城市內(nèi)湖水環(huán)境質(zhì)量分析及水質(zhì)提升對策
——以武漢市M湖為例

林詩琦，方升響，張馨月，郭彪輝，劉君俠，張瑞，劉瓊玉

(江漢大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430056)

1 引言

污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)是黨的“十九大”提出的我國全面建成小康社會(huì)決勝時(shí)期的“三大攻堅(jiān)戰(zhàn)”之一，其中“碧水保衛(wèi)戰(zhàn)”是污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的重中之重。武漢市境內(nèi)湖泊眾多，湖泊水環(huán)境質(zhì)量問題一直受市委、市政府和市民的高度關(guān)注，武漢湖泊污染問題一直也是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)[1～3]。武漢市委、市政府提出了“十四五”時(shí)期深入實(shí)施碧水保衛(wèi)戰(zhàn)，深入推進(jìn)河湖水環(huán)境綜合治理，到2025年建成區(qū)全面消除劣V類水體，基本消除V類湖泊的發(fā)展目標(biāo)[4]。

本研究調(diào)查的湖泊位于武漢市，水體功能類別為Ⅲ類水體。2019年，該湖泊水環(huán)境整治納入武漢市改善水環(huán)境整治項(xiàng)目中，實(shí)施了控源截污、建設(shè)潛流人工濕地、修復(fù)湖泊生態(tài)、清淤等整治措施，水質(zhì)由原來的劣Ⅴ類逐漸向Ⅴ類好轉(zhuǎn)[5]，但距離《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)規(guī)定的Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)還有差距。研究系統(tǒng)分析了該市內(nèi)湖5年來的水質(zhì)狀況變化情況，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析與湖泊沿岸污染源排查的基礎(chǔ)上，提出了水質(zhì)提升對策，旨在為該湖泊水質(zhì)持續(xù)改善提供參考。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 主要儀器與試劑

5B-3B型水質(zhì)多參數(shù)分析儀(北京連華科技)；NC-3100型總有機(jī)碳分析儀(德國analytikjena)；JPBJ-608型溶解氧測定儀(上海雷磁)；PHB-8型pH計(jì)(上海雷磁)；KN520型自動(dòng)凱氏定氮儀(阿爾瓦)；5B-1型智能多參數(shù)消解儀(北京連華科技)。

LH-N3試劑(北京連華科技)、LH-N2試劑(北京連華科技)、納氏試劑(華特)、LH-YD-100試劑(北京連華科技)、LH-YE-100試劑(北京連華科技)、LH-YGL試劑(北京連華科技)、LH-YP1試劑(北京連華科技)、LH-YP2試劑(北京連華科技)。

2.2 主要水質(zhì)指標(biāo)的測定

氨氮(NH3-N)、化學(xué)耗氧量(COD)、總磷(TP)采用水質(zhì)多參數(shù)分析儀測定，其中測定氨氮的水樣進(jìn)行預(yù)蒸餾處理后再顯色測定；溶解氧(DO)采用便攜式溶解氧測定儀測定；pH值采用pH計(jì)測定；總氮(TN)采用總有機(jī)碳分析儀測定。

3 結(jié)果與討論

3.1 武漢市內(nèi)湖概況

該湖泊位于武漢市境內(nèi)，是典型的城市內(nèi)湖，水域面積4000畝左右，屬于緩流水體，水深小于5m。經(jīng)實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，分別有一個(gè)入湖水通道和出湖水通道，沿湖分布多個(gè)入湖雨水/污水排水口，污染輸入主要來自兩岸雨水徑流攜帶陸源污染物的匯入以及沿湖商業(yè)、小區(qū)的雨污混合排口。根據(jù)《武漢市地表水環(huán)境功能區(qū)類別》規(guī)定，該湖全湖劃分為一般魚類保護(hù)區(qū)，其水質(zhì)管理目標(biāo)為Ⅲ類[6]。

該城市內(nèi)湖泊的地表水環(huán)境質(zhì)量狀況一直堪憂，根據(jù)武漢市生態(tài)環(huán)境局公布的地表水環(huán)境質(zhì)量狀況，2015～2018年水質(zhì)總體為劣Ⅴ類，水體呈現(xiàn)中度富營養(yǎng)化至重度富營養(yǎng)化，主要超標(biāo)污染物為總磷、化學(xué)需氧量、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)[5]。

3.2 武漢市內(nèi)湖“十三五”期間的水環(huán)境質(zhì)量狀況分析

根據(jù)武漢市生態(tài)環(huán)境局官方網(wǎng)站公布的地表水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，分析得到“十三五”期間該城市內(nèi)湖的水質(zhì)狀況、主要污染物及超標(biāo)倍數(shù)，結(jié)果列于表1。

表1 武漢市內(nèi)湖“十三五”期間的水環(huán)境質(zhì)量狀況

由表1可見，該湖泊“十三五”期間(2016-2020年)的水環(huán)境質(zhì)量狀況堪憂，2016～2018年水質(zhì)處于劣Ⅴ類，為中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，總磷(TP)、化學(xué)需氧量(COD)和高錳酸鹽指數(shù)等主要指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，尤其總磷(TP)最高超標(biāo)倍數(shù)達(dá)到8.06倍(2018年7月)。2019～2020年，水質(zhì)狀況由先前幾年的劣Ⅴ類向Ⅴ類好轉(zhuǎn)，水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)也在向輕度營養(yǎng)化轉(zhuǎn)變，表明2019年完成的水質(zhì)綜合整治工程具有明顯成效，但湖泊水質(zhì)仍遠(yuǎn)未達(dá)到Ⅲ類水體的水環(huán)境質(zhì)量要求，總磷的超標(biāo)倍數(shù)仍然較高。通過對湖泊周邊污染源的實(shí)地調(diào)查得知，湖泊周邊分布有居民小區(qū)、飯店酒樓、農(nóng)業(yè)種植等，農(nóng)業(yè)面源污染和生活污水對湖泊水質(zhì)存在潛在威脅。城市內(nèi)湖因受到城市生活源排放的影響，大多呈現(xiàn)氮、磷污染，控制城市內(nèi)湖氮、磷的輸入是湖泊治理的關(guān)鍵措施之一[7,8]。

3.3 湖泊水質(zhì)綜合治理工程概況及其成效

2018年，該城市內(nèi)湖綜合整治工程納入了武漢四水共治工程和軍運(yùn)會(huì)保障項(xiàng)目計(jì)劃，水環(huán)境綜合整治工程于2018年上半年開工，經(jīng)過一年時(shí)間的整治，排查封堵排污口28個(gè)，修建調(diào)蓄池2座和人工智能分流井4座，清淤36萬m3，同時(shí)進(jìn)行微生物凈化水劑投放、栽種植物。該工程呈現(xiàn)4個(gè)特點(diǎn)：一是控源截污引入“尖板眼技術(shù)”——在智能分流井中率先安裝了COD分析儀，實(shí)現(xiàn)對排口水質(zhì)進(jìn)行有效識(shí)別，達(dá)標(biāo)水直排湖中，不達(dá)標(biāo)的水流進(jìn)調(diào)蓄池進(jìn)行垃圾過濾，然后進(jìn)入市政污水處理管網(wǎng)；二是對淤泥進(jìn)行環(huán)保處置避免造成二次污染，對底泥經(jīng)沉淀、去渣、去臭、消毒、脫水?dāng)D壓等工序處理后，變?yōu)榉N植土壤和路基回填土；三是潛流人工濕地打造，過濾重金屬；四是湖泊水質(zhì)修復(fù)全方位構(gòu)建水生物鏈[9]。

2019年上半年，該湖泊的水環(huán)境治理工程順利完工，重現(xiàn)了水清岸綠景象。由表1可知，2019～2020年，湖泊水質(zhì)由2018年前的劣Ⅴ類提升為Ⅴ類，水環(huán)境綜合整治工程實(shí)施后的水質(zhì)提升成效明顯。構(gòu)建的湖泊水質(zhì)修水生物鏈將持續(xù)發(fā)揮修復(fù)作用，預(yù)計(jì)未來幾年湖泊水質(zhì)將進(jìn)一步得到提升。

3.4 武漢市內(nèi)湖水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測

為了解該城市內(nèi)湖的水質(zhì)現(xiàn)狀，于2021年5月采集了湖泊沿岸6個(gè)代表性點(diǎn)位的水樣，對其中NH3-N、TN、TP、COD、DO、pH值等主要水質(zhì)指標(biāo)行了分析。采樣布點(diǎn)如圖1所示，主要水質(zhì)指標(biāo)的分析結(jié)果列于表2。

圖1 水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)

由表2可知，監(jiān)測時(shí)期內(nèi)6個(gè)采樣點(diǎn)的TN、COD、pH值均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)規(guī)定的Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)限值，其中各采樣點(diǎn)的TN和COD濃度均較低，達(dá)到I類水體標(biāo)準(zhǔn)。

由表2可看出，6個(gè)采樣點(diǎn)的TP濃度均遠(yuǎn)高于湖庫Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)限值，為Ⅳ類和V類水質(zhì)，表1數(shù)據(jù)也表明該城市內(nèi)湖過去5年的總磷均呈現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，可見磷是該湖泊污染的主要限制因子。1號(hào)采樣點(diǎn)的NH3-N和DO均呈現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，1號(hào)點(diǎn)位為入湖水與湖泊交界處，表明入湖水質(zhì)較差，上游有明顯污染輸入。5號(hào)采樣點(diǎn)的NH3-N高達(dá)1.98 mg/L，為V類水質(zhì)，超標(biāo)0.98倍；5號(hào)采樣點(diǎn)附近有一個(gè)雨污混合排口，5號(hào)采樣點(diǎn)的NH3-N濃度超標(biāo)、TN達(dá)標(biāo)，表明該排口截污不徹底，近期附近可能有生活污水排入。

表2 武漢市內(nèi)湖主要水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測結(jié)果

4 水質(zhì)提升對策

基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，結(jié)合湖泊沿岸污染源排查情況，提出針對性的水質(zhì)提升對策，旨在為該湖泊水質(zhì)持續(xù)改善提供科學(xué)依據(jù)。

4.1 進(jìn)一步鞏固截污成效，防止反彈

控源截污是湖泊治理的最根本最有效手段，2019年實(shí)施的水環(huán)境綜合整治工程排查封堵排污口28個(gè)，治理成效明顯。該湖泊沿岸雨污水排口較多，尤其是涉及餐飲行業(yè)的污染源，應(yīng)加大巡查與監(jiān)督力度，鞏固截污成效，防止反彈。

4.2 加大農(nóng)業(yè)面源污染監(jiān)管

該湖泊周邊零星分布有周邊農(nóng)戶的蔬菜種植地塊，種植導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染對湖泊水質(zhì)造成潛在威脅，建議相關(guān)管理部門應(yīng)加大監(jiān)管力度，清理整治周邊私自種養(yǎng)現(xiàn)象，防止農(nóng)業(yè)面源污染入湖。

4.3 規(guī)劃整治湖岸，實(shí)現(xiàn)岸水統(tǒng)籌

污染在水體，根源在岸上，源頭管控是湖泊水質(zhì)改善和水生態(tài)恢復(fù)的前提。一方面，還需進(jìn)一步統(tǒng)籌推進(jìn)該湖泊周邊區(qū)域污水管網(wǎng)建設(shè)與改造，推進(jìn)精細(xì)化截污和城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的新改擴(kuò)建和提標(biāo)改造，確保雨污分流，污水入網(wǎng)，從根本上保障湖泊水質(zhì)；另一方面，加大湖泊岸線整治，有效防止地表徑流攜帶污染入湖。近兩年，該湖泊周邊的岸線整治取得顯著成績，沿湖綠道建成區(qū)約占湖泊岸線的40%，通過綠道建設(shè)、設(shè)置植物緩沖帶、自然濕地等措施，形成自然地過渡空間，通過生態(tài)化岸線整治，充分利用土地和植物的凈化能力，有效截留入湖面源污染物。

4.4 控磷形勢嚴(yán)峻

該城市內(nèi)湖過去5年的總磷均超標(biāo)，近期監(jiān)測的6個(gè)采樣點(diǎn)水樣的總磷仍然超標(biāo)嚴(yán)重，可見磷是該湖泊污染的主要限制因子，應(yīng)重點(diǎn)控制。

4.5 落實(shí)湖長制，加大環(huán)保宣教，形成湖泊治理合力

一方面，要對現(xiàn)有“湖長制”中湖長的日常“巡視”和“監(jiān)督”職責(zé)升級(jí)，切實(shí)落實(shí)湖泊最高層級(jí)的湖長是第一責(zé)任人，對湖泊的管理保護(hù)負(fù)總責(zé)；另一方面，加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)宣教，促進(jìn)公眾積極參與。湖泊保護(hù)是公共事業(yè)，需要加強(qiáng)湖泊保護(hù)科普宣傳教育，號(hào)召志愿者積極參與湖泊治理保護(hù)行動(dòng)，定期舉行沿湖排查活動(dòng)。同時(shí)，吸引社會(huì)力量參與湖泊管理保護(hù)工作中，鼓勵(lì)設(shè)立企業(yè)湖長、大中專生湖泊志愿者等。通過多方發(fā)力，形成湖泊治理合力。