2009年環(huán)太湖入出湖河流水量及污染負(fù)荷通量*

燕姝雯，余 輝＊＊，張璐璐，徐 軍，王振平

(1:中國環(huán)境科學(xué)研究院湖泊生態(tài)環(huán)境創(chuàng)新基地國家環(huán)境保護湖泊污染控制重點實驗室，北京100012)

(2:中國科學(xué)院水生生物研究所東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站，武漢430072)

(3:江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，南昌330045)

2009年環(huán)太湖入出湖河流水量及污染負(fù)荷通量*

燕姝雯1，余 輝1＊＊，張璐璐1，徐 軍2，王振平3

(1:中國環(huán)境科學(xué)研究院湖泊生態(tài)環(huán)境創(chuàng)新基地國家環(huán)境保護湖泊污染控制重點實驗室，北京100012)

(2:中國科學(xué)院水生生物研究所東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站，武漢430072)

(3:江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，南昌330045)

通過對2009年環(huán)太湖水文巡測及同步水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)整理，得到2009年環(huán)太湖河流入出湖水量以及污染負(fù)荷，并將之與前期文獻資料數(shù)據(jù)進行對比.結(jié)果表明，2009年環(huán)太湖河道入出湖水量分別為88.40×108m3、93.27×108m3.入湖水量超過5×108m3的依次為陳東港、大浦港、梁溪河、太滆運河、望虞河.出湖水量最大兩條河為太浦河、長兜港，水量超過20×108m3.宜興地區(qū)入湖污染物負(fù)荷較大，應(yīng)加強治理;懸浮顆粒物出湖通量大于入湖通量，且絕大多數(shù)從太湖南部地區(qū)出湖;總氮滯留率在下降的同時入湖通量在逐年增加;引江濟太對太湖總體水質(zhì)改善有積極作用，與湖內(nèi)污染數(shù)據(jù)對比分析表明出入湖河流水質(zhì)對太湖影響較大.

太湖;水量;污染物通量;滯留率;引江濟太

近年來，太湖污染問題一直受到高度關(guān)注.湖泊污染負(fù)荷包括內(nèi)源與外源［1］，其中外源負(fù)荷對湖泊的長期變化起著巨大的作用.外源負(fù)荷進入湖泊的途徑有入湖河道、大氣干濕沉降、地下水入滲等［1］.毛新偉等利用1998－2000年數(shù)據(jù)對太湖湖區(qū)水量平衡進行分析得到結(jié)論，環(huán)太湖口入出湖水量是對太湖水量變化影響最大的一個因子［2］.而河道污染物輸入則是太湖主要的外源污染，也是流域點源、非點源污染的綜合表現(xiàn)［3］.

太湖流域河道縱橫、水網(wǎng)稠密且受人類活動影響巨大.同時，近幾十年來，流域的水系格局發(fā)生巨大的變化［4］.掌握環(huán)太湖入出湖水量及水質(zhì)對太湖污染狀況的研究具有重要的意義［5］.

在對環(huán)太湖水量水質(zhì)的研究方面，許朋柱等根據(jù)2001－2002水文年115條環(huán)太湖河道的同步環(huán)境監(jiān)測資料，對水量及污染物通量進行了估算，研究表明環(huán)太湖河道入湖污染負(fù)荷的增加是太湖水環(huán)境惡化的根本原因［1］.翟淑華等通過對環(huán)太湖水文巡測資料水量統(tǒng)計方法比較，計算分析2000－2002年環(huán)太湖河流進出湖水量、水質(zhì)、污染負(fù)荷變化［5］，得出2000年后環(huán)太湖進出湖河流水質(zhì)污染惡化趨勢得到初步遏制的結(jié)論.沈國華等利用1996－2006年太湖水文巡測資料，對太湖進出湖水量變化進行了分析［6］.鄭一等通過非參數(shù)檢驗探討了太湖地區(qū)河道水質(zhì)時空差異［7］.

本文根據(jù)2009年的水文巡測以及同步水質(zhì)監(jiān)測資料，分析了2009年入出太湖水量并計算總氮、總磷等污染物的入出湖污染負(fù)荷，結(jié)合水文水質(zhì)的歷史資料，探討了環(huán)太湖入出湖河流水量、污染負(fù)荷現(xiàn)狀以及歷史變化特征.

1 環(huán)太湖河道水文水質(zhì)監(jiān)測方法

1.1 水量監(jiān)測方法及點位選擇

本文根據(jù)2009年全年的水文巡測資料，對環(huán)太湖入出湖水量水質(zhì)進行分析.巡測站斷面選擇原則首先是離湖邊有一定距離，以期減小太湖水動力脈動對斷面水文特征的影響，其次斷面不能離湖邊太遠，保證斷面到太湖段基本沒有其他水流匯入.另外，所有斷面都選在橋梁上，便于測量.最后總監(jiān)測河流能控制環(huán)太湖80%以上的入出湖水量.

基于以上原則選擇49條環(huán)太湖入出河流，每月定期監(jiān)測水量并同步測量水質(zhì).根據(jù)河流入湖區(qū)域?qū)?9條監(jiān)測河流入出湖地點分為太湖東部(蘇州地區(qū))、太湖西部(宜興地區(qū))、太湖南部(湖州地區(qū))、太湖北部(無錫市區(qū)以及常州武進地區(qū))四個區(qū)域(圖1).由于望虞河、太浦河不定期開閘，為求準(zhǔn)確，望虞河以及太浦河水量數(shù)據(jù)參考太湖網(wǎng)公布的調(diào)水?dāng)?shù)據(jù).

河流流速以及水量的測定使用澳大利亞unidata公司的STARFLOW超聲多普勒流速、水位、溫度綜合測量儀.流量巡測頻次為每月一次，水質(zhì)采樣同時進行，測驗時段為2009年全年，每月下旬采樣.

1.2 水質(zhì)監(jiān)測方法及點位選擇

水質(zhì)監(jiān)測同水量監(jiān)測一致，水質(zhì)分析項目有懸浮物(SS)、化學(xué)需氧量(CODMn)、總氮(TN)、溶解性總氮(DTN)、硝酸鹽氮(-N)、銨態(tài)氮(-N)、總磷(TP)、溶解性總磷(DTP)、正磷酸鹽(DIP)、葉綠素(Chl.a)、顆粒態(tài)氮(PN)、顆粒態(tài)磷(PP)、溶解性有機氮(DON)(PN=TN －DTN;PP=TP－DTP;DON=DTN－-N－-N).

使用pH＜2的硫酸處理過的聚乙烯瓶在水下30 cm左右收集水樣，低溫保存，野外實驗室分析.化學(xué)需氧量使用高錳酸鹽法(GB11892-89);TN、DTN使用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB11894-89)，-N使用酚二磺酸分光光度法(GB7480-87);-N使用納氏試劑分光光度法(GB7479-87);TP、DTP使用鉬酸銨分光光度法(GB11893-89);DIP使用磷鉬藍比色法(GB/T8538-1995)［8］;Chl.a使用分光光度法(SL88-1994).

1.3 入出湖河流與湖體水質(zhì)相關(guān)性分析方法

利用ARCGIS軟件，根據(jù)湖內(nèi)采樣點2009年TN、TP、CODMn濃度的年平均數(shù)據(jù)進行插值，同時將河流采樣點2009年TN、TP、CODMn濃度的年平均數(shù)據(jù)以帶顏色圓圈的形式展現(xiàn)在同一張圖上，對之進行對比分析.

2 水量及污染通量計算結(jié)果

將每月監(jiān)測得到的每條河流量作為本條河的月平均流量，并由此得到本條河本月入出太湖的水量，將所有入出湖河流水量相加，得到本月河流入出太湖水量.將12個月入出湖水量相加得到2009年全年入出太湖水量.將同時測得水質(zhì)數(shù)據(jù)作為本條河的月平均濃度，與本條河流月入出太湖水量數(shù)據(jù)相乘得到此類污染物的入出湖量.將49條河流此類污染物本月入出太湖量相加，再將12個月量相加，得到此類污染物的年入出太湖量.文中涉及水量以及污染物通量入湖量為正，出湖量為負(fù).望虞河以及太浦河水量數(shù)據(jù)摘自太湖網(wǎng)［9］.

圖1 環(huán)湖河流水文巡測點位Fig.1 Patrol gauging sites of the surrounding rivers in Lake Taihu

2.1 水量計算結(jié)果

2.1.1 2009年環(huán)太湖水量 在2009年全年的時間里，監(jiān)測河道既有入湖徑流又有出湖徑流.總體上來看，無錫市區(qū)及常州武進地區(qū)、宜興地區(qū)以入湖為主，湖州、蘇州地區(qū)以出湖為主.入湖水量宜興地區(qū)＞無錫市區(qū)及常州武進地區(qū)＞湖州地區(qū)＞蘇州地區(qū)，分別占入湖徑流總量的51.25%、31.44%、16.04%、1.26%.出湖水量蘇州地區(qū)＞湖州地區(qū)＞無錫市區(qū)及常州武進地區(qū)＞宜興地區(qū)，分別占出湖徑流總量的46.16%、41.24%、12.50%、0.11%(表1).入湖河流中，水量大于1×108m3河流有19條.其中陳東港入湖水量最大，占總?cè)牒康?5.87%.入湖水量超過5×108m3的河流有5條，除陳東港外依次為大浦港、梁溪河、太滆運河、望虞河.出湖河流中，水量大于1×108m3河流有17條，其中太浦河與長兜港出湖水量皆大于20×108m3，兩者出湖量之和占總出湖量一半左右.出湖水量超過5×108m3的河流有4條，除以上兩條外依次為望虞河和瓜涇口(圖2).

表1 環(huán)太湖河流2009年整體入出湖水量Tab.1 Water quantity of inflow and outflow rivers of Lake Taihu in 2009

圖2 2009年環(huán)太湖河流入出湖水量Fig.2 Water quantity of inflow and outflow rivers of Lake Taihu in 2009

2.1.2 太湖水量入出湖歷年變化 搜集文獻中歷年來太湖的入出湖水量數(shù)據(jù)［1，5，9－13］(如果某年水量數(shù)據(jù)有多個不同的來源，便將各文獻數(shù)據(jù)進行平均)發(fā)現(xiàn)，歷年入出湖水量呈現(xiàn)波動變化趨勢(圖3)，而污染物負(fù)荷量除與流域排污負(fù)荷量有關(guān)外，還與水情有很大關(guān)系.有研究指出枯水年的河道污染物負(fù)荷量大于平水年，平水年大于豐水年［14－15］，根據(jù)搜集的數(shù)據(jù)，得到多年平均入湖量為90.89×108m3，出湖量為 －87.36×108m3.2009年數(shù)據(jù)與平均值差距不大，故2009年屬于平水年.

圖3 歷年環(huán)太湖河流入出湖水量Fig.3 Water quantity of inflow and outflow rivers of Lake Taihu in recent years

2.2 污染通量計算結(jié)果

2.2.1 2009年環(huán)太湖污染物通量 49條環(huán)太湖河流中絕大多數(shù)污染物質(zhì)入湖量大于出湖量(表2)，即污染物在湖中均有一定程度的滯留.值的注意的是，SS出湖量大于入湖量.由于太湖是一個淺水湖泊，風(fēng)浪對湖底表層沉積物擾動作用強烈，在風(fēng)浪作用下底泥極易再懸浮.所以可能導(dǎo)致出湖河流輸出的懸浮物質(zhì)增加［16］.

2009年DIP、DTP滯留率最大，已達到60%左右(表2).經(jīng)測算，DIP滯留率在夏季時達到最大.由于DIP包含生物可利用性磷，因此夏季藻類生物量增加時期，DIP的大量利用會導(dǎo)致滯留率比其他月份更高.2009年 TN、-N的滯留率較1987－1988年增加，但是較2001－2002年已明顯減少.-N、TP滯留率近幾年無太大變化，而CODMn滯留率一直處于升高的趨勢中.

表2 污染物通量及滯留率Tab.2 The fluxes and retention rates of the pollutants

將分區(qū)污染物入出湖量按比例做圖(圖4).太湖西部(宜興地區(qū))以及太湖北部(無錫市區(qū)以及常州武進地區(qū))入湖水量以及污染物入湖通量約占總?cè)牒亢屯康?0%.其中太湖西部(宜興地區(qū))入湖水量及入湖污染物通量月占總?cè)牒康?0%，所以應(yīng)加強宜興地區(qū)入湖河流污染物的控制.

圖4 各污染物分區(qū)年入出湖通量比例Fig.4 Regional distribution of pollutant fluxes ratios of inflow and outflow rivers in Lake Taihu

與入湖通量相反，在污染物出湖通量中，太湖南部(湖州地區(qū))以及太湖東部(蘇州地區(qū))占到絕大多數(shù).太湖南部以及太湖東部年出湖水量基本相同，都占到40%左右.但是太湖南部地區(qū)SS出湖量占到總出湖量約80%.與SS相關(guān)的PN、PP，絕大多數(shù)也由太湖南部出湖.由于太湖水大部分經(jīng)由太湖東部以及太湖南部地區(qū)出湖，而太湖東部是淺水草型湖泊［17］，出湖水流攜帶泥沙在進入河道之前被水生植物截留并沉降，故出湖水中含有SS較少，這可能會使太湖東部地區(qū)湖泊沼澤化現(xiàn)象加劇.太湖南部地區(qū)岸線多為防洪大堤，致使大量SS未經(jīng)截留直接進入河道，這極易造成太湖南部地區(qū)入出河道淤積［18］.

自2002年開始實施的引江濟太工程，依托望虞河、太浦河兩項骨干工程，將長江水引入太湖和相關(guān)河網(wǎng)［19］.望虞河2009年入湖水量5.02×108m3，即2009年引江濟太入湖水量占入湖總水量的5.68%.

根據(jù)太湖網(wǎng)水量數(shù)據(jù)，以及本研究所測水質(zhì)數(shù)據(jù)，得到引江濟太各類污染物入湖通量占總?cè)牒康谋壤?表2).2009年引江濟太入湖污染物質(zhì)通量占總?cè)牒勘壤∮谄淙牒空伎側(cè)牒勘壤?，即引江濟太入湖水質(zhì)好于太湖整體入湖水質(zhì).結(jié)合歷史數(shù)據(jù)可見，2002、2007、2009年引江濟太引水量分別占總?cè)牒康?.80%、7.58%、5.79%，而 TN 以及 TP 入湖通量分別占總?cè)牒康?.18%、3.34%、1.98%以及 3.76%、3.31%、1.97%［20－21］.由此可見，引江濟太對改善太湖總體水質(zhì)的作用是積極的.

2.2.2 太湖入出湖污染物通量歷年變化 2000年以來CODMn入湖通量并無明顯增長，而出湖通量相對近兩年略有增加(表3).TN、TP入出湖通量自2000年來有增加的趨勢.氮磷污染一直是太湖流域的首要污染問題［23］，因此有效遏制氮磷入湖量的增加是太湖治理的重要任務(wù).同時TN、TP出湖通量的逐年上升，增加了流域下游地區(qū)氮磷污染負(fù)荷.-N入湖通量近幾年來并未有明顯上升.

表3 污染物入出湖通量歷史變化Tab.3 Historical changes in pollutant fluxes of Lake Taihu

2.3 入湖污染物與湖內(nèi)污染相關(guān)性分析

入湖污染物與湖內(nèi)污染表現(xiàn)出了很好的相關(guān)性(圖5)，在入湖河流污染物質(zhì)濃度大的地方，湖區(qū)水中污染物濃度也偏大，說明區(qū)域入湖河流水質(zhì)對區(qū)域太湖水質(zhì)影響很大，入湖河流的治理是太湖治理的關(guān)鍵問題之一.

TN、TP在入出湖河流以及湖內(nèi)的分布均表現(xiàn)出西北濃度偏高，由西北至東南濃度逐步降低的規(guī)律.CODMn在湖內(nèi)濃度除西北湖區(qū)偏高外，東南湖區(qū)濃度也相對較高，并且與對應(yīng)地區(qū)河流濃度表現(xiàn)出很好相關(guān)性.推測東南湖區(qū)濃度偏高是由于本地區(qū)圍湖水產(chǎn)養(yǎng)殖污染較嚴(yán)重造成，并且造成本地區(qū)出湖河流CODMn濃度亦偏高.

3 結(jié)論

2009年環(huán)太湖河道入出湖水量依次為88.40×108m3、93.27×108m3.入湖水量宜興地區(qū)＞無錫市區(qū)及常州武進地區(qū)＞湖州地區(qū)＞蘇州地區(qū)，出湖水量蘇州地區(qū)＞湖州地區(qū)＞無錫市區(qū)及常州武進地區(qū)＞宜興地區(qū).各污染物入出湖通量以及滯留率不同.除SS外，其它污染物在太湖內(nèi)均有滯留.2009年經(jīng)由太湖南部出湖的SS占總出湖量的80%左右.TN、TP入出湖通量自2000年來有增加的趨勢.引江濟太對太湖整體水質(zhì)改善有積極作用.區(qū)域入湖河流水質(zhì)與相應(yīng)湖內(nèi)區(qū)域水質(zhì)有較好相關(guān)性，證明入湖河流對太湖水質(zhì)影響較大.

圖5 入出湖河流水質(zhì)與湖體水質(zhì)比較Fig.5 Comparative analysis of water quality between inflow and outflow rivers and Lake Taihu

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Water quantity and pollutant fluxes of inflow and outflow rivers of Lake Taihu，2009

YAN Shuwen1，YU Hui1，ZHANG Lulu1，XU Jun2＆ WANG Zhenping3
(1:State Environment Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control，Research Center of Lake Eco-environment，Chinese Research Academy of Environmental Science，Beijing 100012，P.R.China)
(2:Donghu Experimental Station of Lake Ecosystems，Institute of Hydrobiology，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430072，P.R.China)
(3:Jiangxi Agricultural University，Nanchang 330045，P.R.China)

By the synchronous environmental monitoring of 49 inflow and outflow rivers of Lake Taihu，this study analyzed the water quantity and pollutant fluxes of those rivers in 2009，and compared them with the literature data of previous years.Analyses showed that water fluxes of the inflow and outflow rivers were 88.40 ×108m3and 93.27 ×108m3successively in the year 2009，respectively.The 5 largest inflow water fluxes were in the order as Chendonggang＞ Dapugang＞ Liangxi River＞Taige River＞ Wangyu River and the 2 largest outflow water fluxes were Taipu River and Changdougang.Analyses also showed that the river pollution from Yixing area were heaviest，and should be urgently improved.Also the outflow suspend particle fluxes were extremely larger than that of inflow and most of suspend particle was outflow in the south part of the lake.Furthermore，the total nitrogen and total phosphorus fluxes increased since 2002.The project of water diversion from Yangtze River to Taihu basin was good for water quality of the lake.Comparison of water quality between the lake and rivers suggested that the inflow river pollutant had important effect on the lake water.

Lake Taihu;water quantity;pollutant fluxes;retention rate;water Diversion from Yangtze River to Lake Taihu

＊ 國家水體污染控制與治理科技重大專項項目(2008ZX07101－001)和國家自然科學(xué)基金項目(31170439、30870428)聯(lián)合資助.2010－12－02收稿;2011－05－09收修改稿.燕姝雯，女，1985年生，碩士研究生;E-mail:yanshuwen1985@163.com.

＊＊ 通訊作者;E-mail:yuhui@craes.org.cn.