馬忠平

(石嘴山市水利勘察設(shè)計(jì)室，石嘴山 753000)

湖泊是我國(guó)最重要的淡水資源之一，具有防洪排澇、蓄水供水、水產(chǎn)養(yǎng)殖及氣候調(diào)節(jié)等多種功能，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著不可估量的作用。近幾十年來(lái)，由于湖泊流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，污染治理措施滯后，致使我國(guó)眾多湖泊隨著外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的持續(xù)流入，水體藻類(lèi)發(fā)展逐漸占優(yōu)，水體濁度增加，水生植物減少，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度普遍較高，湖泊處于“水華”頻發(fā)的高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。這種狀況危及地區(qū)的飲水安全，進(jìn)而威脅到湖泊生態(tài)系統(tǒng)安全，并在一定程度上制約了流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。對(duì)我國(guó)重點(diǎn)湖泊生態(tài)安全進(jìn)行調(diào)查與評(píng)估是開(kāi)展湖泊保護(hù)工作的重要內(nèi)容之一，在當(dāng)前狀況下已刻不容緩。

星海湖是寧夏回族自治區(qū)石嘴山市大武口區(qū)內(nèi)面積最大的湖泊濕地，其水域面積達(dá)到23.42 km2。在發(fā)揮防洪調(diào)洪、蓄水補(bǔ)水功能的同時(shí)，星海湖集濕地保護(hù)、改善生態(tài)、休閑旅游、水產(chǎn)種養(yǎng)等多功能于一體，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)發(fā)展有著重要的影響[2]。隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，星海湖的污染狀況日趨嚴(yán)重。本研究結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，對(duì)星海湖現(xiàn)有水體的污染狀況尤其是富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并結(jié)合周邊污染源分析星海湖的污染成因，為后續(xù)制定污染防治措施提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

星海湖毗鄰市區(qū)，分為北域、東域、中域、南域、西域、新月海等為主體的市區(qū)水系。星海湖周邊的水體污染源分為點(diǎn)源污染和非點(diǎn)源污染。點(diǎn)源污染主要為星海湖南域、中域、北域灌溉渠(第二農(nóng)場(chǎng)渠)的黃河水補(bǔ)水口以及北域、中域、南域島嶼的公園等生活、娛樂(lè)設(shè)施產(chǎn)生的生活污染源；非點(diǎn)源污染包括干濕沉降、山洪水以及漁業(yè)養(yǎng)殖污染等[3]。

1.2 采樣分析

2011年3月至2016年11月期間逐月對(duì)星海湖北域常年監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(圖1)的透明度(SD)、葉綠素a(Chl.a)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總磷(TP)、總氮(TN)、化學(xué)需氧量(COD)進(jìn)行檢測(cè)。為全面了解星海湖流域水體環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，2017年5月23—25日對(duì)星海湖流域各區(qū)域水體及周邊水系進(jìn)行了補(bǔ)充監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1)的布置和采樣檢測(cè)。監(jiān)測(cè)分析方法按《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)及《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版增補(bǔ)版)中有關(guān)規(guī)定執(zhí)行(表1)。

●星海湖北域常年監(jiān)測(cè)點(diǎn)；H1—H9星海湖流域湖水補(bǔ)充監(jiān)測(cè)點(diǎn)；Z1—Z4星海湖周邊水系補(bǔ)充監(jiān)測(cè)點(diǎn)圖1 星海湖樣品采集點(diǎn)Fig.1 Sample collecting points of Xinghai Lake

檢測(cè)項(xiàng)目分析方法方法來(lái)源檢測(cè)下限∕mg·L-1透明度塞氏盤(pán)法《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版-葉綠素a-《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第四版-高錳酸鹽指數(shù)高錳酸鉀法GB 11892—890.5總磷鉬酸銨分光光度法GB 11893—890.01總氮堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法GB 11894—890.05COD重鉻酸鹽法CB 11914—895

1.3 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法[4-5]評(píng)價(jià)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀況，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括透明度(SD)、葉綠素a(Chl.a)、總磷(TP)、總氮(TN)和高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)。湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 湖泊富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)

1.4 成因分析調(diào)查方法

調(diào)查主要采取實(shí)地踏勘的方式提供污染源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)前期數(shù)據(jù)收集、記錄及后續(xù)計(jì)算分析，保證數(shù)據(jù)來(lái)源的可靠性與真實(shí)性。部分?jǐn)?shù)據(jù)由石嘴山市環(huán)保局提供。

2 結(jié)果與分析

2.1 星海湖富營(yíng)養(yǎng)化程度

以2011—2016年的總氮、總磷指標(biāo)為例，在取樣期間總氮、總磷濃度整體呈上升趨勢(shì)(圖2)?？偟|(zhì)量濃度均超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(≤1 mgL)，其中2016年8月總氮質(zhì)量濃度最高，達(dá)到4.315mgL；總磷質(zhì)量濃度在2015年、2016年均超過(guò)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(≤0.05 mgL)，2016年8月質(zhì)量濃度最高，達(dá)到0.4 mgL。浮游植物葉綠素a的含量是表征水體藻類(lèi)含量的生物指標(biāo)，也是衡量水體初級(jí)生產(chǎn)力的重要指標(biāo)，2011—2016年葉綠素a含量變化較大，在1—83mgm3，2016年9月含量最高，達(dá)82.22 mgm3；2011年3月含量最低，為1.82 mgm3。

圖2 2011—2016年星海湖流域水體常年監(jiān)測(cè)點(diǎn)總氮(a)、總磷(b)濃度和葉綠素a含量(c)Fig.2 The concentration of total nitrogen(a)，total phosphorus(b)and chlorophyll a content(c)at the routine monitoring points in Xinghai Lake from 2011 to 2016

湖泊生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的整體，僅利用單一因素作為指標(biāo)劃分湖泊營(yíng)養(yǎng)類(lèi)型具有片面性。為全面考察星海湖流域的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(TLI)對(duì)2011—2016年常年監(jiān)測(cè)點(diǎn)和2017年5月23—25日補(bǔ)充監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

由表3可知，2011—2014年星海湖流域水體綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)在54.71—56.86，屬于輕度富營(yíng)養(yǎng)。2015年和2016年星海湖流域水體綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)分別是62.01和65.35，屬于中度富營(yíng)養(yǎng)。2011—2016年，星海湖流域富營(yíng)養(yǎng)化程度先減輕后加重，2014年富營(yíng)養(yǎng)化程度最輕，綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)為54.71，仍為輕度富營(yíng)養(yǎng)。

表3 星海湖流域常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2011—2016年綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

星海湖補(bǔ)充監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)表明：南域?yàn)檩p度富營(yíng)養(yǎng)化,東域?yàn)橹囟雀粻I(yíng)養(yǎng)化，其余各域均為中度富營(yíng)養(yǎng)化，周邊水體均為中度富營(yíng)養(yǎng)化(Z4為黃河水)，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重(表4)。

表4 星海湖流域補(bǔ)充監(jiān)測(cè)點(diǎn)位綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 污染成因

通過(guò)實(shí)地調(diào)查和資料收集分析發(fā)現(xiàn)，星海湖的主要污染源為漁業(yè)養(yǎng)殖、生活污水、黃河補(bǔ)水、山洪水、干濕沉降等,其中漁業(yè)養(yǎng)殖和水源輸入造成污染的貢獻(xiàn)最大。根據(jù)實(shí)地勘測(cè)結(jié)果，并參照全國(guó)污染源普查中水產(chǎn)養(yǎng)殖污染源和城鎮(zhèn)生活源排污系數(shù)計(jì)算， 2016年星海湖漁業(yè)養(yǎng)殖排入的COD、TP、TN分別為 198.62 t、5.68 t、29.74 t，由生活污水排入的COD、TP、TN分別為31.54 t、1.79 t、22.38 t[6]；黃河水是星海湖的主要補(bǔ)給水源，據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算，2016年通過(guò)黃河補(bǔ)水輸入星海湖的COD、TP、TN分別為 308.73 t、23.15 t、3.27 t[6]；山洪水也是重要的COD污染源，根據(jù)相關(guān)洪水研究資料(由石嘴山市環(huán)保局提供)，計(jì)算出2016年北域、南域、中域COD的入湖量分別為57 t、28.75 t和1.5 t，總計(jì)87.25 t；星海湖每年通過(guò)干濕沉降方式輸入的污染負(fù)荷為T(mén)N 40.03 t、TP 0.13 t。由漁業(yè)養(yǎng)殖、生活污水、黃河補(bǔ)水、山洪水、干濕沉降以及湖水自身所形成的主要污染負(fù)荷見(jiàn)圖3。

圖3 2016年星海湖 COD(a)、TN(b)、TP(c)負(fù)荷組成分析Fig.3 Load composition analysis of COD(a)，TN(b)and TP(c)in Xinghai Lake in 2016

從污染負(fù)荷比例分析，COD、TN、TP均是湖水自身累計(jì)的污染物，占主導(dǎo)地位，占比分別為67%、27%和36%。在外源污染中，COD、TN、TP的主要污染源分別是黃河補(bǔ)水、干濕沉降和漁業(yè)養(yǎng)殖，占比分別為16%、25%和33%。2016年輸入星海湖的COD、TN和TP分別為 626.14 t、 115.30 t和10.88 t。由于歷史原因，星海湖各流域湖底存在高差，各流域之間水位不同，彼此隔斷，分別從大渠開(kāi)口獨(dú)立補(bǔ)水，湖水只進(jìn)不出，又不能連通循環(huán)和外排，水體只有蒸發(fā)和滲漏，外源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)逐漸濃縮富集，使富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸加重。

3 討論與結(jié)論

湖泊富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生，主要是湖內(nèi)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的大量增加所致。氮和磷常被單獨(dú)或共同認(rèn)為是陸地生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力的主要營(yíng)養(yǎng)現(xiàn)狀因子[7]。已有專家學(xué)者根據(jù)我國(guó)湖泊的實(shí)際情況及相關(guān)富營(yíng)養(yǎng)化的調(diào)查資料提出了我國(guó)湖泊營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，在該標(biāo)準(zhǔn)中，總磷質(zhì)量濃度為0.02—0.05 mgL，總氮質(zhì)量濃度為0.4—1.2 mgL時(shí)，湖泊處于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài);總磷總氮濃度高于該范圍時(shí)，可認(rèn)為湖泊處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)[8]。同時(shí),國(guó)內(nèi)已有學(xué)者將10 mgm3葉綠素a作為劃分水體富營(yíng)養(yǎng)化的標(biāo)準(zhǔn)閾值[9]。根據(jù)上述的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)閾值規(guī)定，2015—2016年期間的星海湖處于絕對(duì)的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，流域水質(zhì)呈逐漸惡化趨勢(shì)。常規(guī)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)由2011—2014年的輕度富營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)?015—2016年的中度富營(yíng)養(yǎng)，通過(guò)對(duì)星海湖不同水域和周邊水系的補(bǔ)充監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，星海湖不同水域中輕度、中度和重度富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象并存。在星海湖流域的部分水域已有可見(jiàn)藍(lán)藻，在下風(fēng)向有大片水華出現(xiàn)，而藍(lán)藻水華暴發(fā)是湖泊水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要表征[10]。星海湖的主要污染源為漁業(yè)養(yǎng)殖、生活污水、黃河補(bǔ)水、山洪水、干濕沉降等，其中漁業(yè)養(yǎng)殖和水源輸入造成污染的貢獻(xiàn)最大。在外源污染中，COD、TN、TP的主要污染源分別是黃河補(bǔ)水、干濕沉降和漁業(yè)養(yǎng)殖，分別占比為16%、25%和33%。因此，針對(duì)星海湖的污染現(xiàn)狀和污染來(lái)源，要加強(qiáng)外源性污染控制，一方面嚴(yán)格控制養(yǎng)殖業(yè)廢水以及生活污水等污染源入湖，消減氮磷的流入；另一方面應(yīng)減少農(nóng)田化肥農(nóng)藥的施用量，尤其控制農(nóng)田灌溉后退水流入水體，從源頭上控制星海湖輸入性水源的氮磷含量，從而有效減緩星海湖湖泊水體的富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。