shì)大體一致，CODCr濃度較低的區(qū)域分布在深圳水庫(kù)周圍、蓮塘河沿岸和福田河中下游。絕大部分流域濃度超過40 mg/L，污染嚴(yán)重，為Ⅴ類水質(zhì)。新洲河流域3個(gè)水期的空間特征變化保持一致性，該流域從上游到下游CODCr濃度表現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，最高值超過40 mg/L，為劣Ⅴ類水質(zhì)(圖4)。
圖2 深圳河流域及新洲河流域不同水期CODCr，和TP變化特征(p>0.05)
圖3 深圳河流域及新洲河流域CODCr，和TP含量的年際變化(p<0.01)
3.2.2 氨氮
3.2.3 總磷
從圖6可知，深圳河流域和新洲河流域TP濃度空間變化特征明顯。豐水期和平水期、枯兩個(gè)水期分布差異較大，流域的TP在豐水期的變化幅度大，在平、枯水期的幅度變化小。
圖4 深圳河流域及新洲河流域2017～2019年不同水期CODCr的空間分布特征
圖5 深圳河流域及新洲河流域2017～2019年不同水期氨態(tài)氮的空間分布特征
豐水期，深圳河流域TP濃度的高值主要集中在布吉河污水處理廠北部流域、筍崗滯洪區(qū)南部流域、福田河中上游、深圳河干流及皇崗河地區(qū)，濃度值大于0.30 mg/L，為Ⅴ類水質(zhì)，其余水域濃度較低。平水期、枯水期的TP濃度低值主要分布在蓮塘河中上游和深圳水庫(kù)周圍及上游山地地區(qū)，其他水域TP濃度含量較高，最高值達(dá)到3.87 mg/L，遠(yuǎn)超過國(guó)家地表劣Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)19.35倍。新洲河流域從上游到下游沿著干流方向TP濃度從0.01 mg/L逐漸增加3.87 mg/L，水質(zhì)惡化(圖6)。
3.3 流域水體的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)
統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，深圳河流域及新洲河流域EI在不同水期之前無顯著性差異(圖7a)；流域水體EI值在2017～2019年間存在極顯著性差異(圖7b，p<0.01)，且流域的EI指數(shù)逐年降低，表明流域富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)有逐年減弱的趨勢(shì)。2017～2019年的EI平均值分別為79.02、75.84和65.10，由極富營(yíng)養(yǎng)化變?yōu)橹馗粻I(yíng)養(yǎng)化，水體中營(yíng)養(yǎng)鹽含量減少，水體污染狀況減緩。
圖7 深圳河流域及新洲河流域綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)時(shí)間變化特征
深圳河流域及新洲河流域的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)空間分布明顯。但豐水期與平水期、枯水期存在一定差異。豐水期內(nèi)，深圳河流域富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重的地區(qū)為流域中上游(沙灣河、大芬水、布吉河上游)、福田河中上游、皇崗河、深圳河干流沿岸。在平水期和枯水期，EI低值集中在深圳水庫(kù)和蓮塘河沿岸，流域其余地方EI值高，富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重。新洲河流域的EI沿干流方向從上游至下游呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)加重。總體上，深圳河流域營(yíng)養(yǎng)化程度要高于新洲河流域(圖8)。
深圳河流域及新洲河流域的富營(yíng)養(yǎng)化綜合指數(shù)(EI)范圍為23.73～147.60，平均值為76.60，兩個(gè)流域的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為重度富營(yíng)養(yǎng)化；在所有監(jiān)測(cè)斷面中，水體為富營(yíng)養(yǎng)化的監(jiān)測(cè)點(diǎn)超標(biāo)率達(dá)到98%以上。
4 討論
一般而言，水期分明的水體水質(zhì)具有明顯差異，因?yàn)樨S水期降雨量大，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，大量雨水進(jìn)入流域的河流，水體中原有的污染物被稀釋[11]。河流的自凈能力加強(qiáng)，通過沉降和吸附作用降低營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度。而在平水期和枯水期，河流水量減少、水分蒸發(fā)加劇了營(yíng)養(yǎng)鹽的濃縮，進(jìn)而水質(zhì)情況變差[12]。如寧波市各監(jiān)測(cè)面的污染狀況為豐水期>平水期>枯水期[13]，洞庭湖水質(zhì)變化情況呈現(xiàn)相同的水期變化特征[14]。本研究中不同水期研究結(jié)果顯示，深圳河流域及新洲河流域并不存在明顯的水期變化特征。主要原因?yàn)樯钲谑薪^大部分的河流的主要補(bǔ)水來源為污水處理廠出水，缺少其它的自然補(bǔ)水渠道，如上游來水，地下水等；并且大量人工水庫(kù)的修建，可用水體匯集在一個(gè)區(qū)域。這造成絕大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)三個(gè)指標(biāo)濃度高且差異小，從而導(dǎo)致水期之間差異降低。
圖8 深圳河流域及新洲河流域不同水期綜合富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)空間分布特征
在城市化背景下，土地利用方式與城市流域河流的水體質(zhì)量環(huán)境緊密相關(guān)[15]。深圳作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展特區(qū)以來，城市化進(jìn)程不斷加快，城市的土地利用方式由原來的林地、天然水庫(kù)、平原等自然土地逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜诮?jīng)濟(jì)發(fā)展和生活居住的建筑用地，土地利用格局發(fā)生了顯著變化。在改變了自然土地的同時(shí)，也產(chǎn)生了負(fù)面的水環(huán)境效應(yīng)[16]。建筑用地在城市土地中占有的比例是影響水質(zhì)好壞的關(guān)鍵因素。一方面，在建筑用地上人口密度增加和工業(yè)的大力發(fā)展會(huì)使入河排污量劇增[17]，另一方面，大量的水泥地、瀝青公路等不透水建筑的產(chǎn)生導(dǎo)致一些污染物不能進(jìn)去土地轉(zhuǎn)化，而直接排入河流，惡化水質(zhì)[18]。本研究的空間插值圖顯示深圳河流域中北部化學(xué)需氧量、總磷和氨氮含量高，下游深圳河干流從上游到下游指標(biāo)含量增加，EI變大。這因?yàn)樯嫌魏拖掠瘟饔虻貐^(qū)多為建筑用地，工業(yè)化發(fā)達(dá)、城市化明顯(圖1)。另外，深圳河流域營(yíng)養(yǎng)化程度要高于新洲河流域，因?yàn)樯钲诤恿饔虻耐恋乩妙愋椭薪ㄖ玫卣急雀螅瑫r(shí)建成區(qū)主要分布在深圳河流域的干流及支流布吉河地區(qū)[19]。因此，流域更易受到人類活動(dòng)的影響，水體中營(yíng)養(yǎng)鹽含量大幅增加。
5 結(jié)論
(3)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)表明深圳河流域及新洲河流域處于重度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。2017～2019年，流域富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸減弱。流域具有明顯的空間變化，深圳河流域內(nèi)，豐水期相較于平水期和枯水期空間變化幅度大；深圳河流域的中部和北部、深圳河干流、福田河和皇崗河富營(yíng)養(yǎng)化相對(duì)嚴(yán)重，其余水域富營(yíng)養(yǎng)化較輕；新洲河流域從上游到下游富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷加重。深圳河流域的富營(yíng)養(yǎng)化程度高于新洲河流域。
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