南昌市城南護城河水體氮磷分布特征及富營養(yǎng)化分析

孫 艷

(南昌市水利綜合服務中心，南昌 330039)

1 研究背景

贛江為南昌境內主要水系，縱貫全境，其東岸是以近代沖擊層為主的湖積沖積平原，西岸是以紅色黏土層為主的丘崗山地，總的地勢西南高東北低，全市山丘占34.4%，水面占29.8%，平原占35.8%，東岸地形平坦，西南稍高，東北偏低，地面平均縱坡1%-3%。流域屬贛撫沖積平原，地貌單元屬贛江Ⅰ級階地，地勢相對平坦。南昌市城南護城河工程位于昌南大道南側，東與贛撫平原五干渠相連，西到梅湖，全長約4.7km。由于城南護城河處于城鄉(xiāng)結合部，市政設施相對落后，在工程運行的十余年間，河道內形成深厚淤泥，加上兩岸居民亂扔垃圾、污水，影響護城河水質。為進行南護城河清淤整治，必須在深入分析南護城河水體氮磷分布特征及富營養(yǎng)化的基礎上，多部門協(xié)調工作，從多方面著手開展整治。

2 研究過程及方法

2.1 試驗采樣

采樣時間為2018-2020年，在南護城河靠近梅湖約0.5km、1.0km、1.5km、2.0km、2.5km處的南岸和北岸，D碼頭東0.5km、0.75km、1.0km、1.5km及D碼頭西0.25km、0.55km、0.85km、1.25km處分別取樣。取樣時，先在上述采樣點水面以下0.5m、0.8m、1.0m處采集3種上覆水樣，采用便攜式溶氧儀、pH計、電導儀、溫度計、濁度儀等進行基本項目現場測試后，再將各采樣點三種上覆水樣混合并移至容量500mL的聚乙烯試劑瓶內，摻加50%濃度的H2SO4溶液酸化處理后使其pH值降至2.0以下，低溫保存。

2.2 樣品測定方法

將所采集到的試樣在采樣現場進行水體透明度、水深、溶解氧及水溫等的測定，此后在試驗室內按照相關規(guī)定測定和分析采樣的TN、TP、葉綠素-α、透明度、高錳酸鹽指數等指標：具體而言，TN含量的測定采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光廣度法，TP含量的測定采用鉬銻分光光度法，葉綠素-α含量采用分光光度法測定，高錳酸鹽指數采用酸性法檢測。

2.3 富營養(yǎng)化評價方法

綜合考慮當前河流富營養(yǎng)化評價方法的應用特征及評價結果的準確性，采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法進行南護城河水體富營養(yǎng)化程度評價，所選取的評價指標主要有TN、TP、葉綠素-α、透明度、高錳酸鹽指數，通過計算各指標的營養(yǎng)狀態(tài)指數及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數，將計算結果與標準分級進行對比，以進行該護城河水體富營養(yǎng)化程度的判斷。

表1 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數標準分級

3 研究結果與討論

3.1 南護城河水體理化特征

根據采樣分析結果，南護城河水體全年pH值在7.08-9.11區(qū)間，屬于弱堿性水體，且越靠近D碼頭附近人類活動頻繁的區(qū)域，水體pH值越高。水體濁度值檢測結果2.0-22.0NTU，其取值變動趨勢與pH值基本吻合。水體葉綠素-α濃度在0.41-5.02mg/m3范圍內，在護城河水體東南岸11-12月浮游植物數量激增，所以，該區(qū)域水體春夏季和秋冬季葉綠素-α濃度差異懸殊，秋冬季的葉綠素-α濃度約為春夏季的12-15倍。

南護城河水體中高錳酸鉀指數取值在4.98-8.96mg/L區(qū)間，并未超出天然水體中有機質含量的合理范圍。溶解氧容量含量偏低，取值在2.98-9.79mg/L范圍內，其中南護城河西南區(qū)域存在較多的腐殖質，耗氧量大，導致該區(qū)域溶解氧含量不高。夏秋季水體內溶解氧含量較低，而春冬季節(jié)因水位降低，較大的風速使進入水體內的氧氣量增大，且水生生物繁殖耗氧活動因低溫而得到抑制，使水體溶解氧含量增大。

3.2 南護城河水體中TN分布

由圖1分析結果顯示，該河流水體2018年春、夏、秋季各取樣點TN含量均值分別為5.04mg/L、5.26mg/L、2.67mg/L；2019年春、夏、秋季各取樣點TN含量均值分別為4.75mg/L、3.94mg/L、2.51mg/L；2020年春、夏、秋季各取樣點TN含量均值分別為3.58mg/L、2.85mg/L、5.54mg/L。因冬季該水體局部干涸，故不進行冬季水體污染情況分析。TN含量最大值主要分布在D碼頭附近的采樣點，該區(qū)域人類活動頻繁，對水體內氮營養(yǎng)鹽濃度存在較大影響。

此外，通過年內不同季節(jié)水體內TN含量的比較發(fā)現，夏季含量最高，秋季最低。其主要原因在于夏季降水豐富，護城河周圍土壤中的營養(yǎng)要素跟隨地表徑流大量流入水體，秋季水體內TN含量比夏季降低58-70%，主要因為秋季水溫降低后適合硝化菌和反硝化菌代謝，會加速水體內TN降解，同時，秋季降水量比夏季大，對匯入水體內的營養(yǎng)要素起到一定稀釋作用。春季南護城河內水量稀少，污染物受到濃縮和抑制，但是，較低的環(huán)境溫度和水溫也不利于硝化菌和反硝化菌的生存和繁殖，導致水體內TN含量反而高于秋季。

圖1 TN含量觀測結果

3.3 南護城河水體中TP分布

水體內TP含量是水體營養(yǎng)狀況的直接反映，且其含量主要與水生生物尤其是浮游植物數量有直接關系。由圖2分析結果可知，南護城河水體內2018年春、夏、秋季各取樣點TP含量均值分別為0.134mg/L、0.248 mg/L、0.149 mg/L；2019年春、夏、秋季各取樣點TP含量均值分別為0.228mg/L、0.164mg/L、0.127mg/L；2020年春、夏、秋季各取樣點TP含量均值分別為0.151mg/L、0.227mg/L、0.149mg/L；因冬季該水體局部干涸，故不進行冬季水體污染情況分析。水體中TP含量均未超出GB3838-2002中Ⅳ類水TP濃度限定值[1]。各取樣點TP濃度存在較大差異，其中TP濃度最大的測點仍為D碼頭等游船較多、人類活動頻繁的地區(qū)。

3.4 南護城河水體富營養(yǎng)化狀況

采用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數法進行南護城河水體富營養(yǎng)化程度評價公式如下：

(1)

式中：∑TLI為南護城河水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數；TLI(i)第i項評價指標營養(yǎng)狀態(tài)指數；Wi為第i項評價指標營養(yǎng)狀態(tài)權重，其取值為：

(2)

式中：r1i為第i項評價指標和葉綠素(Chla)的相關系數，查中國湖泊環(huán)境[2]表2可得；m為評價指標數量，個。

運用式(1)進行南護城河水體2018年、2019年和2020年各測點綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數的計算，并將均值繪制在圖3中。由圖中結果可知，南護城河水體內2018年春、夏、秋季各取樣點∑TLI均值分別為49.6、58.9、55.1；2019年春、夏、秋季各取樣點

∑TLI

均值分別為52.3、52.4、54.8；2020年春、夏、秋季各取樣點∑TLI均值分別為48.2、52.1、54.7；因冬季該水體局部干涸，故不進行冬季水體污染情況分析。大部分測點∑TLI取值在40-60范圍內，并通過與表1進行比較發(fā)現大部分測點水體均處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，且其中D碼頭區(qū)域∑TLI值略高于60，為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，主要原因除了人類活動的影響外，還包括該水域污染嚴重，水體內營養(yǎng)物質含量較高，浮游植物的繁殖加劇了水體缺氧程度。

圖2 TP含量觀測結果

圖3 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數TLI觀測結果

4 結 論

通過對南昌市城南護城河水體富營養(yǎng)化分布特征的分析表明，該水域中D碼頭區(qū)域春、夏、秋三季TN含量、TP含量及綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數均較大，表明該區(qū)域存在較為嚴重的污染，這主要與該區(qū)域游樂設施較多、人類活動頻繁、垃圾及廢棄物排放較多有直接關系；通過對該水體綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數的計算與分析，該護城河水體總體處于中度富營養(yǎng)化狀態(tài)。總之，通過規(guī)范南護城河D碼頭區(qū)域人類游樂性活動，限制生活垃圾及廢棄物的排放是加強河道治理、緩解該水體中度富營養(yǎng)化的關鍵。