竺山湖主要入湖口水质及富营养状态评价

汪 锋，钱 庄，张 周，张雅晶，缪恒锋

(1.江苏省无锡市环境科学研究所，江苏无锡 214122；2.江南大学环境与土木工程学院，江苏无锡 214122)

竺山湖主要入湖口水质及富营养状态评价

汪 锋1，钱 庄1，张 周2，张雅晶2，缪恒锋2

(1.江苏省无锡市环境科学研究所，江苏无锡 214122；2.江南大学环境与土木工程学院，江苏无锡 214122)

摘要[目的]以竺山湖主要入湖口为研究对象，评价其水质及富营养化状况。[方法]对3条入湖口水质开展了连续3年的监测，监测结果参照GB 3838—2002中IV类水质标准，采用单因子评价法、综合污染指数法和综合营养指数法进行评价。[结果]单因子评价结果表明，只有沙塘港入湖口BOD5单项污染指数大于1.00，3条入湖口水质NH4+-N和BOD5月均值超标范围分别为30.56%～41.67%和25.00%～52.78%，TP均未见超标。综合污染指数评价表明，3条入湖口水质平均综合污染指数均为0.70～1.00。殷村港入湖口和太滆运河入湖口水质优于沙塘港入河口水质。综合营养指数评价结果表明，3条入湖口水质营养状态指数为63.6～64.8，属于中度富营养状态。其中TN、TP和SD营养状态指数较高，Chl-a和CODMn营养状态指数较低。由于3条入湖河流汇集了大量的N、P，从而导致TN和TP的营养状态指数较高，对Chl-a和CODMn浓度控制得相对较好，从而在入湖口表现出这两项指标营养状态指数较低。[结论]造成竺山湖富营养化的主要外源贡献来自于入湖河流的TP和TN输入，应加大对入湖河流N、P污染物的削减治理。

关键词竺山湖；入湖口；水质评价；富营养化

太湖是我国五大淡水湖之一，面积为2 428 km2，南北长68.5 km，东西平均宽度34.0 km，湖岸线总长405.0 km，平均深度为1.9 m，最大深度为2.6 m，湖泊总蓄水量为4.43×109m3[1]。太湖作为流域内重要的供水水源地，承担着周边城市供水和改善下游地区水质的重要作用，其水质状况一直受到广泛关注[2]。近年来，太湖湖泊富营养化严重，出现了几次较为严重的蓝藻大规模暴发事件，严重影响了太湖流域的可持续发展，并对流域沿岸居民的身体健康造成了潜在威胁[3-6]。太湖夏季受热带海洋气团的影响，盛行东南风，导致太湖西北角竺山湖、梅梁湾、贡湖等湖湾受污染较为严重[7-8]。

竺山湖位于梅梁湾西面，是太湖西北角半封闭型湖湾，面积为57.2 km2，涉及无锡市马山区、宜兴市和常州市武进区，水质较差[9-10]，2015年水质处于地表V类标准。造成竺山湖水质变化的主要因素可能是由于竺山湖主要入湖河道有太滆运河、沙塘港和殷村港，沿湖居民生产生活产生大量污染物，经入湖河流汇入竺山湖[9]。笔者通过对竺山湖主要入湖口连续3年(2012～2015年)的水质主要指标进行监测，分析污染物指标，找出主要污染因子，并应用综合营养状态指数法对3个入湖口富营养化水平进行评价，客观分析各入湖口水质现状，以期为竺山湖水环境管理提供科学依据与参考。

1材料与方法

1.1样品采集与保存对竺山湖3个主要入湖口设置3个采样点，分别为殷村港入湖口(S1)、沙塘港入湖口(S2)和太滆运河入湖口(S3)，均为渔业用水，执行标准为IV类[10]。从2013年1月至2015年12月进行连续3年的采样监测；采样频率为每月1次(每月15号)；采集水面下0.3～0.5 m处地表水样，进行多点取样混合。样品密封在事先准备好的干燥玻璃瓶中，于4 ℃条件下暗处保存，24 h内完成样品分析。

1.3评价方法及原理

(1)采用单因子评价法对水环境质量进行评价，根据水质类别与定性评价分级标准，确定各断面水环境质量状况。单因子指数法可以对每项污染物的污染状况进行评价，是较为常用的一种水质评价方法，笔者根据竺山湾水质特点，选取NH4+-N、TP、COD、CODMn和BOD55个因子进行评价，计算公式如式(1)所示：

Pi=Ci/Si

(1)

式中，Pi为水质指标i的单项污染指数；Ci为水质指标i的实测值，mg/L；Si为水质指标i的评价标准值，mg/L。Pi≤1为未达到污染水平；Pi>1为水质达到污染水平，Pi值越大，表示污染程度越重。

(2)综合污染指数的计算公式如式(2)所示：

(2)

式中，Pj为j断面的综合污染指数；n为参加评价的污染物项目数；Pi为水质指标i的单项污染指数。根据Pi值，可以将地表水水质分为6个等级[12]，分级标准如表1所示。

表1　地表水水质分级标准

(3)选取Chl-a、TP、TN、CODMn和SD作为参数，采用综合营养状态指数对竺山湖主要入湖口水质富营养状态进行评价，其计算公式如式(3)所示[13]。

(3)

式中，TLI(Σ)为综合营养状态指数；Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重；TLI(j)为第j种参数的营养状态指数。相关权重计算公式如式(4)所示。

(4)

参数Parameterrijr2ijChl-a1.00001.0000TP0.84000.7056TN0.82000.6724SD-0.83000.6889CODMn0.83000.6889

(4)单个项目营养状态指数计算公式如式(5)～(9)所示。

TLI(Chl-a)=10×(2.500 0+1.086lnChl-a)

(5)

TLI(TP)=10×(9.436+1.624lnTP)

(6)

TLI(TN)=10×(5.453+1.694lnTN)

(7)

TLI(SD)=10×(5.118-1.94lnSD)

(8)

TLI(CODMn)=10×(0.109+2.661lnCODMn)

(9)

湖泊水库营养状态分级采用0～100的系列连续数字对湖泊营养状态进行分级，包括贫营养、中营养、富营养、轻度富营养、中度富营养和重度富营养，与污染程度关系见表3。

表3　水质类别与评分值对应关系

2结果与分析

2.1水环境质量由表4可知，只有S2水质的BOD5污染指数大于1.00，其他各断面单项污染指数平均值均小于1.00，3个入湖口TP浓度控制较好，单项污染指数平均值分别为0.62、0.57和0.67。3年的监测数据发现3个入湖口NH4+-N和BOD52项水质指标有一定程度的超标，TP、COD和CODMn3项水质指标控制较好，TP浓度均未见超标，S2水质COD和CODMn月平均浓度超标率仅为8.33%和3.85%。由此可见，竺山湖主要入湖口各污染物控制较好，NH4+-N和BOD5有少量超标。

从图1可见，3条入湖口水质TN浓度总体呈下降趋势，2013年S1、S2和S3TN年平均浓度分别为4.18、4.38和4.51mg/L，到2015年TN年平均浓度分别为3.74、3.84和4.19mg/L。S1和S2水质TP年平均浓度变化不大，基本维持在0.15～0.19mg/L。S3水质TP波动相对较大，2013～2015年TP的年平均浓度由0.18mg/L上升至0.24mg/L。竺山湖水质TN、TP浓度距离《太湖流域水环境综合治理方案》中规定的2020年预期目标存在一定差距，因此，在后续要对各入湖河流进行针对性治理，加强对N、P浓度的控制。

2.2综合污染指数(Pj)从图2可见，S1、S2和S3平均综合污染指数分别为0.72、0.81和0.72。S1、S3相对较好，S2相对较差。由地表水水质分级标准可知，3个入湖口水质平均Pj均在0.70～1.00，均处于中污染级别。

表4　2013～2015年竺山湖主要入湖口水质的单项污染指数(Pi)评价结果

图1　2013～2015年竺山湖主要入湖口TN和TP的年平均浓度变化Fig.1　Average concentration changes of TN and TP in main entrances of Zhushan Lake

图2　2013～2015年竺山湖主要入湖口水质的平均综合污染指数比较Fig.2　Average pollution index of water quality in main entrances of Zhushan Lake

2.3富营养状况从图3可以看出，2013～2015年3条入湖口水质TLI均在60～70，属于中度富营养状态，由于入湖河流汇聚了周边城镇的生活污水、农业面源污染及部分工业污染，导致入湖口水质呈中度富营养状态。其中，S1水质的TLI变化幅度较大，S2和S3水质的TLI变化不大，有小幅下降。2013年S1的水质TLI最高，其次是S3，S2水质的TLI最好；2014年，S2水质的TLI最高，而S1水质的TLI体现出较大幅度的下降；2015年S2和S3水质的TLI相对较高，S1水质的TLI最低。总体来说，2013～2015年通过污水排放标准的提高和水环境综合整治，入湖河流汇聚的污染物浓度有所降低，整个入湖口水质综合营养状态指数整体呈下降趋势，以S1水质表现最为明显。然而，截至2015年，入湖口总体的水质综合营养状态指数仍在60以上，仍需要后期不断削减外源污染物排放，使入湖河水水质有进一步改善。

图3　2013～2015年竺山湖主要入湖口综合富营养状态指数比较Fig.3　Index comparison of comprehensive eutrophication state of main entrances of Zhushan Lake

从图4可以看出，2013～2015年各入湖口的TLI在63.6～64.8，属于中度富营养状态。其中，TN、TP和SD较高，是影响整个水质TLI较高的主要原因。同时，各入湖口水质中Chl-a和CODMn营养状态指数较低，表明河流生态系统的有机物含量和初级生产能力相对较低。总体来看，各入湖口水质N、P含量的偏高与水体富营养化有直接关系。

图4　2013～2015年竺山湖主要入湖口富营养状况评价Fig.4　Eutrophication status evaluation of main entrances of Zhushan Lake from 2013 to 2015

3结论与讨论

该研究根据2013～2015年竺山湖主要入湖口的水质监测数据，参照GB3838—2002中IV类水质标准，采用单因子污染指数评价法、综合污染指数法和综合营养指数法对3条入湖口水质现状进行评价，得出以下结论：

(1)单因子污染指数评价结果表明，只有S2水质的BOD5污染指数大于1.00，其他各断面单项污染指数平均值均小于1.00。TP、COD和CODMn3项水质指标控制较好，TP浓度均未见超标，S2水质COD和CODMn超标率仅为8.33%和3.85%。

(2)综合污染指数评价结果表明，殷村港入湖口，沙塘港入湖口和太滆运河入湖口平均综合污染指数均为0.70～1.00，根据地表水水质分级标准属于中污染区。3条入湖口水质情况是殷村港入湖口最好，其次为太滆运河入湖口，沙塘港入湖口最差。入湖河流周边城镇污水处理厂尾水排放的较高浓度营养盐，以及部分未纳入管理的面源污染是入湖口水质污染较为严重的重要因素[15]。

(3)综合营养指数评价结果表明，3条入湖口水质营养状态指数差别不大，均为63.6～64.8，属于中度富营养状态。其中TN、TP和SD营养状态指数较高，是影响整个水质综合富营养指数较高的主要原因。近年来，随着各入湖河流周边经济的快速发展，城镇规模的扩张，人口和企业数量的增加，各种点源和面源污染随着入湖河流排放至竺山湖，使得各入湖口TN和TP浓度较高。3条入湖口水质中Chl-a和CODMn营养状态指数较低，各入湖口富营养化的出现与总体水质N、P含量的偏高有直接关系。

(4)综上所述，3条入湖河流对竺山湖富营养化的主要贡献在于TP和TN的输送。考虑到3条入湖河流的功能性，建议从以下4个方面对N、P污染物进行削减：①加强农业和径流面源污染的管理，降低肥料向地表水的转移；②推进农村分散式生活污水处理，有效削减分散式点源的贡献；③提高镇污水处理厂尾水排放要求，降低尾水对地表水污染物的贡献；④强化入湖河流的生态修复以恢复水体功能，减少内源污染。

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Water Quality and Eutrophication Evaluation of Main Estuary for Zhushan Lake

WANG Feng1, QIAN Zhuang1, ZHANG Zhou2et al

(1. The Environmental Science Research Institute of Wuxi, Wuxi, Jiangsu 214000; 2. School of Environmental and Civil Engineering, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu 214122)

Abstract[Objective] Taking the main estuaries of Zhushan Lake as the research object, water quality and eutrophication status were evaluated. [Method] Water quality in three main estuaries was monitored for three consecutive years. Monitoring results referred to the IV water quality standard in Basic Analytical of Environmental Quality for Surface Water in China (GB 3838—2002). Evaluation was carried out by the single factor evaluation method, comprehensive pollution index method and comprehensive nutritional index method. [Result] Results of single factor evaluation method showed that only the single pollution index of BOD5 in Shatang estuary was higher than 1.00. Sandard-exceeding rates of NH4+-N and BOD5 (monthly average) in three estuaries were in the range of 35.56%-41.67% and 25.00%-52.78%, respectively. All the TP indexes were under the level of the IV water quality standard. Results of comprehensive pollution index method showed that the comprehensive pollution indexes of all the estuaries were within the range of 0.70-1.00, and water quality of Yincungang estuary and Taige estuary was a little better than those of Shatanggang estuary. Result of comprehensive nutrition index showed that the water quality of three estuaries were in the state of moderate eutrophication with the nutrition state indexes ranging from 63.6-64.8. Among them, TN, TP and SD contributed most to the nutrition state index, while Chl-a and CODMncontributed less. Since a large amount of N and P were accumulated in three estuaries, nutritional indexes of TN and TP were relatively high; the Chl-a and CODMnconcentration was controlled well. Thus, the two nutritional indexes in estuaries were relatively low.[Conclusion] The main exogenous contribution causing the eutrophication of Zhushan Lake is the TP and TN input of inflowing rivers. Therefore, we should strengthen the control of N and P contaminants of inflowing rivers.

Key wordsZhushan Lake; Estuary; Water quality evaluation; Eutrophication

基金项目国家“十二五”水体污染控制与治理科技重大专项子课题(2012ZX07101-006；2013ZX07101-014)。

作者简介汪锋(1970- )，男，江苏宜兴人，工程师，从事环境质量管理和评价方面的研究。

收稿日期2016-02-24

中图分类号S 181

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)12-064-04