興鹽界河流域內自動監測站水質數據時空變化尺度分析

徐 亮，畢 凡

（1.江蘇省泰州環境監測中心，江蘇 泰州225300；2.江蘇省蘇力環境科技有限責任公司，江蘇 南京210019）

0 引言

興鹽界河是興化和鹽城的界河，水網密布，水體流向復雜，且受潮汛、降水、閘壩、泵站等因素影響，水流方向時常發生變化。在地理高程的主要影響下，該區域整體水流方向由西南向東北流動。近年來，興鹽界河重點斷面水質多次出現超標現象，主要超標因子為DO，COD，CODMn，TP，氨氮等，亟需深入分析水質不達標原因。 位于流域內的4 個水質自動監測站在近年間也曾多次出現水質超Ⅲ類的情況。 為研究興鹽界河流域內水質變化情況，提升流域水環境質量，在時空尺度上分析2021年4 個自動監測站全年水質監測數據的變化，比較上下游關系對水質的影響以及豐水期和平水期重點月份水質的變化情況。

1 研究概況與方案

1.1 流域概況

近年5月～9月興鹽界河汛期水質對比其他月份均有不同幅度的惡化。 興鹽界河的水質監測執行《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002），當水質監測結果超過Ⅲ類，視為水質超標。 自2018年1月至2021年7月，興鹽界河水質整體超標24 次，其中16次均集中在5月～9月，占比為67%；V 類與劣V 類水質均集中發生于5月～9月。

2021年6月～7月興鹽界河鮮少有斷面水質達標，多數斷面水質處于Ⅳ類及以下，一部分Ⅴ類及劣Ⅴ類斷面水質的主要超標因子為氨氮，TP 及CODMn，Ⅳ類斷面水質的主要超標因子為DO，CODMn及氨氮。 10月中、下旬之后已進入秋、冬季節的平水期，水質檢測結果未發現Ⅴ類及以下水質。Ⅳ類斷面水質較少，且超標因子主要為DO，水質不達標斷面位置與6月～7月有一定重合性[1]。

1.2 監測方案

監測點位： 興鹽界河流域內4 個水質自動監測站，包括大縱湖湖心（以下簡稱湖心）、大縱湖出口、興化吉耿（以下簡稱吉耿）、大豐民主村（以下簡稱民主村）。

監測項目：水溫，pH 值，DO，CODMn，氨氮和TP。

監測時間：2021年1月～12月。

自動監測站位置見圖1。

圖1 興鹽界河流域內4 個水質自動監測站位置示意

2 監測結果與討論

2.1 水質監測結果的空間尺度變化

對湖心、大縱湖出口、吉耿、民主村4 個水質自動監測站2021年全年水質數據列表分析，監測結果見表1 ～表4。

表1 2021年湖心水質自動監測站水質監測結果

表2 2021年大縱湖出口水質自動監測站水質監測結果

表3 2021年吉耿水質自動監測站水質監測結果

表4 2021年民主村水質自動監測站水質監測結果

由表1 可知，2021年湖心監測站全年總監測天數為337 d，日均水質為Ⅲ類及以上的天數為161 d，Ⅳ類天數為96 d，Ⅴ類天數為6 d，劣Ⅴ類天數為0 d。 水質超標天數占總監測天數的31.2%，其中劣V類天數為0；由表2 可知，大縱湖出口監測站2021全年監測天數為242 d，日均水質為Ⅲ類及以上的天數為190 d，Ⅳ類天數為85 d，Ⅴ類天數為4 d，劣Ⅴ類天數為0，水質超標天數占總監測天數的36.7%，其中劣V 類天數為0； 由表3 可知，吉耿監測站2021 全年總監測天數為339 d，日均水質為Ⅲ類及以上的天數為187 d，Ⅳ類天數為82 d，Ⅴ類天數為55 d，劣Ⅴ類天數為14 d，水質超標天數占總監測天數的44.5%，其中劣V 類天數占超標天數的9.3%；由表4 可知，2021 全年民主村監測站總監測天數為349 d，日均水質為Ⅲ類及以上天數為187 d，Ⅳ類天數為103 d，Ⅴ類天數為45 d，劣Ⅴ類天數為14 d。水質超標的天數占總監測天數的46.4%，其中劣V類占超標天數的8.6%。

吉耿和民主村2 個水質自動監測站在2021年出現過水質為劣V 類的情況，相較其他2 個監測站的水質較差。民主村監測站水質超標天數最多，湖心監測站水質超標天數占比最小。在空間分布上，大縱湖位于興鹽界河的上游，大豐民主村位于興鹽界河的下游。根據河流中污染物濃度衰減理論，河流中微生物、溫度及懸浮固體等可通過物理、化學及生物的作用降低污染物的濃度[2-3]。分析2021年的監測數據可知，位于興鹽界河流域中下游的2 個水質自動監測站的超標現象更嚴重。 根據興鹽界河流域內風險源類型的解譯分析可知，民主村監測站附近的土地類型以農業用地為主，零散分布著水產養殖用地；吉耿監測站附近的土地利用類型以水產養殖為主；興鹽界河流域下游的養殖塘用地占比較大。 由于流域中、下游的分布較多圍網養殖，故池塘尾水排放對流域水環境也造成影響。

2.2 水質監測結果的時間尺度變化

2.2.1 豐水期水質特征分析

天然水體中DO 的含量除與水體中有機物含量及生物群落有關外，也與大氣中的氧分壓、水溫、水層、水面狀態、水體流動方式等因素有關[4-6]。4月～9月為興鹽界河的豐水期，4 個自動監測站豐水期的水溫和DO 濃度變化情況見圖2。 由圖2 可以看出，4月～6月4 個監測站DO 濃度隨時間變化逐漸降低，溫度越高，水體中DO 的飽和度越低。 由于水生植物春夏生長旺盛，光合作用強，所以此時水體中含氧量較高。 吉耿和民主村監測站水質DO 的梯度夏季變化大于其余2 個監測站，民主村監測站DO 平均濃度最高，最高質量濃度超過12 mg/L。 原因是由于大豐民主村附近養殖螃蟹戶較多，3月和4月有大量蟹苗培育，而蟹蝦養殖需要大量氧氣，投加的化學增氧劑融入水體中通過排水管道直排進入興鹽界河或者一級、二級支流，這使得水體中DO 含量急劇增加。從4月至6月，隨著水溫升高至全年最高，DO含量則降至全年最低。而且由于水溫較高，有機質的分解速率加快，水生植物生長消衰，所以氧飽和度較低，DO 的濃度也較低[7]。

圖2 4 個水質自動監測站豐水期水溫和DO 濃度變化

4 個自動監測站豐水期污染物濃度變化見圖3。由圖3 可以看出，湖心和大縱湖出口中監測站監測出氨氮質量濃度基本介于0.05 和0.50 mg/L 之間，變化梯度較小。 民主村監測站此階段也出現過氨氮質量濃度超過0.40 mg/L 的情況，且變化梯度較大。4個自動監測站氨氮濃度的變化趨勢和DO 濃度的變化趨勢基本相悖。 這是因為DO 濃度可影響池塘中的N，P 轉化。有研究表明，水體中的DO 濃度對N，P的釋放起作用，DO 濃度水平是影響底泥中N，P 釋放的主要原因之一，當DO 質量濃度小于7 mg/L時，底泥中N 的釋放以NO3--N 為主；DO 質量濃度小于1 mg/L，底泥中N 的釋放以氨氮為主；當DO 質量濃度大于1 mg/L 時，可抑制底泥中P 的釋放，厭氧條件下底泥的N，P 釋放速度比好氧條件下的N，P 釋放速度快[8-10]。大縱湖湖心和大縱湖出口的COD平均質量濃度較高，最高可達11 mg/L。4月～6月4個水質自動監測站的COD 濃度均較高，尤其是民主村和湖心2 個監測站。

圖3 4 個水質自動監測站豐水期污染物COD 濃度變化

2.2.2 平水期水質特征分析

10月～12月為興鹽界河流域的平水期，4 個水質自動監測站平水期水溫及DO 濃度變化見圖4。由圖4（a）可以看出，2021年10月～12月中旬4 個水質自動監測站從最高溫度27 ℃同步波動下降，在地理位置和水域面積的雙重影響下，大縱湖湖心和出口水溫同幅變動，10月吉耿日均水溫比大豐民主村高2 ～3 ℃，11月及之后基本保持同幅變動。 由圖4（b）可以看出，DO 濃度隨溫度降低表現出反向波動上升，溫度是重要影響因素，但也不排除10月～12月河道淤積底泥活性降低、 水生植物生長變緩、周邊養殖廢水排放量驟減帶來DO 濃度改善。 10月吉耿日均水溫比民主村高2 ～3 ℃，若其他條件相同，吉耿DO 濃度應低于民主村，但實際情況是吉耿DO 濃度顯著高于民主村，2021年10月吉耿、 民主村DO 質量濃度分別為4.60、3.85 mg/L，水質類別均為Ⅳ類，限制達標因子均為DO。 吉耿水中DO 濃度較低，而興鹽界河水體納污和自清潔能力不足以消納吉耿至民主村段的內外源污染，導致民主村監測站DO 濃度不達標[11-12]。

圖4 4 個水質自動監測站平水期水溫和DO 濃度變化

4 個自動監測站平水期污染物濃度變化見圖5。由圖5 可以看出，2021年10月～12月中旬，吉耿和民主村監測站的CODMn和氨氮濃度均在Ⅲ類標準限值內，10月11日～25日以及11月4日～11日，大縱湖湖心CODMn濃度超標。 隨著溫度的降低，水中生物活性降低，底質無機鹽和有機物的擴散、分解速率也較慢。 10月中下旬螃蟹養殖塘收蟹清塘，冬季降水量少，面源污染影響也較夏季驟減，水質總體向好[13-14]。

圖5 4 個水質自動監測站平水期污染物濃度變化

2.3 討論與建議

位于中下游的2 個水質自動監測站的水質較差，根據遙感風險源解譯這2 個監測站沿河沿岸水產養殖廢水具有重大隱患。 民主村監測站周圍農田灌溉仍以大水漫灌為主，土壤未吸收的水分和作物未吸收的養分通過退水自然排到了外環境中，造成污染。 對此，提出以下提升流域水質的建議：

（1）根據江蘇省發布的DB 32/4043—2021《池塘養殖尾水排放標準》，推動制定區域內池塘升級改造綠色行動方案，對工廠化等其他封閉式養殖水體、大型連片養殖池塘或有改造治理需求的行政區進行養殖池塘標準化改造和尾水治理，促進養殖尾水達標排放。

（2）《江蘇省生態環境廳“十四五”規劃》規定至2025年，全省主要農作物化肥施用量實現負增長。結合高標準農田建設，優先完善民主村斷面周邊農田水利設施，進一步提高農田灌溉保證率，建成“渠相通、路相連、旱能灌、澇能排”的高標準農田。 利用現有溝、渠、塘等，配置水生植物群落、格柵和透水壩，建設生態溝渠、污水凈化塘、地表徑流集蓄池等設施，凈化農田排水及地表徑流。

3 結論

通過對興鹽界河流域內4 個水質自動監測站2021年的水質數據分析，得出以下結論：

（1）興化吉耿和大豐民主村2 個水質自動監測站在2021年出現過水質為劣V 類的情況，相較其它2 個監測站的水質較差。 大豐民主村超標天數占比最高，水質超標天數占總監測天數的46.4%。

（2）4月～6月4 個自動監測站DO 濃度逐漸降低，興化吉耿和大豐民主村水質自動監測站夏季DO 梯度變化大于其余2 個監測站。 大豐民主村自動監測站DO 平均濃度最高，大縱湖湖心和大縱湖出口水質自動監測站的氨氮濃度基本介于0.01 和0.50 mg/L 之間，梯度變化較小。

（3）2021年10月興化吉耿DO 質量濃度為4.60 mg/L，而大豐民主村為3.85 mg/L，水質類別均為Ⅳ類，限制達標因子均為DO。 秋、冬季興化吉耿DO 濃度顯著高于大豐民主村。 2021年10月～12月中旬，興化吉耿監測站和大豐民主村監測站的CODMn和氨氮濃度均在Ⅲ類標準限值內。