2019—2022年河北省境內(nèi)滹沱河水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

楊怡靜 楊超 曹英昆 宮春光

摘 要：以河北省境內(nèi)滹沱河水質(zhì)為研究對(duì)象，設(shè)置定魏橋交叉口、退水渠和獻(xiàn)縣樞紐三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)該區(qū)域2019—2022年的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，檢測(cè)pH值、DO、石油烴、葉綠素a、總氮、高錳酸鉀指數(shù)等水質(zhì)指標(biāo)， 利用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中Ⅲ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和TLI（Trophic Level Index，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)）對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，采樣區(qū)水質(zhì)部分指標(biāo)劣于地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)因子依次為總氮、高錳酸鉀指數(shù)和石油烴；水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)表明該地區(qū)屬于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，監(jiān)測(cè)的四年中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)整體呈逐年下降趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：滹沱河；水質(zhì)評(píng)價(jià)；水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)

滹沱河發(fā)源于山西省繁峙縣五臺(tái)山北麓，途經(jīng)太行山進(jìn)入河北省平山縣，最終流入獻(xiàn)縣與滏陽(yáng)河交匯形成子牙河，全長(zhǎng)587 km，流域面積達(dá)24 690 km2[1]。本研究通過多年連續(xù)監(jiān)測(cè)滹沱河水質(zhì)指標(biāo)并進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)，可以為滹沱河水域生態(tài)的保護(hù)與管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間

2019—2022年每年的4月（春季）、7月（夏季）及10月（秋季），總計(jì)進(jìn)行了12次采樣。

1.2 采樣地點(diǎn)

基于歷史資料和滹沱河的現(xiàn)實(shí)情況確定調(diào)查站位和采樣點(diǎn)。分別設(shè)置3個(gè)站點(diǎn)：南水北調(diào)干渠與滹沱河定魏橋交叉口H1，退水渠H2，獻(xiàn)縣樞紐H3。詳見圖1，位置信息見表1。

1.3 采樣檢測(cè)方法

現(xiàn)場(chǎng)儀器檢測(cè)pH值、DO、濁度、石油烴、葉綠素a等水質(zhì)指標(biāo)，水質(zhì)樣品采集（水域表層水樣），實(shí)驗(yàn)室后期實(shí)驗(yàn)分析總磷、總氮、氨氮、高錳酸鉀指數(shù)等4項(xiàng)指標(biāo)，測(cè)定方法見表2。

1.4 水質(zhì)類別評(píng)價(jià)依據(jù)

監(jiān)測(cè)水域水質(zhì)類別按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838－2002）》[2]Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包含pH值、溶解氧、總氮、氨氮、總磷、石油烴和高錳酸鹽指數(shù)等，具體評(píng)判指標(biāo)見表3。

1.5 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平評(píng)價(jià)方法

滹沱河水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)按照TLI（Trophic Level Index，綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)）進(jìn)行評(píng)價(jià)[3]。

1.5.1 單項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI（j））

計(jì)算公式：

TLI（Chla） =10[2.5 + 1.086? ln（Chla）]；

TLI（TP）=10[9.436 + 1.624? ln（TP）]；

TLI（TN）=10[5.453 + 1.694? ln（TN）]；

TLI（SD）=10[5.118 - 1.94? ln（SD）]；

TLI（CODMn）= 10[0.109 + 2.661? ln（CODMn）]。

式中：Chla為葉綠素a的濃度，mg/m3；SD為透明度，m；其他指標(biāo)單位為mg/L。

1.5.2 綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI（∑））

計(jì)算公式：

TLI（∑）=∑（Wj×TLI（j）），

式中：Wj為第j種參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重，權(quán)重值分別為：WChla=0.599 6，WTN=0.071 8，WTP=0.137 0，WSD= 0.007 5，WIMn=0.184 0

1.5.3 TLI指數(shù)的評(píng)價(jià)分級(jí)

根據(jù)綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的值，可以將水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分為不同的等級(jí)：

TLI（∑）＜30：貧營(yíng)養(yǎng)（Oligotrophic）；30≤TLI（∑）≤50：中營(yíng)養(yǎng)（Mesotrophic）；TLI（∑）＞50：富營(yíng)養(yǎng)（Eutrophic）；50＜TLI（∑）≤60：輕度富營(yíng)養(yǎng)（Light eutropher）；60＜TLI（∑）≤70：中度富營(yíng)養(yǎng)（Middle eutropher）；TLI（∑）＞70：重度富營(yíng)養(yǎng)（Hypereutropher）。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)類別評(píng)價(jià)

水質(zhì)指標(biāo)的具體情況見表4。其中，三個(gè)站位中僅有H2在2020年完全符合地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他站位和監(jiān)測(cè)時(shí)間段均有部分水質(zhì)指標(biāo)劣于地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)。超標(biāo)指標(biāo)主要為總氮，其中2022年在H3站位超標(biāo)4.2倍；其次為高錳酸鉀指數(shù)，最高超標(biāo)1.1倍；石油烴在短暫時(shí)間有少量超標(biāo)。pH值、DO、總磷等其他因子均優(yōu)于地表水Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

地表水超標(biāo)因子中的總氮、高錳酸鉀指數(shù)和石油烴都是常見的水污染物，它們的超標(biāo)往往與多種因素相關(guān)，包括自然因素和人為因素。調(diào)查站位均處于工業(yè)和農(nóng)業(yè)區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥和農(nóng)藥含有氮，通過雨水沖刷進(jìn)入地表水體，可能導(dǎo)致總氮含量增加；城市生活污水中含有較高濃度的氮，未經(jīng)處理或處理不完全的污水排放可能是總氮超標(biāo)的重要原因；某些工業(yè)過程，如食品加工、化工制造等，會(huì)產(chǎn)生含氮廢水，若未經(jīng)適當(dāng)處理直接排放，可能會(huì)引起總氮超標(biāo)[4]。高錳酸鉀和石油烴超標(biāo)情況不明顯，只是出現(xiàn)在某個(gè)時(shí)間段，可能與工業(yè)廢水排放密切相關(guān)[5]。

2.2 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平評(píng)價(jià)

在2019—2022年期間，各站位營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)見表5—表8。綜合指數(shù)最低點(diǎn)出現(xiàn)在2021年10月H3，為29.07，為貧營(yíng)養(yǎng)；最高點(diǎn)出現(xiàn)在2019年4月的H3，為89.53，為重度富營(yíng)養(yǎng)。H1和H2監(jiān)測(cè)點(diǎn)四年的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)平均值分別為45.62和42.67，總體為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；H3監(jiān)測(cè)點(diǎn)四年的平均值為56.01，總體為輕度富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)四年平均值為48.10，總體評(píng)價(jià)為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。

2019年，營(yíng)養(yǎng)分級(jí)在H1和H2監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要在輕度富營(yíng)養(yǎng)和中營(yíng)養(yǎng)之間波動(dòng)，而H3監(jiān)測(cè)點(diǎn)則經(jīng)歷了從重度富營(yíng)養(yǎng)到中度富營(yíng)養(yǎng)的變化。2020年，營(yíng)養(yǎng)分級(jí)在三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)都有所下降，H1和H2監(jiān)測(cè)點(diǎn)維持在輕度富營(yíng)養(yǎng)和中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，H3監(jiān)測(cè)點(diǎn)則從輕度富營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)為中營(yíng)養(yǎng)。2021年，H1監(jiān)測(cè)點(diǎn)在4月和8月保持中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，10月轉(zhuǎn)為輕度富營(yíng)養(yǎng)；H2監(jiān)測(cè)點(diǎn)全年保持中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；H3監(jiān)測(cè)點(diǎn)則從4月的中營(yíng)養(yǎng)變?yōu)?0月的貧營(yíng)養(yǎng)。2022年，H1監(jiān)測(cè)點(diǎn)在4月為貧營(yíng)養(yǎng)，8月和10月為輕度富營(yíng)養(yǎng)和中營(yíng)養(yǎng)；H2監(jiān)測(cè)點(diǎn)全年保持中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；H3監(jiān)測(cè)點(diǎn)在4月為中營(yíng)養(yǎng)，8月和10月為輕度富營(yíng)養(yǎng)。同一時(shí)間點(diǎn)，不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的營(yíng)養(yǎng)分級(jí)存在差異。例如，2019年4月，H1為輕度富營(yíng)養(yǎng)，而H3為重度富營(yíng)養(yǎng)。同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，不同時(shí)間的營(yíng)養(yǎng)分級(jí)也會(huì)發(fā)生變化。例如，H3監(jiān)測(cè)點(diǎn)在2019年4月為重度富營(yíng)養(yǎng)，而到了2021年10月則轉(zhuǎn)為貧營(yíng)養(yǎng)。

滹沱河2019—2022年?duì)I養(yǎng)狀態(tài)TLI各單項(xiàng)指數(shù)見圖2，總的TLI指數(shù)見圖3?？梢钥闯?，總氮和透明度指數(shù)相對(duì)平均指數(shù)較高，尤其是2021和2022年；在2019—2022年期間，滹沱河的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)總體屬于中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，且四年內(nèi)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)整體呈下降趨勢(shì)。

多種因素可能會(huì)對(duì)水質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)分級(jí)產(chǎn)生影響，如季節(jié)性氣候變化、降雨量、水溫和日照等自然因素會(huì)影響水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量和分布，從而導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)分級(jí)的變化[6]；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)周期、工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)等不同時(shí)間點(diǎn)的人為活動(dòng)強(qiáng)度變化會(huì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)分級(jí)產(chǎn)生影響；水體的流動(dòng)速度和方向的變化可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)點(diǎn)營(yíng)養(yǎng)分級(jí)的時(shí)空差異；水生生物（如藻類、水草等）的生長(zhǎng)和死亡會(huì)影響水體的營(yíng)養(yǎng)循環(huán)[7]，生物多樣性和生態(tài)平衡的變化可能導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)分級(jí)的變化。滹沱河的水質(zhì)管控和水域生態(tài)的管理也應(yīng)從自然因素、人為因素、生態(tài)平衡等多角度綜合研判。

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Comprehensive evaluation of the water quality of Hutuo River in Hebei Province from 2019 to 2022

YANG Yijing，YANG Chao，CAO Yingkun，GONG Chunguang

（College of Oceanology， Hebei Agricultural University， Qinhuangdao 066003，China）

Abstract：The water quality of the Hutuo River within the boundaries of Hebei Province， China was taken as research object. Three monitoring sites were established for this purpose： Dingweiqiao Intersection， the Tuishui Channel， and Xian County Hub. A comprehensive water quality monitoring program was conducted from 2019 to 2022， which included the assessment of various water quality parameters such as pH value， dissolved oxygen （DO）， petroleum hydrocarbons， chlorophyll-a， total nitrogen， and potassium permanganate index （KMnO4 index）.The evaluation of the water quality was conducted in accordance with the standards for Class III water quality as stipulated in the Surface Water Environmental Quality Standards （GB 3838-2002）， as well as utilizing the Trophic Level Index （TLI）， which is a metric designed to assess the overall trophic state of aquatic ecosystems.The results revealed that certain water quality indicators at the sampling sites were found to be substandard in comparison to the Class III water quality criteria. The contaminants that exceeded the prescribed standards were， in descending order of exceedance： total nitrogen， potassium permanganate index， and petroleum hydrocarbons. The stratification of the trophic state of the water body， as indicated by the TLI， classified the region as being in a mesotrophic condition. Over the course of the four-year monitoring period， there was a consistent downward trend observed in the trophic state， suggesting a gradual decrease in the overall nutrient enrichment of the water body.

Key words：Hutuo River;water quality assessment;trophic state of the water body

（收稿日期：2024-05-17）