南京市内秦淮河水质分析及评价

徐慧敏，吴　燕，刘为锋，唐启彤，汤新政，黄　睿,3，赵大勇,3

(1.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；2.河海大学水利工程实验教学中心，江苏 南京 210098；3.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098)



南京市内秦淮河水质分析及评价

徐慧敏1,2，吴燕1,2，刘为锋1,2，唐启彤1，汤新政1，黄睿1,3，赵大勇1,3

(1.河海大学水文水资源学院，江苏 南京 210098；2.河海大学水利工程实验教学中心，江苏 南京 210098；3.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210098)

摘要：2014年7月至2015年1月，在南京市内秦淮河9个采样点采集水样，分析了内秦淮河水体中氮元素的时空分布特征，采用单因子污染指数法对内秦淮河水质进行了评价。结果表明：南京市内秦淮河水质为劣Ⅴ类水，上游水质优于下游水质；硝氮与pH值、总氮显著相关(P<0.01)，氨氮与总氮显著相关(P<0.05)；内秦淮河水体中氮元素的主要存在形态为溶解性无机氮，氨氮与硝氮含量在各个采样点的比例基本稳定在7∶3左右；随着时间的变化，内秦淮河水体中氮元素含量都发生了显著变化，采样点之间的差异性也随之呈现出不同的变化。

关键词：内秦淮河；单因子污染指数；氮元素；时空分布；水质分析；评价

氮元素是最重要的营养元素之一，是淡水生态系统的主要限制因子[1]。河流中氮含量的增加会大大增加水体富营养化的风险[2]。氮含量增加是世界河流普遍存在的问题，已成为人们日益关注的重要水生态环境问题[3]，尤其是城市环境中的内河富营养问题，已受到越来越多的关注。

秦淮河是南京市的母亲河，全长120km，流域面积2 631km2[4]。秦淮河有内外河之分，其中内秦淮河主、支流全长25.2km，汇水面积24.7km2，水体现状功能为景观用水[5]。随着生活污水的大量排入，秦淮河的BOD、氨氮、总磷等指标严重超标[6]，严重破坏了内秦淮河的生态环境。

目前对秦淮河的研究多集中在对南京内外秦淮河局部河段的污染治理上[7-8]，对内秦淮河河段的氮元素污染状况时空动态及富营养化研究较少。因此，作者以污染严重的南京市内秦淮河河段作为研究对象，监测引起水体富营养化的氮元素的形态和含量在水体中的时空动态变化，并探讨其规律，评估其水体污染状况，以期为内秦淮河污染防治和整体决策提供科学依据。

1实验

1.1采样点及采样方法

在2014年7月至2015年1月，每隔20～30d在南京市内秦淮河9个采样点(图1)采集水样，采样点的经纬度见表1。

图1　内秦淮河采样点的位置

采样方法：用采水器采集水面以下0.5 m处的水样1 000 mL，分装在经过灭菌处理的玻璃瓶中，并立即密封避光保存在4 ℃保温箱中，迅速运回实验室。共采集样品8次。

1.2水质监测项目及方法

表1

内秦淮河各采样点经纬度

Tab.1

The latitude and longitude of sampling

利用软件SPSS Statistics 17.0以及Origin 7.0进行数据分析。

1.3污染指数评价方法

单因子污染指数法是将实测值与《地表水环境质量标准》[9]中规定的污染指标限值进行比较，选取污染最严重指标的级别作为该采样点水质级别。

单个污染物的污染指数计算公式[10]为：

Pi=Ci/Coi

式中：Pi为污染物的污染指数，Pi≤1表示该污染物未超标，反之，则超标；Ci为污染物的实测浓度值的平均值，以每个采样点的水质指标均值作为Ci的计算值，mg·L-1；Coi为污染物的允许浓度值，mg·L-1。

溶解氧污染指数计算公式[11]为：

Pi=(DOf-Ci)/(DOf-Coi)

式中：DOf为测量温度下的饱和溶解氧，mg·L-1。

标准大气压下，氧气在水体中的饱和溶解氧随水温的变化关系式[12]为：

DOf=477.8/(T+32.26)

式中：T为水温，以9个采样点实测温度平均值作为T的计算值，℃。根据9个采样点的水温计算值，分别计算出8次平均温度下的饱和溶解氧，再分别计算各采样点不同采样时间的溶解氧污染指数。

2结果与讨论

2.1内秦淮河水污染状况评价

在内秦淮河9个采样点分别进行8次采样，共获得72个水样，各采样点水质监测结果如表2所示。

内秦淮河作为一般景观用水以及航道用水，应执行GB 3838-2002《地表水环境质量标准》[9]中的Ⅴ类水质标准。采用单因子污染指数法进行水质评价，结果见表3。

表2

各采样点的水质参数/(mg·L-1)

Tab.2

Water characteristics of sampling sites/(mg·L-1)

表3

各采样点水质因子的污染指数

Tab.3

The pollution index of water characteristics

从表3可知，所有采样点的pH值污染指数均小于1，在标准范围内；溶解氧只有上浮桥(E8)轻微超标，其余采样点溶解氧污染指数均小于1，表明水体中的溶解氧含量在标准范围内；氨氮含量从上游到下游(E1～E9)总体呈上升趋势，E1～E5的上游阶段(除E2外)氨氮含量基本未超标，但E6～E9的下游阶段氨氮含量严重超标；所有采样点的总氮均严重超标，最高污染指数达到了2.05，出现在镇淮西桥(E5)。根据实地考察，镇淮西桥处有明显排污口，水质明显劣于其它采样点。总体来看，上游水质优于下游水质，主要原因是，上游为秦淮河风光带的主要景点，排污受到管理单位的严格控制；而下游水体附近商家众多，排污严重；除此以外，水体流动的驱动因素导致上游的污染物被冲刷积累至下游，因而下游水质劣于上游。

2.2氮元素形态和含量与其它水质因子的相关性(表4)

表4

氮元素形态和含量与其它水质因子的相关性

Tab.4

The relationship between forms and content of nitrogen and other water characteristics

注：**表示在0.01水平(双侧)上显著相关；*表示在0.05水平(双侧)上显著相关。

从表4可知，硝氮与pH值呈显著负相关(P<0.01)，pH值升高会导致硝氮含量下降；硝氮与总氮呈显著正相关(P<0.01)；氨氮与总氮呈显著正相关(P<0.05)，与其它环境因子无显著相关性。

2.3氮元素形态与含量的时空动态变化

氮元素是最重要的营养元素之一，以无机盐及有机氮的形式存在于水中。各形态氮元素的空间分布如表5所示。

从表5可知，内秦淮河氮元素的主要存在形态为溶解性无机氮(DIN)，占总氮含量的67.73%以上；而溶解性无机氮是由氨氮、硝氮及亚硝氮组成，在内秦淮河水体中，氨氮为主要的溶解性无机氮形态，占57.04%以上；另外，氨氮与硝氮含量在各个采样点的比例基本稳定在7∶3左右，较为稳定；亚硝氮含量较低且无明显时空变化。

表5

各形态氮元素的空间分布/%

Tab.5The spatial distribution of various forms of nitrogen/%

采样点NH+4N∶DINNO-3N∶DINDIN∶TNE165.7132.8695.24E271.6127.42107.27E368.4630.3890.91E468.4230.4585.53E557.0441.5267.73E672.2126.9892.44E774.1124.9292.51E870.6928.2893.85E969.2629.3987.57

氨氮、硝氮、总氮随采样时间的变化曲线如图2所示。

图2　氨氮(a)、硝氮(b)及总氮(c)含量随采样时间的变化曲线

从图2可以看出，随着采样时间由夏季进入冬季，氨氮、硝氮及总氮都发生了显著变化。氨氮总体呈下降趋势，在2014年11月18日出现了明显的上升，且标准差较大，各采样点的氨氮呈现出明显的差异性；硝氮在0.88 mg·L-1水平上下波动，总体上无明显的上升或下降趋势，但随着夏季往冬季的过渡，硝氮的标准差逐渐放大，说明各采样点之间的差异性逐渐明显；总氮的变化趋势与氨氮大体相同，但总氮在多个采样时间点上的标准差均较大，与季节变化无明显关系。

为研究氨氮、硝氮及总氮在各采样点出现较大差异的原因，分别选取3个采样时间点，以采样点(E1～E9)为横坐标，氨氮、硝氮、总氮含量为纵坐标绘制不同采样点的氮元素含量变化曲线，如图3所示。

图3　不同采样点的氨氮(a)、硝氮(b)及总氮(c)含量变化曲线

从图3可看出，氨氮在2014年11月18日出现了不寻常的波动，各采样点的差异性较大；硝氮随着夏季往冬季的过渡，标准差逐渐放大(图2b)，这是由于在夏季，各采样点的硝氮含量均处于正常水平，但随着气温的下降，镇淮西桥(E5)的硝氮含量上升，明显高于其它采样点，这可能是因为，在2014年夏季南京为举办青奥会对内秦淮河进行了冲洗，因而夏季的硝氮水平较稳定，而青奥会后无水质控制措施，并且由于镇淮西桥(E5)处有明显排污口，硝氮水平明显上升；总氮的情况与硝氮相似，秋冬季节在镇淮西桥(E5)处有明显上升，导致了各采样点之间差异性的放大。

3结论

(1)以GB 3838-2002《地表水环境质量标准》中的Ⅴ类水作为水质标准，根据单因子污染指数评价法对内秦淮河9个采样点进行污染指数的计算发现：内秦淮河水质的pH值、溶解氧含量基本处在标准范围内；氨氮含量从上游到下游总体呈上升趋势，上游阶段(除E2外)污染指数小于1，下游阶段的氨氮含量严重超标；总氮含量在所有采样点均严重超标，最高污染指数达2.05。总体上来说，内秦淮河水质为劣Ⅴ类水，上游水质优于下游水质。

(2)在内秦淮河水体中，硝氮含量与pH值呈显著负相关(P<0.01)，而与总氮呈显著正相关(P<0.01)；氨氮含量则与总氮呈显著正相关(P<0.05)，与其它环境因子无显著相关性。

(3)内秦淮河水体中氮元素的主要存在形态为溶解性无机氮，占总氮含量的67.73%以上；氨氮为主要的溶解性无机氮，占57.04%以上；氨氮与硝氮含量在各个采样点的比例基本稳定在7∶3左右。

(4)随着时间的变化，内秦淮河水体中氨氮、硝氮以及总氮含量都发生了显著变化；由于排污口的设置和水质控制工程的实施，采样点之间的差异性也随着时间的变化呈现出不同的变化。

参考文献：

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Water Quality Analysis and Evaluation of Interal Qinhuai River in Nanjing City

XU Hui-min1,2，WU Yan1,2，LIU Wei-feng1,2，TANG Qi-tong1，TANG Xin-zheng1，HUANG Rui1,3，ZHAO Da-yong1,3

(1.CollegeofHydrologyandWaterResources,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;2.ExperimentalTeachingCenterofHydraulicEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;3.StateKeyLaboratoryofHydrology-WaterResourcesandHydraulicEngineering,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

Abstract：Water samples were collected from nine sampling sites of interal Qinhuai River in Nanjing city from July 2014 to January 2015.The spatial and temporal distribution of nitrogen in interal Qinhuai River was analyzed.Single-factor index of pollution was used to evaluate the water quality of interal Qinhuai River.Results indicated that the water quality of interal Qinhuai River was worse than Ⅴcategory,whilst the water quality of upstream was better than downstream.Nitrate nitrogen was significantly related to pH value and total nitrogen(P<0.01),and ammonia nitrogen was significantly related to total nitrogen(P<0.05).The main form of nitrogen in interal Qinhuai River was dissolved inorganic nitrogen,and the content ratio of ammonia nitrogen to nitrate nitrogen in each sampling site was almost 7∶3.With the change of time,the nitrogen content in interal Qinhuai River changed obviously,and the differences among sampling sites also showed a different variation.

Keywords：interal Qinhuai River;single-factor index of pollution;nitrogen;spatial and temporal distribution;water quality analysis;evaluation

中图分类号：X 522

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2016)04-0066-05

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2016.04.017

作者简介：徐慧敏(1993-)，女，江苏兴化人，硕士研究生，研究方向：水生态环境保护与修复，E-mail：549250310@qq.com；通讯作者：赵大勇，教授，E-mail：dyzhao@hhu.edu.cn。

收稿日期：2015-12-09

基金项目：2014年度河海大学国家级大学生创新训练项目(201410294001)，2014年度河海大学水利学科专业国家级实验教学示范中心大学生创新训练计划资助项目