梁溪河水系地表水水質特征及其主要影響因素分析

嚴勇 王曉睿 許玲玲 陸凱 汪鋒

摘要為綜合分析無錫梁溪河水系地表水水質特征，監測了2020—2022年梁溪河鴻橋和蠡橋2個斷面水質變化，并結合梅梁灣2021—2022年調水水質變化和梁溪河太湖入湖口與到京杭運河交界處河段8個支浜2021年6—12月的水質情況，綜合探究梅梁灣調水和梁溪河支浜水質變化對主河道斷面水質的影響。結果表明，梁溪河水系地表水水質逐步提升，其DO、COD、高錳酸鹽、氨氮和總磷指標均滿足地表水三類水標準。夏季高溫會加速水系好氧過程，引起DO含量降低，進一步導致水系COD、高錳酸鹽、氨氮和總磷含量的增加，是影響梁溪河水質的重要因素之一。夏季梅梁灣調水氨氮和總磷含量較高，結合Canoco 5相關性分析發現，其對梁溪河氨氮和總磷含量的貢獻較大。而三節橋浜的COD含量較高，其支浜水流的匯入是引起梁溪河有機污染物含量較高的因素之一。建議從夏季梁溪河水質維穩、梅梁灣調水管控和主要入河河道水質的治理三方面綜合提升梁溪河水體水質。

關鍵詞梁溪河；地表水水質；調水；支浜；相關性分析

中圖分類號X 143文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2023）24-0062-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.014

Analysis on Quality Characteristics and Main Influencing Factors of Surface Water in Liangxi River System

YAN Yong1，2，WANG Xiaorui3，XU Lingling1，2? et al

（1.Wuxi Ecological Environment Monitoring Center，Wuxi，Jiangsu? 214122;2.Wuxi Sub base of Jiangsu Province Intelligent Environment Governance Experimental Base，Wuxi，Jiangsu 214125;3.School of Environmental and Civil Engineering，Jiangnan University，Wuxi，Jiangsu 214122）

AbstractIn order to comprehensively analyze the surface water quality characteristics of the Liangxi River in Wuxi.This study monitored the changes in water quality in the Hongqiao and Liqiao sections of the Liangxi River? from 2020 to 2022.Combined with the change of water quality in Meiliang Bay from 2021 to 2022 and the water quality of eight tributaries at the entrance of Taihu Lake of Liangxi River and the junction of the Beijing-Hangzhou Canal from September to December 2021.This study comprehensively explored the influence of water diversion in Meiliang Bay and the change of water quality in Liangxi River on the water quality of the main river section.The results showed that the surface water quality of the Liangxi River system has gradually improved，and its indexes of DO，COD，permanganate，ammonia nitrogen，and total phosphorus all meet the three kinds of surface water standards.High temperatures in summer will accelerate the aerobic process of the water system，cause the decrease of DO content，and further lead to the increase of COD，permanganate，ammonia nitrogen，and total phosphorus in the water system，which is one of the important factors affecting the water quality of Liangxi River.The contents of ammonia nitrogen and total phosphorus in Meiliang Bay are higher in summer.Combined with the Canoco 5 correlation analysis，it makes a great contribution to the content of ammonia nitrogen and total phosphorus in the Liangxi River.However，the content of COD in Sanjieqiaobang is higher，and the confluence of its branch water flow is one of the factors leading to the high content of organic pollutants in the Liangxi River.It is suggested that the water quality of Liangxi River should be comprehensively improved from three aspects：the stability of Liangxi River water quality in summer，the control of water diversion in Meiliang Bay，and the treatment of main river water quality.

Key wordsLiangxi River;Surface water quality;Water diversion;Tributary;Correlation analysis

梁溪河位于太湖東北部，全長約5 500 m，溝通城區水系、京杭大運河、蠡湖和太湖，是無錫重要的天然水體紐帶［1］。自污染防治攻堅戰政策實施以來，無錫市政府對太湖流域水環境的綜合管理力度逐年增強［2］。其中，梁溪河作為太湖東北部最主要的入湖河流，其入湖水質對太湖水污染的治理至關重要。

調水是治理湖泊河流污染的有效舉措，不僅可以加快河道水體流動、縮短水體換水周期，而且能對河道內污染物起到稀釋作用。近年來，無錫政府選擇從梅梁灣調水至梁溪河，進一步優化城區河道水質，改善河道黑臭現象。然而，每年夏季太湖藍藻水華爆發會導致大量氮、磷等污染物質進入梅梁灣，進而間接降低調水水質，這在一定程度上可能會導致梁溪河外源污染的匯入、加重夏季河道的富營養化。

梁溪河流域內支浜眾多，其與主河道水系之間的關系接近于毛細血管與動脈血管。通常情況下，這些支浜會在一定程度上影響梁溪河的水質，但由于支浜較小難以引起重視，其產生的污染易被忽略。隨著城市經濟發展和人口遷移，梁溪河及支浜沿岸分布有工業、灌溉、市政、城市生活等多個污染源。其中一些分散在支浜附近的小企業由于規模小、較隱蔽、排污少等特點，常常得不到有效監管，導致個別污染源處于“失控”的狀態。同時，由于支浜往往僅一頭進水，較差的水體流動性導致支浜自身修復能力變弱，伴隨沿岸污染的持續輸入使得水體不僅產生黑臭等現象，還致使污染物沉降于河底，造成嚴重的內源性污染，最終影響梁溪河水質［3］。

該研究通過監測2020—2022年無錫市梁溪河上鴻橋和蠡橋2個斷面水質變化，綜合評估梁溪河水系地表水水質特征。進一步結合梅梁灣2021—2022年調水水質變化和梁溪河太湖入湖口與到京杭運河交界處河段8個支浜2021年6—12月的水質情況，綜合探究梅梁灣調水和梁溪河支浜水質變化對主河道斷面水質的影響，進而提出與梅梁灣調水和各支浜污染情況相匹配的針對性整治意見，為梁溪河河道管控和太湖水污染治理提供理論支持與參考。

1材料與方法

梁溪河監測斷面位于蠡橋和鴻橋，為國考斷面。調水水流監測點位于梁溪河與梅梁灣交界處；各監測支浜分布于梁溪河兩側，自東向西分別為鎮山潭、三節橋浜、小渲河、泰康浜、蔣巷浜、唐巷浜、吳大成浜和罵蠡港。各支浜名稱、監測點位置、坐標分別如圖1和表1所示。

2020年1月至2022年12月，對2個國考斷面進行了為期3年的水質監測，每月采樣1次，采樣地點為河面中間位置，水面之下0.5 m處的水樣。對所采集樣品的溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（COD）、總磷（TP）5個指標分析檢測。DO在樣品采集之后，用便攜式溶解氧儀進行現場測定。其余4項指標在取樣測定溶解氧后，冷藏保運，待運輸回實驗室后測定。COD采用重鉻酸鉀法（HJ 828—2017）進行測定［4］；高錳酸鹽指數采用氧化還原滴定法進行指標物濃度檢測［5］；NH3-N采用納氏試劑法（HJ 535—2009）進行測定［6］；TP采用鉬酸銨分光光度法（GB 11893—89）進行測定［7］。為研究梅梁灣調水對梁溪河水質影響，2021年1月至2022年12月對梅梁灣調水進行了為期2年的水質監測，具體采樣指標和方法與斷面監測一致。為研究梁溪河與相通各支浜污染的相關性，2021年6—12月，對各支浜進行了為期6個月的水質監測，具體采樣指標和方法與斷面監測一致。試驗數據使用Canoco 5進行分析整理及分析，使用Origin 2018進行圖表制作。

2結果與分析

2.1梁溪河及其連通河道水質污染特征

2.1.1水質污染特征。

2021年6—12月梁溪河鴻橋和蠡橋2個斷面及梁溪河段周邊8個支浜綜合水質特征如圖2所示。根據《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）要求，梁溪河2個監測斷面（蠡橋和鴻橋）除COD和高錳酸鹽指數外，基本符合地表水二類水質標準。而蠡橋斷面和鴻橋斷面的COD含量分別為15.8和16.7 mg/L、高錳酸鹽指數分別為4.4和4.3 mg/L，均滿足地表水三類水質標準。連接梁溪河的多個支浜中，除三節橋浜和罵蠡港外均滿足地表水三類水標準。對于三節橋浜，其總磷、氨氮、COD和高錳酸鹽指數均不滿足地表三類水要求，污染較為嚴重且可能通過匯流引起梁溪河水質的下降。

2.1.2污染源分析。

雖然梁溪河整體滿足地表水三類水質標準，但在個別月份中河水的一些指標仍表現出較高的污染，分析引起梁溪河水質降低的污染源有助于了解梁溪河污染的現狀。自污染防治攻堅戰政策實施以來，無錫市政府對城市環境的保護和建設愈加重視，梁溪河兩側的工業廠區逐漸搬遷，至2020年梁溪河兩側已沒有工廠污水的排放。然而，梁溪河底泥中含有大量氮、磷、重金屬等污染物質，每年來往梁溪河的船只會引起底泥攪動，導致污染物質從底泥中釋放進入梁溪河水體。同時，梁溪河作為城市旅游景點之一，兩側仍有許多餐飲店鋪運營，一些商家會偷排污水進入梁溪河，這會導致梁溪河水體中氨氮、總磷等指標的上升。梅梁灣調水在很大程度上也會影響梁溪河水質，特別是每年夏季受太湖水華影響，引入水體中含有大量的氮、磷元素，會加重梁溪河的富營養化。另外，梁溪河周圍的支流支浜與河道相通，其中污染較嚴重的支浜會將污染物匯入梁溪河，這也是導致河體水質降低的重要污染源。

2.2梁溪河水質變化趨勢與成因分析

2.2.1梁溪河水質變化趨勢。

為進一步探究梁溪河2020—2022年水質的年際變化和年內變化特征，該研究分析了蠡橋斷面和鴻橋斷面3年內5個水質參數的變化（圖3～7）。

2.2.1.1溶解氧。水體中的溶解氧（DO）是水生生態系統中生命體和生物地球化學過程的基礎，溶解氧受溫度、氣壓、水深、鹽度、水動力和有機物含量等因素影響，在不同地區呈現出不同的特征［8］。當溶解氧低于3 mg/L 時，大量浮游植物的卵和幼蟲會在幾天之內死亡；嚴重的低氧甚至會在水體中形成“死區”［9］。該研究中，梁溪河年內溶解氧含量受季節影響較大，總體表現為夏季溶解氧含量較低、冬季含量較高，其中2020年7月份蠡橋斷面檢測的溶解氧含量甚至低于3 mg/L。導致這一現象的主要原因是夏季較高的氣溫，此時水體中各種生物活動更加劇烈，大量消耗梁溪河水中的溶解氧。另外，高溫會使得水中的溶解氧較快溶出，耗氧速率大于復氧速率，這也導致了水體中溶解氧含量的下降［10］。通過對比2020—2022年蠡橋斷面和鴻橋斷面溶解氧含量發現，梁溪河水體平均溶解氧含量逐年上升，且均高于地表三類水水質要求。相較于蠡橋斷面，鴻橋斷面平均溶解氧含量更高，這可能與該斷面周邊較多的曝氣設備有關。

2.2.1.2高錳酸鹽。

高錳酸鹽指數是指在酸性或堿性介質中以高錳酸鉀為氧化劑，處理水樣時所消耗的量，以mg/L表示，常被作為地表水體受有機污染物和還原性無機物質污染程度的綜合指標［11］。該研究中，梁溪河年內高錳酸鹽指數趨勢與溶解氧含量相反，總體表現為夏季較高、冬季較低，這說明梁溪河夏季受到有機污染物和還原性無機物質污染更為嚴重。對比2020—2022年梁溪河高錳酸鹽指數的年際含量變化可以看出，梁溪河高錳酸鹽指數逐年降低，且均符合地表三類水水質要求。需要指出的是，2020年夏季梁溪河的有機污染物和還原性無機物質污染較為嚴重，多個月份未達到地表水三類水質要求。

2.2.1.3化學需氧量?；瘜W需氧量（COD）是通過化學方法檢測水樣中能被氧化的還原性物質消耗氧化劑的量，該指標是考察水體中有機污染物濃度的重要依據［12］。該研究中，梁溪河年內化學需氧量較為平穩，但在8—9月會有一定程度的增加，說明夏季梁溪河水體中有機物污染都更為嚴重。一般而言，有機污染物的來源主要是農藥、化工廢水、有機肥料等還原性物質［13］，鑒于當前梁溪河管理現狀，這些過量的有機污染物可能來源于夏季較為頻繁游船來往引起的底泥污染釋放和支浜的匯入。對比2020—2022年蠡橋斷面和鴻橋斷面化學需氧量的年際含量變化可以看出，梁溪河水體中的COD含量逐年降低，且均符合地表水三類水水質標準。其中，2022年蠡橋斷面COD的平均含量為14.89 mg/L，符合地表水二類水水質標準，這也進一步說明了梁溪河水質管控與治理的進步。

2.2.1.4氮、磷元素。氮、磷元素作為生物地球化學循環中物質的基礎，是污染物排放總量控制的主要對象［14］，也是該研究中主要分析的重要參數。其中，氨氮（NH3-N）是指以游離氨或者銨鹽形式存在的氨［15］，而總磷（TP）含量主要指水樣中正磷酸鹽、偏磷酸鹽、焦磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機態含磷化合物的總和［16］。該研究中，雖然梁溪河受夏季太湖藍藻爆發影響，其氨氮含量會有一定程度的提升，但均滿足地表水三類水標準?？偭缀康淖兓厔菖c氨氮相似，雖然蠡橋斷面在2020年8月檢測到總磷含量超過了0.2 mg/L，但其他時間段的指標也均滿足地表水三類水標準。整體來看，梁溪河水體氨氮和總磷含量逐年降低得益于相關部門的有效監管與治理，至2022年蠡橋斷面和鴻橋斷面年平均氨氮和總磷含量均已滿足地表水二類水標準。

2.2.2成因分析。

梁溪河水質逐步提升，但仍然存在較多因素影響水質，如夏季氣溫、兩岸餐飲店的偷排、支浜污染等，探究影響梁溪河水質的主要因素有助進一步監管和治理梁溪河水系。夏季梁溪河DO含量會有一定程度的降低，而COD、高錳酸鹽指數、氨氮和總磷指標均出現上升。夏季的高溫是導致這一現象的主要原因。研究認為［17］，持續高溫將導致河道蒸發量加大，加上降水量的減少，導致水體容量與水動力不足，削弱水體自凈能力；另外，持續高溫將導致氧氣在水中溶解度的下降，同時高溫條件下河道底泥及水體耗氧過程加速，導致水體溶解氧濃度快速下降。研究也表明［18］，高溫有利于促進有機物的降解，導致溶解氧下降、無機營養鹽濃度增加，加速底泥氮、磷污染物的釋放，加重水體富營養化程度。

梅梁灣調水在很大程度上會影響梁溪河水質，2021—2022年的水質變化情況如圖8所示。調水COD含量和高錳酸鹽指數在2年內較為平穩，受季節變動的影響較小，這說明梅梁河調水中有機污染物濃度整體較為穩定。結合前文梁溪河斷面每年夏季COD含量和高錳酸鹽指數上升的結果可以推測，梁溪河中有機污染物的增高受調水的影響較小，可能與支浜匯入和商家偷排有關。梅梁灣調水的氨氮和總磷含量在夏季均有一定程度的增加，而DO含量則在夏季降低，這可能與每年夏季太湖藍藻水華爆發有關。梅梁灣與太湖相通，藍藻爆發會引起湖水富營養化，大量的氮、磷元素會進入梅梁灣，進而通過調水引入梁溪河，導致梁溪河夏季的氨氮和總磷含量增高，DO含量降低。通過Canoco 5相關性分析也發現（圖9），梅梁灣調水的氨氮、總磷和DO含量與梁溪河斷面呈正相關，這說明梅梁灣調水對梁溪河氨氮、總磷和DO的貢獻較大?？紤]到每年夏季梁溪河氨氮和總磷含量較高的現狀，應選擇在夏季減少梅梁灣的調水或選擇其他水質更好的水源地進行同步調水。

梁溪河周邊支浜的匯入也是影響梁溪河水質的因素之一。通過上文的研究可以看出，三節橋浜和罵蠡港的多個指標不滿足地表水三類水標準，而其他支浜個別月份也會出現水質不達標現象，這些支浜會通過匯流將過量污染物質引入梁溪河，導致水質降低。進一步，該研究通過對各支浜6個月的水質指標進行相關性分析，深入探討影響梁溪河水質的因素，明確污染物的來源。通過高錳酸鹽指數和COD含量的相關性分析可以綜合分析梁溪河水體中有機污染物與支浜匯流的關系（圖10），其中三節橋浜和鎮山潭與梁溪河2個檢測斷面COD含量呈正相關，而三節橋對于這2個斷面COD含量的貢獻較大。結合圖2結果可以看出，三節橋浜COD含量過高，超過地表水三類水體標準，這說明三節橋浜的含有較高的有機污染物，其匯流會引起梁溪河COD含量上升，降低水質。

氮、磷元素是污染物排放總量控制的主要對象，該研究進一步分析了支流支浜氨氮和總磷濃度與梁溪河斷面的相關性關系。通過上文的研究可以發現，三節橋浜含有較高的氨氮和總磷，然而通過相關性分析發現其含量與梁溪河斷面并無正相關關系，這說明該支浜對梁溪河中氮磷元素并無較大貢獻。反而，氮磷濃度較低的唐港浜、小渲河等與梁溪河斷面有較大的相關性?？紤]到2020—2022年梁溪河自身較低的氨氮含量，可以推測這與無錫市政府對這幾個相關性較大支浜氨氮和總磷的有效綜合管控有關。

3梁溪河水質提升管控策略

3.1夏季高溫氣候下水質的管控

在夏季高溫天，建議采用再生水補水、河道引水、水庫下泄補水等方式，積極拓展生態補水的水源，加大生態補水的水量。通過內河節制閘、泵站等科學調度，對河道水體進行精準調控，增強平原河網的流動性，改善河道水動力條件。部分不具備補水、調控條件的河道可以通過設置臨時水泵、涌浪機、推流曝氣裝置，增加水體流動性。另外，在不影響斷面水質監測的范圍外采用噴泉式曝氣機、涌浪機或微納米曝氣設備等設施對水體進行復氧，促進上下層水體的混合，并加大局部水體的擾動，提高水中溶解氧的含量，抑制底泥氮、磷的釋放，防止水體黑臭現象的發生，恢復和增強水體中好氧微生物的活力，使水體中的污染物質加快降解得以凈化，從而改善河道水質。

3.2上游梅梁灣調水及主要入河河道的管控

針對由于夏季太湖水華梅梁灣調水氨氮和總磷含量較高的現狀，首先應按照季節變化調整上游調水水量，減少夏季梅梁灣的調水；再另外選擇其他水質較高的河流湖泊同步進行梁溪河的夏季調水工作。針對支浜內源污染嚴重、河床淤積等問題，首先采用水力沖挖法對支浜進行生態疏浚，對支浜底泥進行清淤，減少內源氮磷釋放，對支浜水質改善有著重要作用；針對支浜水生態環境惡化、水體自凈能力差等問題，利用“基質－微生物－植物”協同作用，構建支浜原位反應器和支浜異位人工濕地，恢復水體的溶解氧，提升水體的自凈能力。支浜原位生態反應器技術通過曝氣增氧、生態浮島等相關技術，構建缺氧/好氧原位生態凈化系統。支浜異位生態凈化工程采用濕地處理技術，利用景觀風車以及太陽能提水泵，將河水引入河岸濕地處理系統，通過多級濕地對河水進行異位處理，處理出水進入支浜活水循環。

針對梁溪河沿岸居民區眾多，需要建立和完善生活污水排放收集系統，統一規劃污水管網，建立健全污水排放和收集系統，使得生活污水不直接排入環境。首先，對部分雨污水管網存在的老化破損、淤積堵塞、錯接漏接等“不健康”問題進行深入“體檢”，通過分類摸排、全面溯源，理清全區排水網絡，精準定位管道“痛點”，查清“病因”，推進污水源頭收集和污染源頭管控。其次，可以在沿支浜的居民區建立人工濕地系統，人工濕地的作用首先是消納居民的生活污水，再者就是作為生態屏障，對該地區的微氣候起調節作用，可以凈化水質、調節氣候環境，同時還能為居民打造休息區，起到美化生活環境的作用。

4結論

2020—2022年梁溪河水系地表水水質逐步提升，其DO、COD、高錳酸鹽、氨氮和總磷指標均滿足地表水三類水標準，但夏季氣溫、梅梁灣調水和支浜污染等因素仍可能影響梁溪河的綜合水質。

（1） 夏季高溫會加速水系耗氧過程，引起DO含量降低，進一步導致水系COD、高錳酸鹽、氨氮和總磷含量的增加，是影響梁溪河水質的重要因素。

（2） 夏季梅梁灣調水水質氨氮和總磷含量上升，且結合Canoco 5相關性分析發現，梁溪河氨氮和總磷濃度與梅梁灣調水有關。

（3） 通過Canoco 5相關性分析，發現三節橋浜的COD含量較高，其水流的匯入是引起梁溪河有機污染物含量較高的因素之一；而梁溪河較低的氨氮、總磷污染得益于無錫政府對唐港浜、小渲河等相關支流支浜的有效管理。

（4）建議從夏季梁溪河水質維穩、梅梁灣調水管控和主要入河河道水質的治理三方面綜合提升梁溪河水體水質。

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