人口密集區(qū)水域環(huán)境分析

王　蘅

摘要：本文以福州市銅盤河-西湖公園為例，通過對不同季節(jié)城市河湖水系中高錳酸鹽、氨氮、總氮、總磷等指標(biāo)的測定和分析，得出水質(zhì)隨季節(jié)和溫度的變化規(guī)律，為以后城市水系的生態(tài)建設(shè)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：銅盤河-西湖公園，水質(zhì)，季節(jié)變化

水是生命的起源，河流是人類文明傳承的載體[1]，水給城市帶來生機(jī)和活力，河湖水系對城市的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、文化及國際形象具有重要的作用，是城市可持續(xù)發(fā)展的重要條件。人們對河湖水系環(huán)境功能的認(rèn)識從最初的泄洪、輸水等功能到對水歷史、水文化的探究，再到現(xiàn)代社會(huì)對水寧、水豐、水活、水凈、水美等水環(huán)境、水生態(tài)的要求[2]。在追求“人與自然和諧”同時(shí)，不論是德國的“近自然型河流”、日本的“多自然型河川”，還是國內(nèi)規(guī)劃的舒適人工河湖水系都是為了保護(hù)水域的生態(tài)環(huán)境[3]，其中水質(zhì)是水域生態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。目前對濱水區(qū)生態(tài)規(guī)劃的研究內(nèi)容較多，但對水質(zhì)的重視程度不夠，尤其我國大部分地區(qū)水資源缺乏，城市水資源更是制約著城市的發(fā)展，如何減少城市水污染，保證水質(zhì)是城市規(guī)劃面臨的一個(gè)重要問題。

1研究背景

福州為福建省省會(huì)，位于福建省東部沿海，閩江下游，介于北緯25°15'－26°39'，東經(jīng)118°08'－120°31'之間，東瀕東海，與臺灣省隔海相望，山清水秀，歷史悠久，是著名的歷史文化風(fēng)景旅游城市。福州內(nèi)河縱橫交錯(cuò)，集運(yùn)輸、防洪、排洪功能，隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，出現(xiàn)了城市內(nèi)河水資源補(bǔ)給不足、水系污染嚴(yán)重等問題，且一到夏季，大部分河湖富營養(yǎng)化等現(xiàn)象威脅著城市環(huán)境。通過整治河道、進(jìn)行污水截留、修復(fù)城市生態(tài)水環(huán)境等舉措來實(shí)現(xiàn)“清水穿城過，碧波漾榕城”的現(xiàn)代美麗城市是目前的研究重點(diǎn)。

西湖公園位于市區(qū)西北部臥龍山下，是福州目前保存良好的一座古典園林。它始建于晉朝，五代時(shí)王審知擴(kuò)建為行宮，清朝林則徐重新修建。園內(nèi)聞名遐邇的景點(diǎn)有仙橋柳色、紫薇廳、開化寺、飛虹橋、桂齋、荷亭晚唱、林則徐讀書處和禁煙亭等著名景點(diǎn)，號稱福建園林明珠。西湖就坐落于公園內(nèi)，目前湖水面積29萬m2，湖水容量約38萬m3，屬于淺水型湖。湖區(qū)附近建有公園、博物館、影劇院等建筑。院內(nèi)喬冠搭配錯(cuò)落有致，落葉與常綠相得益彰，花應(yīng)四時(shí)不同之景，是福州城區(qū)主要的風(fēng)景區(qū)和游覽勝地之一。該湖位于繁華的市區(qū)，人口流動(dòng)量大，易污染，與內(nèi)河銅盤河相通，但補(bǔ)水量少，加上內(nèi)河兩岸污水的流入，導(dǎo)致水質(zhì)變化明顯，具有研究價(jià)值。

綜合考慮人為因素、環(huán)境因素、水系的性狀及水流順序等因素，設(shè)置2個(gè)取樣點(diǎn)，一處是銅盤中學(xué)附近，另一處是西湖公園水庫。

2水溫及水質(zhì)監(jiān)測值

兩監(jiān)測點(diǎn)實(shí)測的年內(nèi)自然水溫變化曲線如圖1所示，在測量期間，最高水溫發(fā)生在七月，為26~27℃；最低水溫發(fā)生在1月為3℃左右。

由圖1得出水溫的變化與自然氣溫的變化是一致的，銅盤中學(xué)水溫比西湖公園附近水溫變化大，原因有二：一是銅盤河兩岸硬化，對溫度傳導(dǎo)更快，兩岸的建筑物多，對河水的反射使水溫升高快。二是河水儲蓄量少，易受溫度變化影響。

圖1 實(shí)測自然水溫年內(nèi)變化曲線

表1地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值（GB3838-2002）單位：mg/L

表2 水質(zhì)監(jiān)測及評價(jià)結(jié)果（GB3838-2002）單位：mg/L

由表1評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)得出表2，可以看出2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的水質(zhì)都屬于Ⅲ類以下，部分指標(biāo)超過Ⅴ類，西湖公園附近總氮最大超標(biāo)3倍，由于兩監(jiān)測點(diǎn)是相通的，所以監(jiān)測值差異不顯著。

3高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）季節(jié)變化

圖2為兩監(jiān)測點(diǎn)的CODMn 濃度隨氣溫變化的曲線，CODMn 濃度值范圍為5.25-8.56mg/l，介于Ⅲ類—Ⅳ類水之間，從兩監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測結(jié)果來看，CODMn 濃度隨氣溫或季節(jié)的變化趨勢非常明顯，濃度從1月份最低開始增大，隨氣溫的升高至7月份增至最高，隨后開始下降，11月又回到最低點(diǎn)，一年內(nèi)變化由低到高再到低的變化形式。造成這種現(xiàn)象的原因可能是水域中污染物隨氣溫的升高，可溶性增大，有機(jī)物質(zhì)懸浮于水中，水體的攜帶能力增強(qiáng)。

圖2 CODMn 濃度季節(jié)變化曲線

兩監(jiān)測點(diǎn)CODMn 濃度值差異表現(xiàn)為銅盤中學(xué)比西湖公園附近的值普遍要高，主要原因有兩點(diǎn)：一是銅盤中學(xué)附近人口密集，附近飯店、酒店、學(xué)校等污水排放量較大；二是銅盤中學(xué)附近水量少，水溫變化隨氣溫變化明顯。西湖公園水庫水量大且公園管理全面，污染較少，水溫上升慢，所以水質(zhì)相對較好。這與李振海、趙蓉、祝秋梅等研究北京“六海”所得的結(jié)果相符。[3]

4氨氮季節(jié)變化

圖3為兩監(jiān)測點(diǎn)的氨氮濃度隨氣溫的變化情況，不同時(shí)間內(nèi)監(jiān)測值為0.73-2.56mg/l，為地表水Ⅲ類—劣Ⅴ類之間。由曲線看出氨氮濃度隨氣溫的變化明顯，隨氣溫升高氨氮濃度急劇下降，至7月份達(dá)到最低，7月后氣溫下降，氨氮濃度又升高。氨氮濃度與氣溫呈負(fù)相關(guān)，原因是隨氣溫升高，水中微生物活動(dòng)增強(qiáng)，水域中氨氮加速分解而從水體中逸出，導(dǎo)致濃度下降。

圖3 氨氮濃度季節(jié)變化曲線

兩監(jiān)測點(diǎn)氨氮濃度值比較看出，銅盤中學(xué)附近水溫隨氣溫上升快，所以1-7月份氨氮濃度較低，隨夏季到來，污染源增加，銅盤中學(xué)附近水域氨氮值相對升高。西湖公園水庫前期水溫上升慢，但污染源少，污水補(bǔ)給少，所以秋冬以后氨氮濃度相對較低，由此看出：銅盤河在流至西湖公園水庫途中有自我凈化作用。

5總氮季節(jié)變化

圖4為兩監(jiān)測點(diǎn)總氮濃度隨季節(jié)變化曲線，總氮濃度值0.46-6.02mg/l，介于地表水Ⅱ類—劣Ⅴ類，且超標(biāo)倍數(shù)大。氣溫高的季節(jié)總氮濃度低，主要原因有：一是水溫高時(shí)其分解、逸出量增加，二是夏季受海洋性氣候影響，多臺風(fēng)多雨，補(bǔ)水量大，但同時(shí)也帶來新的污染，三是底泥釋放也是增加總氮濃度的因素。濃度到秋季又回升，到冬季又下降也是因?yàn)樯鲜鲈颉＞C上得出水溫對總氮濃度變化有兩個(gè)作用：第一是水溫影響總氮分解揮發(fā)的速率，第二是水的攜帶能力影響總氮濃度。水溫很高時(shí)第一個(gè)因素起主要作用，水溫低時(shí)第二個(gè)因素起主導(dǎo)作用。[4]

圖4 總氮濃度變化曲線

比較兩監(jiān)測點(diǎn)總氮濃度變化，銅盤中學(xué)附近比西湖公園附近高，原因與氨氮濃度變化相同。銅盤中學(xué)附近夏秋季節(jié)變化幅度大，除了上述原因以外，春秋季節(jié)是旅游高峰，人口流動(dòng)大，增加新的污染源，也是總氮含量增高的原因。

6總磷季節(jié)變化

圖5為兩監(jiān)測點(diǎn)總磷濃度隨季節(jié)溫度變化曲線，總磷濃度范圍為0.12-0.45mg/l，均大于水體發(fā)生富營養(yǎng)化的總磷濃度臨界值（0.05mg/l）。比值最大達(dá)9倍。總磷濃度隨季節(jié)變化趨勢比較一致，總體趨勢為夏季較高，其他季節(jié)普遍低的現(xiàn)象，水體中總磷有高-低-高-低-高的變化趨勢，主要與水溫的變化有關(guān)，當(dāng)水溫高時(shí)，磷從底泥處析出；水溫低時(shí)，水體的攜帶能力下降，總磷濃度下降。因?yàn)榱撞荒芤莩觯鈦砦廴緦α椎臄y帶作用也是造成濃度增大的原因。

圖5 總磷濃度季節(jié)變化曲線

兩監(jiān)測點(diǎn)比較，銅盤中學(xué)附近附近整體總磷濃度偏高，主要原因是該區(qū)人口密集，外來污染多、水量少、河岸硬化、底泥少導(dǎo)致水體自我凈化能力差。

7富營養(yǎng)化現(xiàn)象

水體富營養(yǎng)化是由于水體中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量積累而引起藻類過度增殖，導(dǎo)致水質(zhì)惡化，水體功能失調(diào)的現(xiàn)象。其本質(zhì)問題是水生生物多樣性的破壞，由此造成系統(tǒng)喪失自我維持、自我調(diào)節(jié)的能力與系統(tǒng)平衡的穩(wěn)定性，并最終導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)的破壞和環(huán)境問題的進(jìn)一步加劇[5]。關(guān)于水體富營養(yǎng)化成因有很多。但氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度升高，是藻類大量繁殖的主要原因，有研究表明磷為關(guān)鍵因素。磷含量影響藻類生長的物理、化學(xué)和生物因素是極為復(fù)雜的。所以很難定出表示富營養(yǎng)化的指標(biāo)，根據(jù)1995年水利部水文司編輯出版的《中國水資源評價(jià)》，以此為標(biāo)準(zhǔn)總氮、總磷為主要評價(jià)因素，水體從中營養(yǎng)到富營養(yǎng)化臨界濃度總氮為0.5mg/l，總磷為0.05mg/l。

結(jié)合上述標(biāo)準(zhǔn)，在2個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的6次監(jiān)測中，總磷、總氮的濃度幾乎都達(dá)到了富營養(yǎng)化的范圍甚至超出幾倍。隨溫度的升高，氮磷的濃度降低，但是發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象卻更嚴(yán)重，說明營養(yǎng)元素的濃度不是造成富營養(yǎng)化的唯一原因，觀察2監(jiān)測點(diǎn)7月19日水溫都超過26℃，但銅盤中學(xué)附近發(fā)生富營養(yǎng)化嚴(yán)重，水面漂浮大量綠藻，水華現(xiàn)象嚴(yán)重，西湖公園附近只有少量綠藻出現(xiàn)，有點(diǎn)中營養(yǎng)化的跡象。在1、3月和11月的三次監(jiān)測中，兩監(jiān)測點(diǎn)幾乎沒有出現(xiàn)營養(yǎng)化現(xiàn)象。

由以上現(xiàn)象得出：第一，水溫和營養(yǎng)元素濃度是影響發(fā)生富營養(yǎng)化的原因，一般情況下，當(dāng)營養(yǎng)元素濃度高時(shí)，水溫是主要影響因素，水溫越低發(fā)生富營養(yǎng)化的現(xiàn)象越低；第二，水體量大，水深也是影響指標(biāo)，當(dāng)水深時(shí)水溫變化慢，富營養(yǎng)化不易發(fā)生。反之，水體水量少，水溫易受氣溫影響，水溫越高，越易發(fā)生富營養(yǎng)化現(xiàn)象。

8結(jié)論

（1）銅盤河-西湖公園段水質(zhì)受到外來源污染，主要高錳酸鹽、氨氮、總氮等指標(biāo)超過Ⅲ類，甚至超標(biāo)幾倍。人口密集區(qū)污染更嚴(yán)重，主要受人為等外來污染源的影響。

（2）水體水量越大其自凈能力越強(qiáng)，切斷污染源，增加水量是提高水質(zhì)有效途徑。

（3）水體中總磷、總氮、高錳酸鹽濃度隨季節(jié)的變化明顯，這與水溫、外來污染源有重要的關(guān)系。總氮隨水溫的升高，分解逸出量增加，水體的攜帶能力又影響其濃度的測定。所以表現(xiàn)為：夏季受高溫影響，測定濃度值低，秋季有所回升的現(xiàn)象。總磷、高錳酸鹽濃度變化主要受水體攜帶能力影響，水溫高時(shí)攜帶能力增強(qiáng)，測定值就增大。

（4）水溫，水量，營養(yǎng)元素等是影響水體發(fā)生富營養(yǎng)化的因素，水溫越低，水量越大發(fā)生富營養(yǎng)化的現(xiàn)象越低，反之，水溫越高，水量越少則極易發(fā)生富營養(yǎng)化。

9討論及建議

在調(diào)配水源的基礎(chǔ)上保持好水環(huán)境是解決城市水域環(huán)境的根本。對于目前大部分地區(qū)內(nèi)河、內(nèi)湖水質(zhì)差情況，盡量減少水體污染是最好的措施，切斷污染源，并結(jié)合先治理再排放的原則。在生態(tài)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，減少 “硬”化河岸、河底，增加“多自然型河川”，提高河湖的自凈能力，創(chuàng)建美麗生態(tài)的城市水域環(huán)境，這樣才能打造具有無限魅力的城市名片。

參考文獻(xiàn)：

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