陸小明， 李紅敏， 陳輝輝， 谷孝鴻

(1.江蘇省水文水資源勘測局， 江蘇 南京 210029；2.中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 210008；3.中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049)

“十一五”和“十二五”期間，交通部門實(shí)施了對蕪申線的升級整治。其中，南京高淳段航道整治工程按三級航道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，于2016年1月完工通航。南京高淳段航道長約61 km，其中約有8 km經(jīng)由固城湖湖區(qū)，其余經(jīng)胥河與官溪河流域。固城湖位于南京市高淳區(qū)西南部，是高淳區(qū)唯一備用的大型集中式飲用水源地，也是南京市優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)品養(yǎng)殖基地，兼具飲用、灌溉、航運(yùn)、漁業(yè)等功能，在保證當(dāng)?shù)鼐用裆钣盟⑸鐣?jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境平衡等方面起著舉足輕重的作用[1]。

蕪申線高淳段整治工程雖然在施工過程中采取了相應(yīng)的水生態(tài)保護(hù)措施，但航道疏浚、河岸帶整治等改變了河道和固城湖原有的生境，不可避免對河道和固城湖原有的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；蕪申線航道等級提升后，船運(yùn)的頻度和強(qiáng)度增加，隨著通航后運(yùn)量的大幅度增長，也必然會產(chǎn)生增加大量的環(huán)境污染，一些污染負(fù)荷會直接或間接污染河道和固城湖水質(zhì)；船運(yùn)的頻度和強(qiáng)度的增加所引起的含油廢水排放增加，以及船舶溢油事故風(fēng)險增加成為固城湖水源地安全的重要威脅?？梢灶A(yù)見，航道整治通航對固城湖水源地的水質(zhì)和生態(tài)安全將產(chǎn)生一定的影響。

針對固城湖水質(zhì)和富營養(yǎng)化問題的研究報道中，曾慶飛等[2]于2009年對固城湖湖區(qū)及上下游河道的水質(zhì)進(jìn)行了調(diào)查分析，認(rèn)為固城湖湖區(qū)水質(zhì)好于上下游河道，處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。李濤等[3]對2001—2011年固城湖的特征污染物及污染來源進(jìn)行了探討，谷先坤[4]等于2012—2013年分析了固城湖及其出入湖河道的水質(zhì)時空分布特征。上述研究主要集中在2013年之前對固城湖水質(zhì)狀況的評估，缺少對當(dāng)下固城湖及其出入湖河道的水質(zhì)時空變化特征分析，尤其是蕪申線高淳段通航以來固城湖水環(huán)境的變化及演變趨勢尚不明確。

因此，筆者根據(jù)2015—2018年固城湖湖泊調(diào)查數(shù)據(jù)和所搜集到的2009—2018年固城湖水質(zhì)監(jiān)測資料，分析2016年蕪申線高淳段通航前后固城湖湖區(qū)及主要出入湖河道水質(zhì)的時空分布特征與富營養(yǎng)化水平，以期為固城湖的水環(huán)境健康和水源地保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)設(shè)置

本次調(diào)查共設(shè)置了12個采樣點(diǎn)，具體位置見圖1。官溪河入湖口(官進(jìn))1#，漆橋河入湖口(漆進(jìn))2#，胥河出湖口(胥出)3#，固城湖湖區(qū)(湖區(qū))：4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#。

圖1 固城湖及蕪申線各區(qū)域采樣點(diǎn)位分布

1.2 樣品采集與分析

采用卡爾森指數(shù)法[6]對固城湖進(jìn)行營養(yǎng)狀態(tài)評價。并采用0～100的一系列連續(xù)數(shù)字對固城湖水體富營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行分級(表1)。

2 結(jié)果與討論

2.1 固城湖水質(zhì)時空變化特征

圖2顯示了固城湖湖區(qū)及主要出入湖河道的總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮、CODMn、懸浮物(SS)及透明度(SD)2015—2018年度變化趨勢。從整體來看，TN濃度為漆進(jìn)>官進(jìn)>胥出>湖區(qū)。除2018年1月份之外，固城湖湖區(qū)TN的濃度變化范圍為0.81～1.25 mg·L-1，為Ⅲ～Ⅳ類水質(zhì)，變化趨勢與官溪河和漆橋河進(jìn)水變化趨勢相一致，說明湖區(qū)TN主要受到進(jìn)水河道官溪河和漆橋河TN的影響。從不同季節(jié)上看，湖區(qū)TN夏季較低，水質(zhì)較好，而秋季和冬季較高，水質(zhì)較差。湖區(qū)TN濃度的最高值出現(xiàn)在2018年1月份，達(dá)2.47mg·L-1，此時漆橋河TN濃度也達(dá)到了近3年的最大值，兩者趨勢一致，表明湖區(qū)TN濃度的升高與漆橋河進(jìn)水河道TN濃度的升高有直接關(guān)系。除2017年10月份之外，固城湖湖區(qū)TP濃度基本小于0.05 mg·L-1，為Ⅲ類，而進(jìn)出水河道水質(zhì)明顯劣于湖區(qū)水質(zhì)。從整體來看，TP濃度為漆進(jìn)>官進(jìn)>胥出>湖區(qū)，且季節(jié)變化趨勢較為一致，可以看出湖區(qū)TP主要來源于漆橋河和官溪河進(jìn)水。2017年10月份湖區(qū)及出入湖河道TP濃度同時升高，均高于0.2mg/L，可能由于該月份降水較多，2017年10月份固城湖水位達(dá)10.17 m，雨水沖刷導(dǎo)致附近農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及養(yǎng)殖廢水等高含磷污水過量進(jìn)入河道，進(jìn)而導(dǎo)致湖區(qū)TP含量升高。研究發(fā)現(xiàn)固城湖湖區(qū)氮磷主要來源為水產(chǎn)養(yǎng)殖及農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染氮磷輸移[7-8]，秋冬季節(jié)一般為河蟹養(yǎng)殖的收獲期，排放養(yǎng)殖尾水增加，致使氮磷濃度升高。當(dāng)前，氮磷仍是固城湖的主要污染物。

表1 水質(zhì)類別與評分值

圖2 固城湖流域水體主要理化因子時空變化(2015—2018年)

氨氮是水體中的耗氧污染物之一，也是藻類和水生植物可以直接吸收利用的形態(tài)氮，可導(dǎo)致水富營養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生[9]。固城湖湖區(qū)及其出入湖河道氨氮濃度均小于1 mg·L-1(Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))，表明氨氮不是固城湖的主要污染物；氨氮變化趨勢和TN相似，湖區(qū)氨氮污染物的主要來源仍然是官溪河和漆橋河進(jìn)水，其濃度大小依次為漆進(jìn)>官進(jìn)>胥出>湖區(qū)。官溪河、漆橋河進(jìn)水氨氮濃度在秋冬季節(jié)會明顯升高。固城湖流域氨氮主要來源為養(yǎng)殖池塘養(yǎng)殖尾水的排放[7]，因此，秋冬季養(yǎng)殖尾水排放增加是造成這兩個季節(jié)官溪河、漆橋河進(jìn)水氨氮迅速升高的主要原因。固城湖湖區(qū)CODMn濃度整體低于6 mg·L-1(Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))，從固城湖主要進(jìn)水和出水河道看，漆進(jìn)>官進(jìn)>胥出>湖區(qū)，且變化趨勢較為一致，說明湖區(qū)主要高錳酸鹽污染物來源于漆橋河和官溪河進(jìn)水。

懸浮物(SS)濃度，漆進(jìn)>官進(jìn)>胥出>湖區(qū)，季節(jié)變化趨勢整體較為一致，而胥河出口波動較大，可能與當(dāng)?shù)剡M(jìn)行河道擴(kuò)展和橋梁施工有關(guān)。2017年后，湖區(qū)SS濃度有升高的趨勢，這可能與2017年航道船只流量的增加有關(guān)，航運(yùn)增加會引起水體擾動，影響懸浮物的濃度。最后，透明度(SD)指標(biāo)顯示了湖區(qū)水體的透明度明顯高于其出入湖河道，但隨季節(jié)波動較大，冬春季節(jié)透明度高于夏秋季節(jié)，可能是夏秋季節(jié)水體中浮游生物大量繁殖，從而導(dǎo)致透明度較低。

2.2 固城湖營養(yǎng)狀態(tài)評價

針對固城湖水環(huán)境狀況，富營養(yǎng)化狀況評價指標(biāo)選用葉綠素a(Chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn) 5項(xiàng)參數(shù)。固城湖及其主要出入湖河道的營養(yǎng)狀態(tài)見表2。2015—2018年湖區(qū)營養(yǎng)狀態(tài)均處于中營養(yǎng)水平，而官溪河、漆橋河、胥河基本處于輕度富營養(yǎng)水平，可見出入湖河道的富營養(yǎng)化程度高于湖區(qū)，可能與這些區(qū)域受到人類影響程度較大有關(guān)。當(dāng)前，固城湖及其出入湖河道總體上呈現(xiàn)中營養(yǎng)-輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，與2009年相比(總體處于輕度富營養(yǎng)-中度富營養(yǎng)化狀態(tài))，固城湖水質(zhì)趨向好轉(zhuǎn)?？梢?，在短期范圍內(nèi)，水位調(diào)控沒有對固城湖總體水質(zhì)造成不利影響，而近年來固城湖營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)有所降低是否與水位抬升有關(guān)，還有待后續(xù)更大時間尺度和更多數(shù)據(jù)的支持分析。

3 結(jié)論與建議

2015—2018年固城湖湖區(qū)水質(zhì)較好，處于中營養(yǎng)水平，主要出入湖河道水質(zhì)劣于湖區(qū)水質(zhì)，處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，氮磷仍是固城湖的主要污染物。航運(yùn)及沿岸人類活動對流域水質(zhì)產(chǎn)生一定程度的負(fù)面影響，河道是湖區(qū)污染物的主要來源。從湖區(qū)綜合營養(yǎng)狀態(tài)來看，蕪申線高淳段整治通航短期內(nèi)沒有對固城湖總體水質(zhì)造成不利影響。

綜上所述，蕪申線高淳段整治通航給固城湖水

表2 固城湖及其出入湖河道2015—2018年富營養(yǎng)化指數(shù)

質(zhì)特征帶來新的變化，因此基于生態(tài)保水、污染物控制和水源地安全，建議進(jìn)一步控制河道周邊氮磷等污染物的排放；保證航運(yùn)的同時，應(yīng)適時開放船閘閘口，增加上游水體流量，加快湖區(qū)水體交換速率；在夏季持續(xù)高溫天氣和秋季河蟹養(yǎng)殖區(qū)排放養(yǎng)殖尾水時，密切監(jiān)控固城湖湖區(qū)尤其是水源地取水口附近的水質(zhì)變化情況，及時調(diào)水以增加固城湖水環(huán)境容量，避免突發(fā)污染事件的發(fā)生，保障固城湖水源地安全。