核心區上游水系水質情況分析與治理建議

劉 琦，張 延，鄒天舒

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

南長河、雙紫支渠、轉河是首都核心區的上游水系，如圖1所示。南長河水面面積為28.84 萬m，河道長5.06 ㎞，平均水深為2.15 m，庫容為13.2 萬m；雙紫支渠水面面積為2.33 萬m，河道長2.45 ㎞，平均水深為0.92 m，庫容為1.12 萬m；轉河水面面積為5.58 萬m，河道長3.7 ㎞，平均水深為2.66 m，庫容為20.4 萬m。其中，南長河公園、紫竹院公園、北京動物園和北京北站坐落于河道間，南長河、雙紫支渠、轉河（簡稱上游水系）不僅擔負著親水游玩、景觀綠化的重要作用，還承擔供水、防汛、通航的功能，因此上游水系的地理位置和功能的重要性使得水體質量成為市民關注的焦點。

圖1 北京市河湖水域分布

1 研究南長河、雙紫支渠和轉河的目的及意義

河湖是陸地生態系統的重要組成部分，近年來隨著經濟發展，人類活動造成上游水系出現不同程度的水環境污染。上游水系承載著為首都核心區輸水的重任，發揮著不可估量的作用。本文通過分析上游水系的水體富營養化程度，提出改善水質的方法，為預防首都核心區的水質惡化提供指導性建議。

2 上游水系生態系統分析

2.1 水體富營養狀態分析

水體富營養化是指在自然因素和人類活動的影響下，氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河流等緩流水體中，引起藻類等浮游生物迅速繁殖，水體中溶解氧含量下降，導致水質惡化的現象。水體富營養化分析就是通過與水體營養狀態有關的一系列指標與指標間的相互關系，對水體的營養狀態做出定量判斷，預測水體發展趨勢。

為全面了解上游水系富營養化情況，2021年4月至10月，周期性監測水體的水溫、透明度（SD）、pH、溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數（COD）、五日生化需氧量（BOD）、氨氮（NH-N）、總氮（TN）、總磷（TP）和葉綠素a（chla），采用綜合營養狀態指數法對上游水系富營養狀態進行評價和分析。

2.2 水溫、透明度和pH 分析

上游水系4-10月的平均水溫為21.45 ℃，其中，6月、7月、8月的水溫均超過25 ℃，溫度的升高容易引發藻類繁殖，其間應加強對水體的關注。透明度在7月有明顯的下降趨勢，但總體情況良好，平均為122 cm。pH 在7.7～8.7 變動，平均值為8.32，水體較穩定，處于偏弱堿性狀態。但研究發現，一些藻類在高pH 條件下生長較快，這對防止水體富營養化十分不利。具體指標數值如表1所示。

表1 上游水系的水溫、透明度和pH

2.3 DO、CODMn、BOD5、NH3-N、TN、TP 和chla 分析

從北京城區河湖的化學指標來看，DO、COD、BOD、NH-N、TN、TP 和chla 的監測結果如表2所示。

表2 北京城區河湖的化學指標

2.3.1 溶解氧

水體中的溶解氧含量與水溫、有機物含量及藻類光合作用強度有很大的聯系，當水體受到污染時，耗氧情況就會嚴重，水體中的厭氧成分快速繁殖，造成水體污染，因此溶解氧成為反映水體污染程度的重要指標之一。2021年4-10月，上游水系溶解氧含量為6.5～9.2 mg/L，平均值為7.94 mg/L。通過溶解氧數值與水溫數值共同分析發現，伴隨水溫的上升，水體中的溶解氧呈下降趨勢，但差異不大。

2.3.2 高錳酸鹽指數

上游水系COD變化范圍為2.9～9.8 mg/L，平均值為4.63 mg/L，在8月達到最大值，為9.7 mg/L。當數值超過4 mg/L 時，水體已經不同程度地受到有機物的污染。

2.3.3 五日生化需氧量

上游水系不同月份的BOD保持在1.9～4.4 mg/L，差異較小，在8月到達峰值，為4.32 mg/L。

2.3.4 氨氮

氨氮是水體的營養素，可導致水體富營養化現象，是水體中的主要耗氧污染物，對魚類及某些水生生物有毒害作用，是反映水體污染程度的指標之一。2021年，上游水系氨氮指標保持在0.1～0.2 mg/L，差異小，比較穩定。

2.3.5 總氮

2021年，上游水系總氮含量在1.0～1.5 mg/L變動，平均值為1.25 mg/L。最高值出現在7月，為1.49 mg/L。根據中國湖泊水庫營養分類指標，總氮大于0.2 mg/L 時，該水體屬于富營養水體，上游水系總氮含量遠遠超過0.2 mg/L。

2.3.6 總磷

2021年，上游水系總磷含量在0.01～0.06 mg/L變動，平均值為0.03 mg/L。最高值出現在7月，為0.06 mg/L。根據劃分湖泊營養類型的指標，總磷大于0.03 mg/L 的水體屬于富營養水體，上游水系總磷含量在0.03 mg/L 附近波動，屬于富營養水體。

2.3.7 葉綠素a

葉綠素a 是反映水體中浮游藻類生物量的綜合指標。上游水系葉綠素a含量保持在0.003 5～0.016 mg/L，平均值為0.008 3 mg/L。峰值出現在7月，為0.015 8 mg/L。當葉綠素a 的含量大于0.01 mg/L 時，該水體為富營養水體。

2.4 綜合營養狀態指數法

綜合營養狀態指數法根據參數在評價過程中所占的不同權重來進行計算，這種方法強調了超標項目的影響。通過權重的作用，其評價結果比傳統方法準確，這也更加能夠反映上游水系的實際富營養狀況。影響水體富營養狀態的因素很多，本文采用COD、TP、TN、chla 和SD 5 個營養狀態指數來評價上游水系富營養化狀態。

2.4.1 綜合營養狀態指數計算公式

綜合營養狀態指數的計算公式為：

式中：(∑)為綜合營養狀態指數；W為第種參數的營養狀態指數的相關權重；()為代表第種參數的營養狀態指數；為富營養化評價的參數個數。

以chla 作為基準參數，則第種參數歸一化的相關權重計算公式為：

式中：r為第種參數與基準參數chla的相關系數。

表3 中國湖泊（水庫）chla 與其他參數的相關關系

分項營養狀態指數的計算公式分別為：

式中：葉綠素a（chla）的單位為mg/m，透明度（SD）的單位為m，其他指標的單位均為mg/L。

2.4.2 水體富養狀態評價結果

利用2021年4-10月水質監測數據，計算各月份營養狀態指數，根據中國湖泊（水庫）營養狀態分級數值（見表4），對上游水系目前水體營養狀態進行評價（見表5）。4月、7月(∑)高于50，屬于輕度富營養化程度，5月、6月、8月、9月、10月(∑)均低于50，屬于中營養化程度，水體質量較好。

表4 中國湖泊（水庫）營養狀態分級

表5 上游水系4-10月水體富養狀態評價

3 上游水系水體治理對策

通過分析2021年上游水系情況可知，總體水質趨于良好，4月和7月水體處于輕度富營養狀態。針對河道存在的問題和水質數據分析結果，本文提出改善上游水系水質的措施建議。

一是加強排污治理，督促北京排水集團加強產權管線的日常檢查，避免出現管線堵塞等原因導致污水入河，污染河道水體。雨污合流管線可采取工程措施進行改造升級，有效降低雨中污染物入河的總量。二是借助河長制、聯合執法等措施，依法依規對違法排污、私排亂排等問題加大處罰力度，起到警示作用。三是目前南長河、轉河已經列為全年禁漁，應加強與海淀區農業執法大隊的日常聯絡，加強對違法行為的處罰，有效保障河湖生態環境。四是加強宣傳教育力度。提高人們特別是老舊小區居民、臨河商販的環保意識，不亂倒生活污水，自覺保護水生態。五是目前上游河道中均有水草生長，如輪藻、金魚藻等沉水植物，日常維護中應控制好水草高度，保障整體效果，如清割不及時，將會導致水草大面積死亡腐爛，死亡的沉水植物會進行腐爛分解，將有機氮、磷重新釋放回水中，最終導致水體中氮磷含量增高。六是補植多樣性水生植物，形成良好的水生植物體系。轉河可在原水生植物槽內補植蘆葦等挺水植物，雙紫支渠建議補種睡蓮，南長河沒有水生植物槽，結合水深，建議在水面中央區域設置生態浮島，以浮島作為載體，種植挺水植物。

4 結語

本文通過對上游水系水體的周期性監測，掌握了目前水質特征和營養化指標變化情況，并結合現狀提出六點建議，有效控制水體的營養物質濃度。在實際應用中，多項措施還需要恰當組合，做到預防為主，防治結合。在不斷的探索和研究中，上游水系的水質改善工作一定能夠取得理想的效果，以保障下游核心區的水環境安全。