固城湖水质时空变化特征与富营养化评价

陆小明， 李红敏， 陈辉辉， 谷孝鸿

(1.江苏省水文水资源勘测局， 江苏 南京 210029；2.中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境重点实验室， 江苏 南京 210008；3.中国科学院大学， 北京 100049)

“十一五”和“十二五”期间，交通部门实施了对芜申线的升级整治。其中，南京高淳段航道整治工程按三级航道标准建设，于2016年1月完工通航。南京高淳段航道长约61 km，其中约有8 km经由固城湖湖区，其余经胥河与官溪河流域。固城湖位于南京市高淳区西南部，是高淳区唯一备用的大型集中式饮用水源地，也是南京市优质的水产品养殖基地，兼具饮用、灌溉、航运、渔业等功能，在保证当地居民生活用水、社会经济发展和生态环境平衡等方面起着举足轻重的作用[1]。

芜申线高淳段整治工程虽然在施工过程中采取了相应的水生态保护措施，但航道疏浚、河岸带整治等改变了河道和固城湖原有的生境，不可避免对河道和固城湖原有的生态系统稳定性产生影响；芜申线航道等级提升后，船运的频度和强度增加，随着通航后运量的大幅度增长，也必然会产生增加大量的环境污染，一些污染负荷会直接或间接污染河道和固城湖水质；船运的频度和强度的增加所引起的含油废水排放增加，以及船舶溢油事故风险增加成为固城湖水源地安全的重要威胁。可以预见，航道整治通航对固城湖水源地的水质和生态安全将产生一定的影响。

针对固城湖水质和富营养化问题的研究报道中，曾庆飞等[2]于2009年对固城湖湖区及上下游河道的水质进行了调查分析，认为固城湖湖区水质好于上下游河道，处于轻度富营养化状态。李涛等[3]对2001—2011年固城湖的特征污染物及污染来源进行了探讨，谷先坤[4]等于2012—2013年分析了固城湖及其出入湖河道的水质时空分布特征。上述研究主要集中在2013年之前对固城湖水质状况的评估，缺少对当下固城湖及其出入湖河道的水质时空变化特征分析，尤其是芜申线高淳段通航以来固城湖水环境的变化及演变趋势尚不明确。

因此，笔者根据2015—2018年固城湖湖泊调查数据和所搜集到的2009—2018年固城湖水质监测资料，分析2016年芜申线高淳段通航前后固城湖湖区及主要出入湖河道水质的时空分布特征与富营养化水平，以期为固城湖的水环境健康和水源地保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样点设置

本次调查共设置了12个采样点，具体位置见图1。官溪河入湖口(官进)1#，漆桥河入湖口(漆进)2#，胥河出湖口(胥出)3#，固城湖湖区(湖区)：4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#。

图1 固城湖及芜申线各区域采样点位分布

1.2 样品采集与分析

采用卡尔森指数法[6]对固城湖进行营养状态评价。并采用0～100的一系列连续数字对固城湖水体富营养状态进行分级(表1)。

2 结果与讨论

2.1 固城湖水质时空变化特征

图2显示了固城湖湖区及主要出入湖河道的总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮、CODMn、悬浮物(SS)及透明度(SD)2015—2018年度变化趋势。从整体来看，TN浓度为漆进>官进>胥出>湖区。除2018年1月份之外，固城湖湖区TN的浓度变化范围为0.81～1.25 mg·L-1，为Ⅲ～Ⅳ类水质，变化趋势与官溪河和漆桥河进水变化趋势相一致，说明湖区TN主要受到进水河道官溪河和漆桥河TN的影响。从不同季节上看，湖区TN夏季较低，水质较好，而秋季和冬季较高，水质较差。湖区TN浓度的最高值出现在2018年1月份，达2.47mg·L-1，此时漆桥河TN浓度也达到了近3年的最大值，两者趋势一致，表明湖区TN浓度的升高与漆桥河进水河道TN浓度的升高有直接关系。除2017年10月份之外，固城湖湖区TP浓度基本小于0.05 mg·L-1，为Ⅲ类，而进出水河道水质明显劣于湖区水质。从整体来看，TP浓度为漆进>官进>胥出>湖区，且季节变化趋势较为一致，可以看出湖区TP主要来源于漆桥河和官溪河进水。2017年10月份湖区及出入湖河道TP浓度同时升高，均高于0.2mg/L，可能由于该月份降水较多，2017年10月份固城湖水位达10.17 m，雨水冲刷导致附近农业生产及养殖废水等高含磷污水过量进入河道，进而导致湖区TP含量升高。研究发现固城湖湖区氮磷主要来源为水产养殖及农业非点源污染氮磷输移[7-8]，秋冬季节一般为河蟹养殖的收获期，排放养殖尾水增加，致使氮磷浓度升高。当前，氮磷仍是固城湖的主要污染物。

表1 水质类别与评分值

图2 固城湖流域水体主要理化因子时空变化(2015—2018年)

氨氮是水体中的耗氧污染物之一，也是藻类和水生植物可以直接吸收利用的形态氮，可导致水富营养化现象产生[9]。固城湖湖区及其出入湖河道氨氮浓度均小于1 mg·L-1(Ⅲ类水质标准)，表明氨氮不是固城湖的主要污染物；氨氮变化趋势和TN相似，湖区氨氮污染物的主要来源仍然是官溪河和漆桥河进水，其浓度大小依次为漆进>官进>胥出>湖区。官溪河、漆桥河进水氨氮浓度在秋冬季节会明显升高。固城湖流域氨氮主要来源为养殖池塘养殖尾水的排放[7]，因此，秋冬季养殖尾水排放增加是造成这两个季节官溪河、漆桥河进水氨氮迅速升高的主要原因。固城湖湖区CODMn浓度整体低于6 mg·L-1(Ⅲ类水质标准)，从固城湖主要进水和出水河道看，漆进>官进>胥出>湖区，且变化趋势较为一致，说明湖区主要高锰酸盐污染物来源于漆桥河和官溪河进水。

悬浮物(SS)浓度，漆进>官进>胥出>湖区，季节变化趋势整体较为一致，而胥河出口波动较大，可能与当地进行河道扩展和桥梁施工有关。2017年后，湖区SS浓度有升高的趋势，这可能与2017年航道船只流量的增加有关，航运增加会引起水体扰动，影响悬浮物的浓度。最后，透明度(SD)指标显示了湖区水体的透明度明显高于其出入湖河道，但随季节波动较大，冬春季节透明度高于夏秋季节，可能是夏秋季节水体中浮游生物大量繁殖，从而导致透明度较低。

2.2 固城湖营养状态评价

针对固城湖水环境状况，富营养化状况评价指标选用叶绿素a(Chla)、总磷(TP)、总氮(TN)、透明度(SD)、高锰酸盐指数(CODMn) 5项参数。固城湖及其主要出入湖河道的营养状态见表2。2015—2018年湖区营养状态均处于中营养水平，而官溪河、漆桥河、胥河基本处于轻度富营养水平，可见出入湖河道的富营养化程度高于湖区，可能与这些区域受到人类影响程度较大有关。当前，固城湖及其出入湖河道总体上呈现中营养-轻度富营养状态，与2009年相比(总体处于轻度富营养-中度富营养化状态)，固城湖水质趋向好转。可见，在短期范围内，水位调控没有对固城湖总体水质造成不利影响，而近年来固城湖营养状态指数有所降低是否与水位抬升有关，还有待后续更大时间尺度和更多数据的支持分析。

3 结论与建议

2015—2018年固城湖湖区水质较好，处于中营养水平，主要出入湖河道水质劣于湖区水质，处于轻度富营养状态，氮磷仍是固城湖的主要污染物。航运及沿岸人类活动对流域水质产生一定程度的负面影响，河道是湖区污染物的主要来源。从湖区综合营养状态来看，芜申线高淳段整治通航短期内没有对固城湖总体水质造成不利影响。

综上所述，芜申线高淳段整治通航给固城湖水

表2 固城湖及其出入湖河道2015—2018年富营养化指数

质特征带来新的变化，因此基于生态保水、污染物控制和水源地安全，建议进一步控制河道周边氮磷等污染物的排放；保证航运的同时，应适时开放船闸闸口，增加上游水体流量，加快湖区水体交换速率；在夏季持续高温天气和秋季河蟹养殖区排放养殖尾水时，密切监控固城湖湖区尤其是水源地取水口附近的水质变化情况，及时调水以增加固城湖水环境容量，避免突发污染事件的发生，保障固城湖水源地安全。