夏季突發暴雨對磁湖水質特征的影響

張 麗，鞠定國，王 晨

(1.湖北理工學院 a.環境科學與工程學院，b.礦區環境污染控制與修復湖北省重點實驗室，湖北 黃石 435003；2.武漢科技大學 資源與環境工程學院，湖北 武漢 430081)

城市湖泊是城市的重要生態資源，對城市的可持續發展具有重要意義[1-2]。但是，由于城市湖泊的湖岸與湖體人工化特征明顯，換水周期長，生物種類較少，其生態功能易因人類活動而遭受破壞[3-5]。隨著我國城市化進程不斷加快，提升城市湖泊的生態環境質量日趨緊迫。目前，有關城市湖泊污染的報道主要集中在大型城市及其周邊的城市湖泊，且主要關注湖泊的富營養化問題，關于受污染的城市湖泊的水質特征分析的研究和報道較少。磁湖位于湖北省黃石市的中心，是黃石城區最大的淺水湖泊，是集防洪、防澇、養殖、游覽為一體的多功能水資源地[6]。磁湖具有水淺、流動性差、底泥污染嚴重等城市淺水型湖泊的共同特點[7-9]。全湖水域面積約10 km2，平均水深約1.75 m。在黃石市經濟快速發展的背景之下，磁湖水質污染日趨嚴重，湖面面積逐年減少，湖中動、植物種群大量減少，水生態環境遭到嚴重破壞[10]。每年6月下旬左右，黃石市處于梅雨季節，持續暴雨導致磁湖庫容增加、水位上升。本文對暴雨突發事件對磁湖水質的影響進行探索，以定量掌握湖區污染物的空間分布及其濃度的實時變化狀態，為磁湖規劃和水質治理提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

根據磁湖的地理位置和周圍環境，按照采樣點的布設原則共設置19個采樣點，采樣點位信息見表1。分別于持續暴雨結束后的2016年7月8日、7月15日和8月29日用聚四氟乙烯塑料瓶采集樣點湖面20 cm以下的表層水樣2瓶各500 mL，共采集了57個樣品，經預處理后冷藏保存。采樣前，先用采樣點處湖水清洗采樣瓶3次，避免瓶中本底的影響。

表1 采樣點位信息

1.2 分析方法

采用美國哈希DR3900可見光分光光度儀、美國瓦里安AA240FS+GTA120、上海雷磁pHS-3C、美國梅特勒分析天平AL204分析水樣的pH、余氯、NO3--N、硫化物、化學需氧量(COD)、SS,TP，NH4+-N，Cd，Cu，Zn等指標。

2 結果與討論

2.1 磁湖水質狀況

磁湖水體的水質指標見表2。由表2可知，采樣周期內磁湖水體的水質變化范圍較大，其中TP，NH4+-N,COD為磁湖水體中的主要超標污染物。TP超標較為嚴重，3批次水樣皆未達到《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質標準；第1批次COD和NH4+-N的合格率分別為：89.47%，36.84%；第2批次分別為：42.11%，15.79%；第3批次分別為：52.63%，31.58%。pH、硫化物的變化規律為：第2批次<第1批次<第3批次。余氯、COD，NH4+-N: 第1批次<第3批次<第2批次。NO3--N，TP：第1批次<第2批次<第3批次。SS：第3批次<第2批次<第1批次。此外，由表2可知，重金屬濃度平均值表現為：Zn>Cu>Cd。另外，除個別采樣點位的Cd超出濃度限值外，其余采樣點的水質指標均滿足《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質標準，說明磁湖表層水體中存在輕度的重金屬污染[11-12]。

表2 磁湖水體的水質指標

續表

2.2 磁湖水質時空分布特征

2.2.1非金屬指標時空分布特征

非金屬指標的時空分布如圖1所示。pH、硫化物的濃度整體變化一致，且南湖的第1，2批次水樣的各指標變化不大，第3批次明顯增大；北湖各采樣點的硫化物濃度差異較大，而第3批次除N-8，N-9，N-10比較平穩外，其余各采樣點的pH幾乎保持在同一水平，表明磁湖水質的pH在經過水位回降之后趨于平穩，而高pH值可以引起沉積物中的磷溶解和向湖水中釋放[13]，這也與本次所測得TP含量較高相佐證。NO3--N和TP濃度在時空分布上表現出較高的一致性，其在第3批次樣點N-6和S-7中出現突增，這與周圍居民以磁湖水作為日常洗衣用水并使用含磷含氮的清潔劑相關。另外，可能由于強降雨的沖淋與湖水漫上周邊植被，使土壤中的氮磷元素浸出造成。

3批次各采樣點COD濃度無較大差異，且表現為：第1批次<第2批次<第3批次，可能是暴雨攜帶的有機物使COD值升高而水體自凈能力不夠而導致此現象。余氯含量較低，但第2批次水樣明顯高于第1批次與第3批次。

(a) pH

(b) 余氯

(c) NO3--N

(d) 硫化物

(e) SS

(f) COD

(g) NH4+-N

(h) TP

2.2.2重金屬時空分布特征

金屬指標的時空分布如圖2所示。Zn和Cd的時空分布差異較大，除個別采樣點的Cd超出限值外，其余都達到了《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ類水質標準。Cu的分布較為均勻，除第3批次3個點位(N-4，N-6，N-8)濃度增大以外，其余采樣點在3個采樣周期均無較大差異，推測可能是有新的污染物排放出現。Zn的分布差異較大，主要在北湖含量較高，且在N-10點出現了最大值，南湖平均濃度較北湖低且少數樣品檢出。Cd除S-1，S-4，S-5的含量出現激增外，其余數據都處在較低濃度水平[14]。

(a) Cu

(b) Zn

(c) Cd

3 結論

磁湖水體呈富營養化，除TP，NH4+-N，COD超標外，Cu，Cd，Zn，pH、余氯、NO3--N、硫化物等指標的含量均符合國家地表水Ⅲ類標準(GB3838—2002)，水體偏堿性。磁湖水體中TP，NH4+-N，COD等營養元素超標較嚴重，可能主要與暴雨沖刷和湖水浸出相關。Zn在時空分布上差異性較大，Zn，Cu，Cd個別點位重金屬濃度較高，與周邊有污染物的排放相關聯。