太湖西部宜溧河水系水質(zhì)問題診斷

馮 帥

(國家投資項目評審中心， 北京 100037)

太湖流域是長江三角洲的核心區(qū)域，總面積36 895 km2，歷史上一直是我國人口密度最大、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)、城鎮(zhèn)化發(fā)展最快和經(jīng)濟(jì)發(fā)展最強(qiáng)勁的地區(qū)之一。太湖流域人口約占全國的3.1%，GDP占全國的8.75%，人均GDP為全國的2.85倍。然而，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來的污染對太湖水質(zhì)的影響日益明顯[1]，流域內(nèi)快速發(fā)展的城鎮(zhèn)化也對太湖的生態(tài)環(huán)境造成了不利影響[2]。太湖水質(zhì)污染直接影響周邊城市的日常生活，進(jìn)而影響該流域的經(jīng)濟(jì)狀況和可持續(xù)發(fā)展。2007年太湖發(fā)生了震驚全國的藍(lán)藻暴發(fā)事件，直接影響了周邊無錫等城市的生活供水[3]。近年來，太湖水質(zhì)問題得到了越來越多的關(guān)注[4]，我國每年投入大量的人力財力物力治理太湖，雖初見成效，但富營養(yǎng)化問題仍未根本緩解[5-7]。莊嚴(yán)等[8]利用3S技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)太湖水體和底質(zhì)中TP的分布呈現(xiàn)“西高東低”的規(guī)律。代倩子等[9]分析2014—2018年梅梁湖和東太湖的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)東太湖TP濃度升高趨勢明顯。有學(xué)者[10]通過10年來水質(zhì)數(shù)據(jù)分析得出太湖各功能分區(qū)的主要超標(biāo)污染因子為TP和TN。在“治湖先治河”的思路下，部分研究[11-14]開始關(guān)注出入太湖河流的水質(zhì)及其與太湖水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系。

太湖入湖河流主要由湖西區(qū)和苕溪區(qū)2個部分構(gòu)成。湖西區(qū)主要是宜溧河水系，屬平原河網(wǎng)水系，河流眾多，水網(wǎng)密集，航運發(fā)達(dá)。苕溪區(qū)屬于山區(qū)性河流，主要有東、西苕溪兩大支流，河流水系呈樹枝狀。湖西平原河網(wǎng)是向太湖輸入污染負(fù)荷的主要地區(qū)，湖西平原河網(wǎng)地區(qū)水質(zhì)問題的研究成為熱點。一些研究[15-17]關(guān)注湖西宜溧河水系水質(zhì)狀況及污染輸移過程，也有研究[18-19]關(guān)注湖西宜溧河水系酚類內(nèi)分泌干擾物和多環(huán)芳烴的污染風(fēng)險。李碩等[20]采用SWAT模型對平原河網(wǎng)的水文過程進(jìn)行了模擬，分析了水文過程對污染物輸移過程的影響。宜溧河水系屬于典型的平原河網(wǎng)，水系錯綜復(fù)雜，人口密度極高，同時也是太湖污染的重要來源?，F(xiàn)有關(guān)于宜溧河水系水質(zhì)問題的研究多偏重于與富營養(yǎng)化相關(guān)的氮磷等污染因子[21]，或是關(guān)注多環(huán)芳烴等新型污染物，而對宜溧河水系水質(zhì)問題進(jìn)行全面診斷的研究相對較少。

本文通過野外采樣檢測和數(shù)據(jù)處理分析，對宜溧河水系水質(zhì)問題進(jìn)行診斷，旨在有效揭示宜溧河水系水質(zhì)的季節(jié)差異性和空間差異性，為該地區(qū)水質(zhì)污染治理提供參考。

1 研究區(qū)概況

宜溧河水系發(fā)源于茅山山脈，流經(jīng)溧陽、宜興兩市進(jìn)入太湖，南部為宜溧山地，西部及西北部為茅山丘陵區(qū)，地勢的總體特征表現(xiàn)為南高北低、西高東低。宜溧河水系屬于太湖流域水利分區(qū)中湖西區(qū)的南部，屬于典型的亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，呈現(xiàn)冬季干冷、夏季濕熱、四季分明、降水豐沛和臺風(fēng)頻繁等氣候特點。冬季受西北冷氣團(tuán)侵襲，盛行西北風(fēng)，天氣寒冷而干燥；夏季受海洋氣團(tuán)控制，盛行東南風(fēng)，水汽豐沛，天氣炎熱而濕潤。宜溧河水系北部與洮湖及滆湖水系相通，流域面積約3 300 km2。宜溧河水系主要河流有淳溧河、宜溧河、北溪河、中河、丹金溧漕河、孟津河及武宜漕河，水系下游分布有西氿、團(tuán)氿和東氿3個小型湖泊及都山蕩、馬公蕩、陽山蕩、蓮花蕩等湖蕩。

2 研究方法

本研究在宜溧河水系主要河流設(shè)置51個水質(zhì)采樣點，主要分布在淳溧河、宜溧河、中河、北溪河、趙村河、丹金溧漕河、孟津河、武宜漕河以及宜興東氿、西氿周圍河流上。分別于2015年9月(秋季)、2016年2月(冬季)、2016年5月(春季)和2016年7月(夏季)在51個水質(zhì)采樣點現(xiàn)場采樣?，F(xiàn)場每個采樣點采集2個平行水樣，水樣裝入水質(zhì)采樣瓶，然后放入裝有冰塊的保溫箱保存，并在24 h內(nèi)送實驗室檢測分析，水樣檢測分析方法參照《水與廢水的監(jiān)測第四版》[22]。主要分析污染因子有CODMn、NH3-N、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、TN、磷酸根和TP，其中CODMn、NH3-N、TN和TP水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)，其中TN參考采用湖泊標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1。所有污染因子的評價方法采用單因子評價法[23]。水質(zhì)數(shù)據(jù)處理分析主要通過SPSS19.0軟件完成。

表1 污染因子評價標(biāo)準(zhǔn) 單位：mg/L

3 結(jié)果與討論

3.1 宜溧河水系水質(zhì)季節(jié)性變化特征

不同季節(jié)宜溧河水系主要污染因子的監(jiān)測分析結(jié)果如表2所示。春季CODMn、NH3-N、TN、TP、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和磷酸根的平均質(zhì)量濃度分別為(3.74±0.44)mg/L、(0.77±0.48)mg/L、(3.67±0.86)mg/L、(0.20±0.07)mg/L、(1.68±0.50)mg/L、(0.08±0.05)mg/L和(0.10±0.07)mg/L。采用水質(zhì)單因子評價法可知，春季宜溧河水系主要污染因子為TN和TP。春季是長江中下游地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的季節(jié)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動會導(dǎo)致大量氮磷污染物匯入宜溧河水系，是宜溧河水系TN的主要來源[17]。

表2 不同季節(jié)污染因子均值與標(biāo)準(zhǔn)差 單位：mg/L

夏季CODMn、NH3-N、TN、TP、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和磷酸根的平均質(zhì)量濃度分別為(7.47±0.93)mg/L、(0.79±0.73)mg/L、(2.31±0.85)mg/L、(0.14±0.13)mg/L、(1.02±0.25)mg/L、(0.08±0.06)mg/L和(0.03±0.04)mg/L。采用單因子評價法可知，夏季宜溧河水系主要污染因子和春季相同，TN和TP污染較重。夏季是宜溧河水系豐水期，大量的雨水雖能稀釋污染物濃度，同時也會產(chǎn)生大量的面源污染[24]，可見面源污染可能是夏季宜溧河水系TN和TP污染較重的主要原因。

秋季CODMn、NH3-N、TN、TP、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和磷酸根的平均質(zhì)量濃度分別為(5.28±0.91)mg/L、(0.57±0.55)mg/L、(3.16±1.35)mg/L、(0.27±0.43)mg/L、(1.87±0.69)mg/L、(0.05±0.05)mg/L和(0.06±0.04)mg/L。采用單因子評價法可知，秋季宜溧河水系主要污染因子和春夏2個季節(jié)相同，TN和TP污染程度與春季相當(dāng)，但較夏季嚴(yán)重。

冬季CODMn、NH3-N、TN、TP、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮和磷酸根的平均質(zhì)量濃度分別為(23.16±11.21)mg/L、(1.97±0.97)mg/L、(5.45±1.01)mg/L、(0.06±0.03)mg/L、(2.47±0.28)mg/L、(0.07±0.04)mg/L和(0.02±0.02)mg/L。采用單因子評價法可知，冬季宜溧河水系主要污染因子與其他季節(jié)變化較大，CODMn、NH3-N和TN污染嚴(yán)重，TP滿足Ⅲ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。許朋柱等[15]的研究表明，受多種因素綜合影響，枯水期宜溧河水系水質(zhì)狀況現(xiàn)惡化趨勢，營養(yǎng)鹽含量有所升高。

從季節(jié)差異性角度分析，CODMn和NH3-N兩種污染因子冬季污染程度明顯較春、夏、秋3個季節(jié)嚴(yán)重，表明宜溧河水系點源污染可能是CODMn和NH3-N污染負(fù)荷的主要來源，這與王翊晨等[25]的研究結(jié)果一致。春、夏、秋3個季節(jié)CODMn和NH3-N濃度較低，基本滿足Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，表明近年來太湖湖西平原河網(wǎng)的污染治理取得了一定效果，下階段建議重點關(guān)注枯水期河流有機(jī)物污染較重的問題。不同季節(jié)TN濃度均超過Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，表明TN仍然是宜溧河水系的主要污染因子，冬季和春季TN濃度相對于其他兩個季節(jié)濃度稍高，表明點源污染和面源污染均是TN污染的重要來源。不同季節(jié)TP的濃度穩(wěn)定在Ⅲ類水和Ⅳ類水之間，但冬季TP的濃度明顯低于其他季節(jié)，可能是因為冬季河流水動力不充分，物理沉降作用降低了TP濃度。

3.2 宜溧河水系水質(zhì)空間差異性

選取夏季豐水期和冬季枯水期的水質(zhì)數(shù)據(jù)對宜溧河水系51個采樣點進(jìn)行聚類分析，分析宜溧河水系水質(zhì)污染的空間差異性和空間分布特點。

夏季聚類分析結(jié)果將所有采樣點分為三類。第一類采樣點水質(zhì)污染最嚴(yán)重，主要分布在淳溧河、中河、丹金溧漕河、宜溧河等河流上，這些河流流經(jīng)溧陽市市區(qū)，部分河流還是主要航道；第二類采樣點水質(zhì)污染較第一類采樣點稍輕，主要分布在北溪河、東氿和西汣上下游附近河流上；第三類采樣點水質(zhì)污染最輕，主要分布在湛瀆港、橫塘河和太滆運河，這類采樣點距離宜溧河水系入太湖口較近，得益于近年來太湖周邊實施一系列水污染治理措施，水質(zhì)污染問題逐漸緩解。綜合來看，夏季宜溧河水系上游溧陽市附近河流水質(zhì)污染較嚴(yán)重，而下游宜興市附近河流水質(zhì)污染相對較輕。

冬季聚類分析結(jié)果與夏季差別較大，所有采樣點分為三類。第一類采樣點水質(zhì)污染最嚴(yán)重，主要分布在丹金溧漕河、宜溧河等河流上，特點是CODMn濃度較高；第二類采樣點水質(zhì)污染較第一類采樣點稍輕，主要分布在淳溧河、宜溧河、橫塘河等河流上；第三類采樣點水質(zhì)污染最輕，主要分布在丹金溧漕河、中河等河流上。綜合來看，冬季宜溧河水系上游溧陽市附近河流水質(zhì)污染較輕，而下游宜興市附近河流水質(zhì)污染較嚴(yán)重，與夏季空間分布特點剛好相反。

4 結(jié) 論

宜溧河水系水質(zhì)存在季節(jié)性差異，CODMn和NH3-N濃度冬季顯著高于其他季節(jié)；不同季節(jié)TN濃度變化不明顯，但均超出Ⅴ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；TP濃度冬季明顯低于其他季節(jié)，但不同季節(jié)保持在Ⅲ-Ⅳ類水之間。夏季和冬季宜溧河水系水質(zhì)空間分布特征存在差異，夏季宜溧河水系水污染較嚴(yán)重的河流主要分布在上游溧陽市附近，下游宜興市附近河流水污染較輕；冬季則剛好相反。