范麥妮,李 杰
(云南省環(huán)境科學研究院,云南 昆明 650034)
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撫仙湖氮磷污染負荷物質平衡計算
范麥妮,李杰
(云南省環(huán)境科學研究院,云南 昆明 650034)
摘要:根據氮磷物質平衡原理計算撫仙湖氮、磷污染物負荷平衡,撫仙湖每年輸入的氮磷負荷為:總氮1303.1 t/a,總磷66.3 t/a;輸出的氮磷負荷為:總氮0.54 t/a,總磷0.034 t/a;每年增加的氮磷負荷為:總氮1302.56 t/a,總磷66.27 t/a。增加的氮磷負荷中,進入水體的負荷(庫容變化量)為:總氮532.14 t/a,總磷0.32 t/a;剩余的總氮770.42t和總磷65.95t可能向沉積于底泥、供藻類和大型水生植物生長利用等其它方向分流。
關鍵詞:氮磷污染負荷;物質平衡計算;撫仙湖
氮和磷已成為影響湖泊水質的最重要的污染因子,是造成水質惡化、富營養(yǎng)化程度加深的主要營養(yǎng)物質[1]。根據物質平衡原理,進入湖泊的氮磷污染物總量是守恒的,即可表示成:輸入-輸出=貯存或損失[2,3]。污染物輸入湖泊的途徑主要包括:地表徑流、地下水、大氣降水降塵(干濕沉降)、人類活動排放等方式;污染物輸出的途徑包括:出湖河流、人類活動取水等方式。由于影響湖泊氮磷物質平衡的因素十分復雜,所選參數多受特定條件的影響,其結果應用于實際環(huán)境時存在諸多不確定性[4,5]。
本文通過分析湖泊氮磷污染物負荷物質平衡,定量計算湖泊營養(yǎng)物質的輸入、輸出和貯存(損失),可以深入了解湖泊保持其生態(tài)環(huán)境不變的情況下可承受的污染物總量,探討污染物在湖中的累積情況,為湖泊的水污染防治提供對策。
1材料與方法
1.1研究區(qū)域
撫仙湖是位于中國云南省的高海拔淡水湖泊,是我國目前已知的第二深水湖泊。撫仙湖隸屬于云南省玉溪市,涉及澄江、江川、華寧 3縣7個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。其經緯度為102°49′E~102°58′E,24°21′N~24°38′N;流域面積為67469km2。
撫仙湖屬南盤江流域西江水系,流域面積674.69 km2(不含星云湖流域),當湖面高程為1722.5 m時,水域面積約216.6 km2,湖長約31.4km,湖最寬處約11.8 km,湖岸線總長約100.8 km,最大水深158.9 m,平均水深95.2 m,相應湖容水量約206.2億m3。撫仙湖屬雨水補給型湖泊,河流多為間歇性河,匯流時間短。多年平均入湖徑流量為1.6×108m3,湖面降雨2.0×108m3,地下泉水0.28×108m3。湖面蒸發(fā)量 2.8×108m3,多年平均出流量0.9×108m3,換水周期長達167a。撫仙湖流域目前共有103條入湖河流,14個散流區(qū),其中非農灌溝的河道有60多條,較大的有27條,河流普遍短小。??诤邮菗嵯珊ㄒ坏拿骱映鏊?;實施出流改道工程后,隔河也成為撫仙湖的主要出湖河流之一。撫仙湖屬雨水補給型湖泊,湖水主要靠降雨和湖周徑流補給,河道徑流調節(jié)性能很差,多為歇性河,暴漲暴落、匯流時間短,并攜帶大量泥沙入湖。
1.2研究方法
根據湖泊氮磷污染物物質平衡原理,即:輸入-輸出=貯存或損失,建立撫仙湖氮、磷物質平衡計算方程。
M輸入=M輸出+△M湖
式中:
M輸入=M入湖河流+M沉降
M輸出=M出湖河流+M取水
△M湖=M庫容+M底泥+M其它
其中:M輸入表示入湖的氮磷量;M入湖河流表示入湖河流攜帶入湖的氮磷量;M沉降表示大氣干濕沉降入湖的氮磷量;M輸出表示輸出的氮磷量;M出湖河流表示出湖河流攜帶出湖的氮磷量;M取水表示人類生產生活取水帶走的氮磷量;△M湖表示湖體中氮磷貯存或損失的變化量;M庫容表示通過庫容變化導致的水質中存在的氮磷量;M底泥表示底泥中沉積或釋放的氮磷量;M其它表示其它因素導致的氮磷變化。
2結果與討論
2.1入湖河流入湖量
于2014年8月1日—2015年8月1日監(jiān)測流域103條溝(不計隔河、??诤?、合計14個散流區(qū)的徑流量和同期氮磷濃度,計算流域氮磷負荷。根據各個監(jiān)測斷面入湖徑流量和污染物濃度的測定結果,本研究采用平均濃度法計算污染負荷輸出量,統(tǒng)計匯總得到觀測期內不同河流全年及雨季的入湖負荷量,如表1所示。
觀測研究期間(2014年8月1日—2015年8月1日)撫仙湖入湖河流不同徑流區(qū)域年徑流入湖負荷總量為:TN為1243.9t/a、TP為61.4t/a。
表1 撫仙湖流域陸域徑流入湖負荷匯總 (t/a)
2.2湖面干濕沉降
大氣沉降對撫仙湖的氮磷輸入主要通過兩個途徑:一是污染物在湖面直接沉降;二是污染物在湖面以外徑流區(qū)沉降后,通過雨水沖刷及地表徑流入湖。由于湖面以外徑流區(qū)的沉降存在大量沿途削減,本次調查只針對湖面直接沉降量加以核算,不考慮湖面以外徑流區(qū)的沉降。
《撫仙湖主要污染源調查與總量分配研究(2010)》監(jiān)測結果表明,撫仙湖降塵總氮、總磷單位面積負荷分別為1.146kg/hm2/a、0.101 kg/hm2/a;降雨總氮、總磷濃度分別為1.19mg/L、0.094 mg/L。撫仙湖湖面面積216.6km2,2014年降雨量為1037mm,以此計算撫仙湖降雨降塵污染。撫仙湖2014年氮磷干濕沉降負荷中,總氮約59.2t/a,總磷約4.9t/a。
表2 湖面干濕沉降負荷
2.3工農業(yè)生活用水損失的氮磷量
根據撫仙湖管理局發(fā)放的2015年取水許可證信息統(tǒng)計沿湖工業(yè)、服務業(yè)、農業(yè)、生活等方面的取水量。計算工農業(yè)生活用水損失的氮為0.54 t/a,磷為0.034t/a。
表3 工農業(yè)生活用水損失的氮磷量
2.4庫容變化導致水體氮磷的變化量
撫仙湖湖體庫容量受入湖河流、蒸發(fā)、地下水補給等因素影響,一直處于波動狀態(tài)。根據玉溪市水文局對撫仙湖的監(jiān)測,2014年8月1日庫容量202.62億m3,2015年7月31日撫仙湖庫容量202.92億m3。根據玉溪市監(jiān)測站對撫仙湖的水質監(jiān)測可得出同期氮磷的負荷量。因此,2014年8月—2015年7月的一年間,因湖體庫容的變化,水體中總氮增加了532.14t,總磷增加了0.32t。
表4 湖體氮磷的變化量
2.5氮磷物質平衡計算
由于2014年和2015年兩年撫仙湖水位較低,撫仙湖唯一的自然出湖河流??诤娱l門一直關閉,海口河沒有出流。同時,星云湖水位高于撫仙湖,為避免星云湖倒流,隔河口閘門也一直關閉,沒有出水。因此,撫仙湖無出流,M出湖河流為零。
根據撫仙湖氮、磷物質平衡計算方程:
M輸入=M輸出+△M湖,即:M入湖河流+M沉降=M出湖河流+M取水+△M湖
得出入湖量中總氮為1303.1 t/a,總磷為66.3 t/a;出湖量中總氮為0.54 t/a,總磷為0.034 t/a;即撫仙湖每年增加1302.56t的總氮、66.27t的總磷。
表5 湖體氮磷平衡計算 (t/a)
根據氮磷物質平衡原理,撫仙湖每年增加的氮磷負荷中,進入水體的負荷為總氮532.14 t/a,總磷0.32 t/a(庫容變化量);剩余的總氮(770.42t)和總磷(65.95t)可能向沉積于底泥、供藻類和大型水生植物生長利用等其它方向分流。
撫仙湖水體氮磷負荷平衡計算結果表明,撫仙湖每年增加1302.56t的總氮、66.27t的總磷。這些氮磷負荷主要去向為:①在水體中賦存,使水體水質惡化;②向水體下層沉積,或進入底層泥水混合層,或沉積入底泥中,增大底泥內負荷;③氮負荷可能通過反硝化作用轉變成N2,進入大氣;④供藻類和大型水生植物利用,特別是藻類的生長,使得水華暴發(fā)風險成倍增加。大量氮磷負荷進入湖體,使撫仙湖水環(huán)境惡化的風險大大提高。
3結論
根據氮磷物質平衡原理計算撫仙湖氮、磷污染物負荷平衡,撫仙湖每年輸入的氮磷負荷為:總氮1303.1 t/a,總磷66.3 t/a;輸出的氮磷負荷為:總氮0.54 t/a,總磷0.034t/a;撫仙湖每年增加的氮磷負荷為:總氮1302.56 t/a,總磷66.27 t/a。增加的氮磷負荷中,進入水體的負荷(庫容變化量)為:總氮532.14t/a,總磷0.32 t/a;剩余的總氮770.42t和總磷65.95t可能向沉積于底泥、供藻類和大型水生植物生長利用等其它方向分流。
參考文獻:
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Balance Calculation of Nitrogen and Phosphorus Load in Fuxian Lake
FAN Mai-ni, LI Jie
(Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming Yunnan 650034, China)
Abstract:The nitrogen and phosphorus balance were calculated in Fuxian Lake according to the balance principle. The annually input of total nitrogen was 1303.1 t/a, and total phosphorus was 66.3 t/a. The annually output of total nitrogen was 0.54 t/a, and total phosphorus was 0.034 t/a. Annual increase of total nitrogen was 1302.56 t/a, and total phosphorus was 66.27 t/a. Some of the annual increasing pollution load entered to the water body (TN 532.14 t/a, TP 0.32 t/a). The left (TN 770.42 t/a, TP 65.95 t/a) might go to substrate sludge, air, algae, hydrophyte, and etc.
Key words:nitrogen and phosphorus load; material balance calculation;Fuxian Lake
中圖分類號:X52
文獻標志碼:A
文章編號:1673-9655(2016)03-0044-04
作者簡介:范麥妮 (1983-),女,碩士,工程師,研究方向為環(huán)境污染控制。
收稿日期:2015-11-03