吳祥宗，賈文超，宋思懿，余永光，黃 露

(1.閩江學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，福建 福州 350108；2.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655)

閩江學(xué)院本部校區(qū)坐落于福州大學(xué)城西北側(cè)，西側(cè)緊鄰國(guó)家森林公園旗山。校園東側(cè)有寬100 m左右的溪源江，為順應(yīng)地勢(shì)，校內(nèi)河道與溪源江打通，與校內(nèi)原有池塘、河道連成一體，并在東南角處接入規(guī)劃河道使其變?yōu)榛钏?，形成從西北流向東南的校園景觀水系，從而達(dá)到改善校園自然環(huán)境的目的，并起到保護(hù)校園生態(tài)環(huán)境、涵養(yǎng)水源、凈化空氣、調(diào)節(jié)氣候、保護(hù)生物多樣性、美化校園整體景觀等多重作用[1]。閩江學(xué)院水域既有人工挖掘的人工湖和河道，又有自然水體，形成了本區(qū)域獨(dú)特的內(nèi)河湖景觀。開挖以來，隨著源頭溪源江流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快，人口不斷增加，生活和生產(chǎn)排水量加大，上游水域污染日益嚴(yán)重[2]。景觀水體水域面積小、易受周圍環(huán)境影響、水體流動(dòng)性較差、水質(zhì)自凈能力弱，更易導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)灰發(fā)臭，致使水系喪失原有的設(shè)計(jì)價(jià)值，并對(duì)校園生態(tài)環(huán)境造成十分惡劣的影響，這也是大部門國(guó)內(nèi)高校內(nèi)河湖景觀水體面臨的亟須解決的一個(gè)問題[3]。由于水體污染的復(fù)雜性、不同水體生態(tài)的差異，污染因子也有所區(qū)別，對(duì)目標(biāo)水體進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)顯得尤為重要。目前，針對(duì)湖泊(水庫)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)研究較多[4-5]，但針對(duì)國(guó)內(nèi)高校內(nèi)河湖景觀水體的水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化研究相對(duì)較少[6]。

如何治理流域污染是在打贏“三大攻堅(jiān)戰(zhàn)”背景下的熱點(diǎn)問題[7]。目前，針對(duì)水體污染的處理有化學(xué)法、物理法以及生物修復(fù)法。化學(xué)法主要有絮凝和沉淀，物理法主要有曝氣、循環(huán)過濾、底泥疏浚、引水沖污，生物修復(fù)法包括生態(tài)浮床、水生動(dòng)植物修復(fù)、接種微生物等技術(shù)。相對(duì)于物理、化學(xué)方法，植物生態(tài)修復(fù)法投資小，操作簡(jiǎn)單，凈化結(jié)果較好，但控制不好容易造成局部水體的二次污染[8]。目前，單一的化學(xué)法、物理法和生物法無法從根本上解決水體污染或富營(yíng)養(yǎng)化問題，甚至?xí)绊懼苓吷鷳B(tài)環(huán)境的平衡。將三者相結(jié)合是預(yù)防和治理景觀水體富營(yíng)養(yǎng)化的新趨勢(shì)[9]。據(jù)調(diào)查，治理措施實(shí)施后，短期水質(zhì)迅速轉(zhuǎn)好，但由于破壞了原生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，水體富營(yíng)養(yǎng)化容易反彈[10]。因此對(duì)水體水質(zhì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)，在污染加劇時(shí)段采取針對(duì)性措施具有極其重要的意義[11]。

1 研究?jī)?nèi)容

1.1 研究區(qū)域概況

福州大學(xué)城，地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有亞熱帶氣候特征，冬季時(shí)間短，夏季時(shí)間較長(zhǎng)，全年氣候溫和，年平均氣溫19.8 ℃，年平均地溫 22.1 ℃。校園內(nèi)河全長(zhǎng)約0.95 km，最寬處約為48 m，最深處為1.6 m。校區(qū)景觀水體的水源部分為雨水補(bǔ)給和人工補(bǔ)給，溪源江源頭為離校園8.1 km的溪源水庫，年平均流量在3.02～9.0 m3/s，每年的11月至次年的2月為枯水期，3月、4月為平水期，5月～10月為豐水期。

1.2 采樣點(diǎn)與采樣時(shí)間

2020年4月～2021年3月每月上旬、中旬、下旬在景觀水入口、河心、出口3個(gè)斷面采集水樣，根據(jù)《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》河流采樣點(diǎn)的布設(shè)原則，分別設(shè)置斷面A(E119°10′21″，N26°4′20″)、B(E119°10′28″，N26°4′8″)、C(E119°10′41″，N26°3′57″)3個(gè)采樣點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 斷面位置分布圖

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)與測(cè)定方法

監(jiān)測(cè)對(duì)象為一般景觀水，但又養(yǎng)有魚，可按照《國(guó)家地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)IV類水質(zhì)的要求進(jìn)行評(píng)價(jià)，選擇監(jiān)測(cè)主要指標(biāo)有：溶解氧(DO)、總磷(TP)、總氮(TN)、化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH3-N)、懸浮物(SS)、濁度(NTU)、溫度(T)、pH等9個(gè)指標(biāo)，其中水溫、pH 值、溶解氧在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，其他指標(biāo)根據(jù)《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)任務(wù)作業(yè)指導(dǎo)書》要求采用有機(jī)玻璃采樣器采集水樣帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，分析方法按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法和《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》(增補(bǔ)版)進(jìn)行，如表1所示。

表1 監(jiān)測(cè)因子及分析方法

1.4 治理措施與水質(zhì)變化對(duì)比

在治理前，在內(nèi)河斷面A、斷面B、斷面C采集水樣，經(jīng)測(cè)定多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)，屬于Ⅴ類水質(zhì)。采用物理、化學(xué)和生物3種方法相結(jié)合治理。河道水域兩端做一定的物理隔離，使河道兩岸保持原有的自然生態(tài)通暢，再以高孔硅藻為主體的微生態(tài)濾床對(duì)河道底床進(jìn)行改良，種植四季常青苦草、伊樂藻等沉水植物以及美人蕉、再力花、睡蓮等挺水植物。為加快水質(zhì)改善，還安裝了沉底增氧曝氣設(shè)施，通過每隔5 m左右的曝氣孔，每天上、下午各3 h進(jìn)行曝氣增氧。在入口A前端和河心B采集水樣，進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)比治理前后水質(zhì)情況。在2020年4月～2021年3月每月上、中、下旬在3個(gè)斷面按照《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ/T91-2002)采集水樣，取平均值進(jìn)行分析，可代表整條內(nèi)河水質(zhì)情況。

1.5 數(shù)據(jù)分析及評(píng)價(jià)方法

數(shù)據(jù)采用origin軟件進(jìn)行分析及作圖，按地表水IV類水質(zhì)的要求進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法采用單因子污染指數(shù)法和綜合因子污染指數(shù)法。

單因子污染指數(shù)法是將污染因子的實(shí)測(cè)濃度值與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行逐項(xiàng)對(duì)比，計(jì)算簡(jiǎn)單，能直觀顯示超標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)，是目前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最為普遍的一種判別水質(zhì)類別的方法，計(jì)算公式為：

Pi=Ci/Si

式中：Pi為環(huán)境中污染物i的污染指數(shù)；Ci為污染物i的實(shí)測(cè)值；Si為污染物i的標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)Pi≤1時(shí)，表明水體污染物濃度未超標(biāo)；當(dāng)Pi>1時(shí)，表明污染物濃度已超標(biāo)，水體受到污染。

綜合污染指數(shù)法既能突出污染指數(shù)最大因子對(duì)總體水質(zhì)的作用，又能反映水體的污染性質(zhì)和程度，是目前水質(zhì)評(píng)價(jià)中比較常用的方法，其計(jì)算也是在單因子污染指數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算得到的，計(jì)算公式為：

式中：n為參與評(píng)價(jià)的污染物項(xiàng)數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

2.1.1 治理前后水質(zhì)變化

科學(xué)合理的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法是全面、客觀評(píng)價(jià)的前提。選取斷面A、斷面B為研究對(duì)象，治理前后水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比如圖2所示。由圖2可知，經(jīng)過治理后主要水質(zhì)指標(biāo)改善較大，去污率在60.32%～78.63%之間；治理后Pi值小于1，說明水質(zhì)達(dá)標(biāo),治理效果明顯。

(a)污染物濃度變化 (b)Pi值變化

2.1.2 內(nèi)河水質(zhì)變化趨勢(shì)

(1)pH、水溫、懸浮物和濁度變化趨勢(shì)

水質(zhì)動(dòng)態(tài)是以水體構(gòu)建的重要生態(tài)系統(tǒng)變化趨勢(shì)的重要參考，水質(zhì)本身也承載豐富的環(huán)境信息。合理的水質(zhì)評(píng)估有助于水質(zhì)管理和水污染防治。河水pH、水溫、懸浮物和濁度變化趨勢(shì)如圖3所示。由圖3可知：pH在7.02～7.62之間，呈弱堿性，適宜藻類及微生物等生長(zhǎng)；各月份氣溫變化較大，最低為12.13 ℃，最高為26.80 ℃;按照《地面水資源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(SL63—94)水質(zhì)分級(jí)，懸浮物基本在IV級(jí)，但12月份為V級(jí)。

(a)pH變化 (b)溫度變化

(2)單因子污染指數(shù)變化趨勢(shì)

運(yùn)用單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)2020年4月至2021年3月水質(zhì)指標(biāo)，可得內(nèi)河水質(zhì)時(shí)空變化趨勢(shì)如圖4所示。結(jié)果顯示，變化趨勢(shì)都呈“幾”字特征。在豐水期，DO、TP、TN、COD、NH3-N基本符合景觀水質(zhì)IV類，甚至大部分指標(biāo)符合水質(zhì)III類，3個(gè)斷面Pi值在9月份達(dá)到最低，但隨著枯水期來臨，Pi值逐漸增大，主要超標(biāo)因子為TP、TN、COD，水體呈現(xiàn)出發(fā)黃，表面有少許藻類漂浮等現(xiàn)象。分析可能原因是在枯水期，上游溪源江水體徑流量減小，進(jìn)入校園內(nèi)河水量較少，而內(nèi)河沉積泥仍在不斷釋放氮磷污染物，河水稀釋沖刷作用減弱，導(dǎo)致水質(zhì)污染因子濃度增大。每年11月份水葫蘆增長(zhǎng)迅速，不斷往水體中釋放CO2，影響水生生物的生長(zhǎng)，造成死亡腐爛，進(jìn)而造成氮磷的堆積。水體中脫氮需要經(jīng)過硝化、反硝化過程，在微生物含量不足情況下較難完成氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，所以TN含量普遍較高。

(a)斷面A

(3)綜合因子污染指數(shù)變化趨勢(shì)

單因子污染指數(shù)法計(jì)算簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)直觀明了，但不能反映不同類別水體整體的水質(zhì)狀況。結(jié)合2020年4月至2021年3月單因子污染指數(shù)Pi數(shù)據(jù)分析可得綜合因子污染指數(shù)P，如圖5所示。綜合指數(shù)水質(zhì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 綜合指數(shù)水質(zhì)分級(jí)

由圖5可知：斷面A、斷面B、斷面C的平均P值分別為0.91、0.65、0.76，校園內(nèi)河水質(zhì)基本合格，總體水質(zhì)較好；水質(zhì)指標(biāo)大小排序?yàn)閿嗝鍭>斷面C>斷面B，其中河心斷面B數(shù)值最小，所受污染最小，可能是因?yàn)楹有腂處沉積泥處理的較干凈，受上游污泥和下游污泥沉積影響較小，水生植物生長(zhǎng)情況良好，而斷面A和C恰處于溪源江上游進(jìn)口和下游出口處，在雨汛期容易造成污泥堆積，釋放氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。內(nèi)河平均P值為0.77，水質(zhì)狀況為合格。

圖5 綜合因子污染指數(shù)變化趨勢(shì)

2.2 污染成因分析

氮、磷含量較高是導(dǎo)致內(nèi)河水質(zhì)污染的主要因素，同時(shí)也是水體污染的限制性因子。污染來源主要來源于點(diǎn)源污染、面源污染和內(nèi)源污染。

2.2.1 點(diǎn)源污染

大學(xué)城位于農(nóng)村集鎮(zhèn)，主要的污染源包括工業(yè)污染源、農(nóng)業(yè)污染源、居民生活污染源等。隨著大學(xué)城投入使用，人口不斷增多，師生和周邊居民產(chǎn)生的生活污水量大幅增加，成為上游的主要污染源，且大學(xué)城區(qū)域污水管網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度相對(duì)滯后，未能全部收集大學(xué)城區(qū)域日常產(chǎn)生的污水，任由部分污水未經(jīng)處理直接排到溪源江等地表水體，從而對(duì)上游溪源江水質(zhì)造成污染。

2.2.2 面源污染

面污染源主要來源于水土流失和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用的化肥和農(nóng)藥，面源污染具有很強(qiáng)的復(fù)雜性、隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，受外界的氣候、水文條件的影響很大，周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)垃圾、農(nóng)畜糞便、生活排水隨雨季降水沖刷進(jìn)入上游溪源江，也是導(dǎo)致校園內(nèi)河被污染的一個(gè)重要因素。

2.2.3 內(nèi)源污染

自從2004年校園內(nèi)湖與東北側(cè)溪源江打通以來，已有十幾年，河床存在一定的淤積，不斷釋放到水中，導(dǎo)致水體氮磷濃度增大。

3 維持優(yōu)良水質(zhì)的措施與建議

3.1 做好上游宣傳工作，營(yíng)造水生態(tài)保護(hù)氛圍

充分利用各類媒體深入宣傳實(shí)施“一流大學(xué)城水系景觀建設(shè)實(shí)施方案”的重大意義，倡導(dǎo)文明的生活習(xí)慣，不得使用生活污水灌溉,不得施用持久性或劇毒農(nóng)藥、放養(yǎng)禽獸、放牧,禁止可能污染水體的旅游活動(dòng)等，積極提供公眾參與水系流域保護(hù)公益活動(dòng)，堅(jiān)持全民參與，推動(dòng)節(jié)水潔水人人有責(zé)，形成“政府統(tǒng)領(lǐng)、企業(yè)施治、市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)、公眾參與”的水污染防治新機(jī)制。

3.2 做好庫區(qū)水源涵養(yǎng)，防止水土流失

溪源江源頭為溪源水庫，建議在溪源水庫兩岸100 m內(nèi)荒山種植闊葉林,營(yíng)造護(hù)岸林和水源涵養(yǎng)林，防止泥土不斷混入水體。禁止亂砍濫伐周邊林木,禁止在水庫150 m范圍內(nèi)從事采石、取土、開墾等破壞植被的活動(dòng),禁止在庫岸傾倒垃圾等可能造成水體污染和河道淤積的廢棄物。

3.3 設(shè)置河道專員，改善并保持優(yōu)良水質(zhì)

大學(xué)城根據(jù)轄區(qū)內(nèi)河道數(shù)量、大小和任務(wù)輕重等實(shí)際情況招募校內(nèi)外河道專員，負(fù)責(zé)所轄河道的日常巡查、河道保潔、不定時(shí)采樣送檢等工作，對(duì)河流保護(hù)管理效果進(jìn)行監(jiān)督和評(píng)價(jià)。要及時(shí)打撈清除水體中漂浮物,特別是清庫遺留下來的樹木枝椏、雜草、秸稈等;學(xué)生在校期間,可通過科學(xué)調(diào)度,如加大灌注自來水來改善水質(zhì);同時(shí), 疏浚河道，定期將淤泥沉淀處理，減小內(nèi)源污染。

3.4 做強(qiáng)污水處理力度，加強(qiáng)污水管道排查整治

污水處理是消減污染物、改善水質(zhì)最直接有效的手段，應(yīng)加大城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)建設(shè)，同時(shí)加強(qiáng)污水處理廠的投入，積極采用新理念、新工藝、新設(shè)備，逐步實(shí)現(xiàn)城市郊區(qū)污水的集中有效處理。目前，“福建省十四五規(guī)劃”提出建設(shè)“一流大學(xué)城”的目標(biāo)，將建3個(gè)供水項(xiàng)目，以及3個(gè)污水處理項(xiàng)目和8個(gè)水環(huán)境保障項(xiàng)目，涉及源頭納污、病害修復(fù)與污染源排查整治、景觀水體聯(lián)通實(shí)施、高校水體生態(tài)修復(fù)等工程，為實(shí)現(xiàn)水清、河暢、岸綠、景美保駕護(hù)航。

3.5 建立內(nèi)河應(yīng)急保障體系，加大水環(huán)境巡查力度

加強(qiáng)對(duì)流域水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，建立完善水體污染預(yù)警、水質(zhì)安全應(yīng)急和常規(guī)監(jiān)測(cè)“三位一體”的內(nèi)河應(yīng)急保障體系。針對(duì)枯水期和藻類爆發(fā)期這兩個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)巡查和監(jiān)測(cè)，保證數(shù)據(jù)具有連續(xù)性，建立動(dòng)態(tài)更新信息數(shù)據(jù)庫，摸清污染物變化規(guī)律便于掌握水質(zhì)變化趨勢(shì)。

4 結(jié) 語

水質(zhì)污染評(píng)價(jià)與治理是一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的工作，也是一項(xiàng)長(zhǎng)期工作。通過本文研究得到如下結(jié)論：

1)治理后，校園內(nèi)河水質(zhì)由V類轉(zhuǎn)為Ⅳ類，去污率在60.32 %～78.63 %之間，單因子污染指數(shù)均小于1，說明水質(zhì)達(dá)標(biāo)，治理效果明顯。

2)以內(nèi)河3個(gè)斷面為研究對(duì)象，采用單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)內(nèi)河水質(zhì)，11～12月份3個(gè)斷面屬于V類水質(zhì)，污染程度為斷面A>斷面C>斷面B，其他月份水質(zhì)達(dá)到Ⅳ類以上。采用綜合因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)，斷面A、斷面B、斷面C的平均P值分別為0.91、0.65、0.76，水質(zhì)基本合格，內(nèi)河平均P值為0.77，水質(zhì)狀況為合格，說明生態(tài)治理取得一定成效。

3)校園內(nèi)河污染主要是氮磷等內(nèi)源污染，面源污染次之。