灞陵河許昌市區段富營養化現狀調查研究

徐永新，張 瑞

(許昌學院 城市與環境學院，河南 許昌 461000)

水體富營養化是生物所需的氮、磷等營養物質大量進入河流，營養物質堆積引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，導致水體溶解氧下降、透明度下降、水質惡化[1].目前，水體富營養化研究主要集中在水體營養化的污染源[2]、水環境因子的時空變化特征及人類影響[3]等，采用單因子評價指數法[4]、綜合營養指數法[5]、主成分分析法等方法[6]對湖泊、水庫、河流的富營養化進行研究.灞陵河是許昌過境河流之一，而許昌市區的水體富營養化卻鮮有報道，因此對許昌市的水體富營養化進行研究，為許昌市景觀水體的質量監測和控制提供參考.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

研究以灞陵河流經許昌市的區段為采樣點，分別依據河流自然形態、流經的區域位置、經過橋梁分布以及周邊居民區環境等多種因素來確定采樣點，設置的25個采樣點如表1所示.在樣品采集過程中，用采集河水清洗塑料瓶五次，然后在水面下10 cm處采集兩瓶水樣，其中一瓶作為平行樣，共采集50瓶水樣.水樣采集后貼好標簽，立即帶回實驗室存放冰箱.因為葉綠素a見光易分解，所以應避光保存，在48 h內完成測試.其他指標也需要盡快測試.

表1 采樣點具體位置一覽表

1.2 樣品測試

研究確定TP、TN、a(Chl-a)、SD、CODMn五項指標評價灞陵河許昌市區段的富營養化狀況，其中TN、TP含量測試采用分光光度法，SD含量測試采用塞氏盤法，a(Chl-a)含量測試采用丙酮研磨-比色法，CODMn含量測試采用高錳酸鉀滴定法[7].

1.3 富營養化評價方法

研究采用綜合營養狀態指數法，通過計算葉綠素a與其他指標的相關權重，計算綜合得分，對照分級標準判斷富營養化狀況[8，9].

綜合營養狀態指數法計算公式為

(1)

式中，TLI(Σ)為綜合營養狀態指數，TLIj為第j種參數的營養狀態指數，Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重.

以Chl-a作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重計算公式為

(2)

計算完成后，對照分級標準[8]，評價富營養化狀態.

2 灞陵河許昌市區段水體富營養化現狀分析

2.1 富營養化單因子評價

依據TN、TP、CODMn三個指標的濃度，采用單因子評價法對灞陵河許昌市區段的水體富營養化進行分析.

2.1.1 TN指標濃度

11個采樣點的TN濃度屬于Ⅳ類水質，5個采樣點的TN濃度屬于Ⅴ類水質.10號(灞陵路灞陵橋)、11號(潁川橋加氣站)、12號(吳莊社區東)、24號(三橋村)、25號(東黃莊東北角)的濃度超過了Ⅴ類水質的上限，屬于劣Ⅴ類水質，24號TN濃度最高為2.80 mg/L.

2.1.2 TP指標濃度

22個采樣點的TP濃度屬于Ⅱ類水質；5號(天寶西路與天寶路交叉路口)、8號(延安橋)的TP濃度<0.20 mg/L，屬于Ⅰ類水質；17號(瑞祥路與灞陵路交叉路口東)濃度最大，TP為0.11 mg/L，屬于Ⅲ類水質.

2.1.3 CODMn指標濃度

CODMn指數變化的幅度最小，大多屬于Ⅱ類水質.24個采樣點的濃度均在2.00～4.00 mL，屬于Ⅱ類水質；只有一個25號(東黃莊東北角)濃度為4.24 ml>4.00 ml，屬于Ⅲ類水質.

TN與其他兩項指標相比，TN多數屬于Ⅳ類水質，其他兩項指標多屬于Ⅱ類水質；總氮濃度有五個采樣點屬于劣Ⅴ類水質，總磷和高錳酸鹽指數僅有一個采樣點屬于Ⅲ類水質，其余都是Ⅱ類或Ⅰ類.綜上所述，灞陵河許昌市區段的氮污染比較嚴重.

2.2 綜合營養狀態指數評價

運用綜合營養狀態指數法對25個采樣點進行評價，結果如表2所示.根據評價結果對綜合營養狀態指數的得分進行排序，并且參照營養狀態進行分級[8].各采樣點綜合營養狀態的平均值為44.05，表明灞陵河許昌市區段目前處于中營養狀態，水質評價為良好.其中，穎川橋加氣站的TLI(Σ)超過了50，屬于富營養狀態；其余采樣點的TLI(Σ)均在35.94～49.13之間，屬于中營養狀態.各采樣點的TLI(Σ)差別不大，均在可控范圍內，表明各采樣點的污染程度相差不大.TLI(Σ)無極高或極低值，表明灞陵河周邊無高排放、高污染企業.

表2 灞陵河許昌市區段營養狀態評價結果

采樣點是由北到南，根據灞陵河的流向進行編號，即較小編號在偏上游地區，較大編號在偏下游地區.由表3可知，11號的穎川橋加氣站屬于富營養狀態，經過周邊調查發現原因有兩個：(1)11號位于河流中游，又位于八一西路與許繼大道兩條主要干道之間，加氣站同時也是車輛的聚集處，車流量大、人類活動頻繁；(2)穎川橋是位于灞陵河的河灣處，以此為節點，自東北向西南流向變成自北向南流向，河灣處凸岸堆積，取得的水樣中各個指標的濃度因為堆積而升高，所以穎川橋屬于富營養化狀態.

TLI(Σ)在45～50之間的采樣點，編號都偏大(中下游)；TLI(Σ)小于45的采樣點編號都偏小(上游).表明灞陵河的中下游比上游污染嚴重，從衛星地圖中觀察可知，灞陵河的中下游位于許昌市區內，市區與鄉村不同，市區工業化程度高、建筑物密集、污染物來源多，人類對環境的影響較大，所以市區河流容易污染；并且河流大概有10米的地勢落差，中上游流速較快；下游趨于平穩，流動性差，污染物質在下游沉積下來，導致各項指標升高.按照綜合營養狀態指數法計算出綜合得分的折線圖(圖1).

圖1 綜合營養狀態指數法評價結果

需要指出的是：(1)從23號南環西路清泥河中橋之后，河流從市區流向鄉村，理論上23、24、25三個采樣點的TLI(Σ)應該小于22號采樣點，但是23號南環西路清泥河中橋、24號三橋村和25號東黃莊東北角均大于22號.采集水樣時發現，23號與24號采樣點之間正在修建橋梁，由于處于施工階段，河流暫時被泥沙堵住，兩側透明度明顯下降；并且，修建橋梁需要大量的原材料與人力，所以施工地區來往車輛增多，人類活動較之前頻繁，造成此段河流總氮、總磷含量稍多；石灰、沙子等原材料在岸邊堆放，許昌春天多大風，風力作用把建筑原材料帶入河流，最終TLI(Σ)的數值增高，導致23～25采樣點的富營養化程度較高.

(2)14號灞陵橋景區南側TLI(Σ)大于15、16號采樣點的TLI(Σ).經過實地調查發現，原因有兩個：①灞陵河從灞陵橋景區內部穿過，景區人流量多，特別是春、夏季，采樣期間正是春季，游客數量較多，可回收垃圾和食品類垃圾大量產生，所以TLI(Σ)較高.②14號采樣點附近有一條小溪匯入灞陵河，小溪幾乎不流動，水質較差、顏色發黑、水體發臭.沿小溪調查發現，小溪北側的村莊周圍有油漆味，可能是化工廠的廢水排入小溪，小溪與灞陵河交匯處水質較差，導致TLI(Σ)的數值升高.

3 影響灞陵河許昌市區段水體富營養化現狀原因探討

導致水體富營養化的原因有許多，例如總氮、總磷濃度增高，透明度降低等，導致水體質量發生變化.采用主成分分析法，將多個水體富營養化的指標聚焦為具有代表性的主要指標，確定研究區河流富營養化的主控因子.主控因子見表3.根據特征值和方差貢獻率，把特征值大于1，方差貢獻率較大的幾個成分確定為主成分，分析各指標與主成分之間的相關性，確定污染因子.

表3 主成分載荷

可以看出，第一主成分是氮磷營養物質，氮磷物質的來源有多種，正常情況下來源于自然元素循環過程.異常增多則可能是由人類一系列的生產活動造成的，主要原因包括汽車排放的尾氣中含有氮氧化合物，周邊農田中農藥、化肥的過量使用，生活垃圾中的營養物質進入河流，河流底泥中富含營養物質.

第二主成分是懸浮物.水體中的懸浮物是水體渾濁的主要原因，如果不加以處理，還會阻擋光線，影響水生植物的光合作用.通過實地調查發現，河段水體懸浮物的來源是周邊正在施工的工程，主要是地面垃圾，以及河流中的藻類.

4 結語

以灞陵河許昌市區段為研究對象，對25個采樣點的五項指標(TN、TP、SD、CODMn、Chl-a)進行水體富營養化評價，并且對影響該河段水質因子進行探討.研究發現：11個采樣點的屬于Ⅳ類水質，22個采樣點的屬于Ⅱ類水質，24個采樣點的CODMn屬于Ⅱ類水質；灞陵河許昌市區段綜合營養狀態指數均值是44.05，處于中營養狀態.灞陵河上游富營養化程度低，中下游由于人類活動、營養物質堆積等原因，富營養化程度比上游高.總體來說，各采樣點的TLI(Σ)不高，變化比較平穩.

研究主要在春季采集水樣，而夏季和冬季未開展.在下一步工作中，采集水樣應根據季節變化，具體探討水體污染的修復治理措施.