十五里河中下游水體氮磷的分布特征與富營養化趨勢分析

許 毅

（安徽省建設工程測試研究院有限責任公司，安徽 合肥 230000）

水體富營養化是指湖泊、河流等水體中N、P失去平衡而引起的水質污染現象。自2016年以來，每年夏天，十五里河入湖口西側環境空氣會變臭，原因在于巢湖近岸富營養化水體中過度繁殖的藻類使湖水產生臭味并釋放有毒有害物質。十五里河匯入巢湖，對巢湖水質有直接的影響，其水體富營養化引起眾多學者的關注，然而現有研究大多集中在短時期內對水質單一指標的考察，如宗寧［1］等分析了十五里河水體中磷含量分布特征，而對水質變化趨勢研究較少，且缺乏連續年限的水體富營養化研究。為此，本文通過對大范圍水質監測，統計并研究了近5年的數據，在分析影響富營養化質量指數的氮磷元素分布特征基礎上，探究并預測了十五里河水體的富營養化趨勢，最后提出了相應的對策，以此為十五里河水體的治理提供一定參考和科學依據。

1 實驗與數據

1.1 監測斷面設置

十五里河發源于合肥市西北大蜀山，全長35 km，在同心橋匯入巢湖，為巢湖一級入湖河流。其支流為幸福渠、王年溝、許小河、圩西河，因上游天鵝湖溢流壩將河流分為兩截，故不考慮上游水體的影響，只綜合考慮各主要排污口、支流，并結合包河區河長制監測斷面設置，從上游至下游分別設置了8個監測斷面：金寨路橋、繞城高速、廬州大道、包河大道、上海路橋、天津路、前楊橋和希望橋。其監測點位如圖1所示。

圖1 十五里河監測斷面布點示意圖

1.2 監測數據

其斷面水質評價指標根據富營養化計算公式，確定為COD、TP、TN，評價標準為GB3838-2002《地表水環境質量標準》［2］Ⅴ類水質濃度標準（mg/L），監測頻次為2次/月。而分析方法依據《水和廢水監測分析方法》（第四版）［3］確定。從金寨路橋至希望橋依次編號為1#-8#，監測數據按年均值計算，近5年十五里河水質指標各斷面TN和TP年平均值，如表1所示。

表1 2017-2021年十五里河水質指標斷面年平均值

由表1可以看出，在2017年TN和TP指標所有斷面年均值均為劣Ⅴ類。在2018年，TN指標所有斷面年均值均為劣Ⅴ類；TP指標，在天津路、前楊橋、希望橋年均值達到Ⅴ類。而2019～2021年，TN指標年均值均為劣Ⅴ類；TP指標，所有斷面在3年內全部達到Ⅴ類。因此，5年間所有斷面TN年均值均超標，即使在2021年希望橋的最小值為4.46 mg/L時，仍超過地表水環境質量標準Ⅴ類標準限值一倍以上。

2 氮磷的分布特征

根據調查，城市污水處理廠及沿河排口排污是十五里河主要的污染源，在污染源排放貢獻比例中，占TN入河負荷比例的84%，占TP入河負荷的中的74%。再結合監測指標標準指數以及營養狀態質量指數，計算TN、TP占據權重，確定TN和TP為本文水體富營養化研究中首要污染物。各斷面TN和TP的分布特征如圖2所示。

圖2 各斷面TN和TP分布特征圖

由圖2可以看出，TN最高點出現在2017年的繞城高速，最低點出現在2021年的希望橋。在2017年，繞城高速TN均值超過上游金寨路橋的5.06 mg/L，其原因在于，此片區梳背橋至龍川路南排污口以及老江淮廠明渠貢獻了大量生活污水，導致TN濃度變高。上海路橋在2017～2018年，TN指標都比上游包河大道要高，只在2019～2021年變低，這是因為在此階段，許小河水質提升工程對總氮消減起到了一定作用。在2018～2021年，廬州大道均出現TN升高的現象，這就需重點關注幸福渠水質。由此可以看出，十五里河總體趨勢是下游水體的TN濃度要低于上游。而TP濃度最高點出現在2017年的繞城高速，最低點出現在2021年的希望橋，此特征與TN一致。但隨著上游水質的改善與穩定，排污口的截留力度加大，在近3年，TP濃度呈現出與TN近似的衰減規律。

在2021年，TN和TP皆在天津路斷面出現了較上一斷面上升的趨勢，其原因在于，十五里河污水處理廠排口在天津路和上海路橋之間，日均污水排放量達到10萬噸以上。并且，在2021年6到8月排水高峰季對污水處理廠沿河排口進行連續多次采樣分析，其TN月均值分別為4.76；3.93；8.46，TP分別為0.13；0.08；0.25，TN沒有達到V類水標準且排放量大，所以，對天津路斷面總氮值升高有直接影響。

3 水體富營養化的分析與研究

目前，國內外使用的水體富營養化的計算評價方法有單項指標法、營養狀態指示法、營養狀態質量指數法等。結合主要污染因子，本文選用營養狀態質量指數法（NQI），并根據計算結果對水體富營養化水平進行評價。其公式如下：

式中CCOD、CTN、CTP分別為采樣實測的化學耗氧量、總氮、總磷濃度，且C'COD、C'TN、C'TP［4］分別為GB 3838-2002《地表水環境質量標準》中化學耗氧量、總氮、總磷的評價標準濃度。以Ⅴ類水質濃度標準（mg/L）為評價標準：當NQI值≤2時，水質為貧營養水平；當NQI值為2＜NQI≤3時，水質為中營養水平，當NQI值＞3時，水質為富營養水平。十五里河斷面的營養狀態質量指數結果如表2所示。

表2 十五里河斷面的年均營養狀態質量指數

由表2可以看出，在2017～2021年，8個斷面的營養狀態質量指數范圍為3.0～9.8；除了在2021年入湖口希望橋斷面NQI＜3，水質為中營養水平外，其余均為富營養水平；NQI最大值為9.8，出現在2017年繞城高速斷面。其5年間水體整體平均指數為3.8～8.1，雖然呈現出隨著年份遞減的趨勢，但依然全部為富營養水平。以河流整體富營養水平平均指數計算，2021年較2017年下降了53%。

2017～2021年各斷面營養狀態質量指數變化趨勢如圖3所示。

由圖3可以看出，從2017～2021年，十五里河水體營養水平從上游到下游總體呈現出先增長后衰減的趨勢。其8個斷面營養狀態質量指數均值依次為5.8、5.8、5.9、5.6、5.3、5.2、4.8、4.5。但隨著許小河水質的穩定改善，上海路橋斷面作為下游，只在2017年NQI值超過包河大道橋斷面，其余年份均呈現出緩慢下降的趨勢，2021年水體NQI值已降至3.8，并且，在2022年有繼續下降的趨勢。

圖3 各斷面營養狀態質量指數變化趨勢圖

4 結論

（1）對監測的8個斷面進行比較，TN濃度從大到小為：金寨路橋＞廬州大道＞包河大道＞繞城高速＞天津路＞上海路橋＞前楊橋＞希望橋；TP濃度從大到小為：金寨路橋＞繞城高速＞廬州大道＞天津路＞上海路橋＞包河大道＞前楊橋＞希望橋，相對于TN，TP濃度更呈現出從上游到下游遞減的規律，而TN濃度受十五里河污水處理廠排口影響更大，在天津路橋等斷面出現了上升現象。

（2）從2017～2021年，雖然水體營養化趨勢減緩，但水體整體仍處于富營養水平，但2021年水體NQI值已降至3.8，并且在2022年有繼續下降的趨勢。

（3）根據溯源監測和對上下游水質比對進行分析，發現造成十五里河水體富營養化最主要原因在于，十五里河污水處理廠排口以及沿岸排污口水質未達到Ⅴ類水標準且TN超標嚴重，所以，其污水處理需加強削氮工藝，沿河排污口需加強截污和雨污分流，此外，其他2條支流許小河和圩西河水質仍需進一步削減氮磷含量。