趙麗，蔚靜雯，邢健宇，王書航*，蔡青，鄭朔方，姜霞

1.湖泊水污染治理與生態(tài)修復(fù)技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院 2.國家環(huán)境保護(hù)湖泊污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國環(huán)境科學(xué)研究院 3.長江生態(tài)環(huán)保集團(tuán)有限公司

懸浮物是指水體中各種不同分散度的懸浮顆粒物，其粒徑變化范圍較大，既有小于0.2 μm的顆粒狀膠體，也有mm級(jí)的浮游植物、魚卵、浮游動(dòng)物、糞便顆粒和海洋雪花等[1]。水體中懸浮物濃度是評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量的重要參數(shù)，其可影響水體透明度、渾濁度、水體顏色等光學(xué)性質(zhì)，決定太陽光在水下的分布和浮游植物對(duì)光照的利用情況，從而影響水體的初級(jí)生產(chǎn)力[2-5]。此外，水體中懸浮物濃度也是衡量水質(zhì)污染程度的基本指標(biāo)之一[6]，可以作為污染物的指示劑。李正陽等[7]研究指出，各種營養(yǎng)鹽和污染物以水體中懸浮物為載體，容易引起藍(lán)藻水華暴發(fā)等嚴(yán)重生態(tài)危害。因此，對(duì)水體中懸浮物濃度的研究，有助于河流、湖泊和水庫等水體的生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

南湖(120°76′E，30°76′N)位于浙江省嘉興市東南部，水域面積約0.42 km2。南湖由運(yùn)河各渠匯流而成，上承長水塘和海鹽塘，下泄于平湖塘和長纖塘，四周地勢低平，河港縱橫。南湖是中國共產(chǎn)黨召開第一次全國代表大會(huì)的會(huì)址，是著名的紅色教育基地。近年來南湖水體氮、磷濃度和化學(xué)需氧量等水質(zhì)指標(biāo)呈下降趨勢，但水質(zhì)感官指標(biāo)——水體透明度和懸浮物濃度卻并未改善，因此，對(duì)懸浮物濃度的研究成為南湖水環(huán)境治理的重點(diǎn)。筆者在詳細(xì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對(duì)南湖及周邊水體中懸浮物時(shí)空分布特征、組成、來源進(jìn)行分析，對(duì)懸浮物濃度居高不下的原因進(jìn)行探討，并提出下一步控制的建議，以期為南湖水環(huán)境治理提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 水樣采集

針對(duì)南湖及周邊水體分布特征，在南湖主要入湖河流主干道、入湖河口、河流交叉口及東北部姚家蕩共布設(shè)56個(gè)月際采樣點(diǎn)〔圖1(a)〕，分別于2018年8月(豐水期)、2019年1月(枯水期)采集水樣；在南湖湖區(qū)布設(shè)50個(gè)加密采樣點(diǎn)〔圖1(b)〕，于2018年10月采集水樣；在南湖湖區(qū)布設(shè)3個(gè)月際采樣點(diǎn)，于2018年8月—2019年7月每月采集1次水樣。用有機(jī)玻璃采水器采集各采樣點(diǎn)表層0.5 m處水樣，同時(shí)測定水深、溶解氧(DO)濃度、pH、氧化還原電位等水質(zhì)理化參數(shù)，將采集的水樣低溫保存并送至實(shí)驗(yàn)室，48 h內(nèi)進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。

圖1 南湖及周邊水體采樣點(diǎn)分布示意Fig.1 Distribution of sampling points in Nanhu Lake and its surrounding waters

1.2 檢測指標(biāo)與方法

水體中總懸浮物(TSS)濃度采用GB 11901—89《水質(zhì) 懸浮物的測定 重量法》測定，將一定體積的水樣通過0.45 μm的濾膜，TSS濃度等于截留在濾膜上并于103～105 ℃烘干至恒質(zhì)量的固體物質(zhì)質(zhì)量與過濾水樣的體積之比；無機(jī)懸浮物(ISS)濃度的測定采用燒失量法[8]，取已烘干含懸浮顆粒物的濾膜放入馬弗爐中，于550 ℃下煅燒6 h至恒質(zhì)量后稱量，ISS濃度等于懸浮物在煅燒后剩余的質(zhì)量與過濾水樣的體積之比；有機(jī)懸浮物(OSS)濃度等于TSS濃度與ISS濃度之差。水體中總氮(TN)濃度采用GB 11894—89《水質(zhì) 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》測定，水體中總磷(TP)濃度采用GB 11893—89《水質(zhì) 總磷的測定 鉬酸銨分光光度法》測定；懸浮物中TN濃度采用大進(jìn)樣量元素分析儀(Vario MACRO cube，德國)測定，懸浮物中TP濃度采用鉬銻抗分光光度法測定，懸浮物粒徑采用激光粒度儀(Marlvern Mastersizer 2000，英國)測定；水體透明度采用塞氏盤測定，水深采用水深測定儀測定，水體DO濃度、pH和氧化還原電位采用便攜式多參數(shù)水質(zhì)測量儀測定。所有指標(biāo)均進(jìn)行3次平行測定，取平均值(誤差<5%)。相關(guān)性分析采用皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)法，空間分布采用克里格插值法(Kriging)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010、Origin 2018和SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)、繪圖與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 南湖水體主要水質(zhì)指標(biāo)狀況

2018年10月南湖水體主要水質(zhì)指標(biāo)狀況如表1所示。由表1可知，南湖水深為1.00～3.75 m，平均值為3.00 m；水體透明度為10.00～46.00 cm，平均值為24.85 cm，整體偏低；水體DO濃度為2.06～9.96 mgL，平均值為5.92 mgL，局部區(qū)域DO濃度偏低；pH為7.03～8.55，平均值為7.47，呈中性；氧化還原電位為46.5～179.0 mV，平均值為130.2 mV，具有氧化性；懸浮物中值粒徑為4.49～13.63 μm，平均值為8.01 μm；水體中TN、TP濃度平均值分別為4.32、0.25 mgL，均超過GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，處于較高營養(yǎng)鹽水平。

表1 2018年10月南湖水體主要水質(zhì)指標(biāo)狀況

圖2 南湖水體中TSS濃度月際變化Fig.2 Monthly variation of TSS concentrations in Nanhu Lake

2.2 南湖水體中TSS濃度月變化特征

2018年8月—2019年7月南湖水體中TSS濃度月際變化如圖2所示。由圖2可知，各月南湖水體中TSS濃度呈波動(dòng)變化且無明顯月際變化，3個(gè)采樣點(diǎn)TSS濃度為24.00～47.60 mgL，平均值為37.58 mgL，整體較高。5月、9月和10月TSS平均濃度均大于40 mgL，處于一年中較高水平，這可能是因?yàn)檫@3個(gè)月是南湖的旅游旺季，游客眾多，游船載客游覽活動(dòng)頻繁，對(duì)水體擾動(dòng)作用較強(qiáng)，引起底泥再懸浮，加之南湖中沒有水生植物，無法對(duì)懸浮底泥起到過濾、消浪和抑制上浮作用，從而造成水體TSS濃度較高；其余月份TSS平均濃度為28～41 mgL，其中3月最低，平均值僅為28.67 mgL。

2.3 南湖水體中TSS濃度空間變化特征

2018年10月南湖水體中TSS濃度空間分布如圖3所示。由圖3可知，南湖水體中TSS濃度為29.20～75.20 mgL，平均值為38.95 mgL。TSS濃度空間分布差異性顯著，高值主要集中在西南、東南入湖河口及其航道區(qū)域，在湖體南部和出湖口較低。入湖河口水體中TSS濃度整體較高，說明入湖河流對(duì)南湖水體中TSS的貢獻(xiàn)較大；另外，南湖水體TSS濃度還受船舶活動(dòng)的影響，航道區(qū)域TSS濃度明顯高于周邊水體。

2.4 南湖及周邊水體中TSS濃度時(shí)空變化特征

圖4 南湖及周邊水體中TSS濃度的空間分布Fig.4 Spatial distribution of TSS concentrations in Nanhu Lake and its surrounding waters

南湖及周邊水體中TSS濃度空間分布特征如圖4所示。由圖4可知，南湖及周邊水體中TSS濃度為10.00～230.67 mgL，平均值為59.08 mgL，其中2019年1月的平均值為54.88 mgL，2018年8月的平均值為64.30 mgL，差異不顯著(P>0.05)。空間分布上，西部的杭州塘、北部的蘇州塘和長纖塘、東部的平湖塘TSS濃度均高于南湖，且多個(gè)區(qū)域水體中TSS濃度大于80 mgL。究其原因，主要是西部、北部外環(huán)河網(wǎng)是京杭運(yùn)河主航道，承擔(dān)著重要的航運(yùn)任務(wù)，每天眾多船只穿梭于此運(yùn)送煤炭、水泥、石膏等物資[9]，對(duì)區(qū)域水體擾動(dòng)十分強(qiáng)烈，擾動(dòng)引起的底泥再懸浮嚴(yán)重影響水體中TSS濃度。除嘉善塘和平湖塘外，南部和東部區(qū)域水體中TSS濃度與南湖水體相差不大，為20～60 mgL，且2019年1月TSS濃度低于2018年8月，這是由于該區(qū)域航運(yùn)活動(dòng)相對(duì)較少，對(duì)水體的擾動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)低；東北部區(qū)域的姚家蕩是一個(gè)封閉型水體，水體流動(dòng)性較差，受人類干擾較小，TSS濃度最低。綜上，南湖及周邊水體中TSS濃度整體處于高水平，主要影響因素是航運(yùn)造成的水體擾動(dòng)。

3 討論

3.1 水體中懸浮物的組成與粒徑分布

水體中懸浮物的來源有外源性和內(nèi)源性2種，外源性來源主要包括地表徑流帶入到水體的細(xì)顆粒泥沙、腐屑以及投餌網(wǎng)箱的殘?bào)w等，內(nèi)源性來源主要包括浮游生物及其死后的殘?bào)w、風(fēng)浪作用下底泥的再懸浮、水生植物腐爛后的殘?bào)w[10]。由于南湖與周邊京杭運(yùn)河相通，而京杭運(yùn)河水體中懸浮物濃度遠(yuǎn)高于南湖，因此南湖水體中懸浮物受外源河流輸入影響較大，南湖水體中懸浮物內(nèi)源性來源主要以船舶擾動(dòng)引起的底泥再懸浮為主。

圖5 南湖及周邊水體中OSS、ISS與TSS濃度的相關(guān)關(guān)系Fig.5 Correlation between OSS, ISS and TSS concentration in Nanhu Lake and its surrounding waters

從組成上看，南湖及周邊水體中懸浮物以ISS為主，其濃度為2.80～210.00 mgL，平均值為41.19 mgL，在TSS中占比高達(dá)73.44%；而OSS濃度僅為4.00～37.00 mgL，平均值為11.71 mgL；南湖水體中懸浮物也以ISS為主，其在TSS中占比為55.42%～79.25%，平均值為66.80%。南湖及周邊水體中OSS、ISS與TSS濃度相關(guān)關(guān)系多元回歸曲線(圖5)表明，OSS、ISS濃度均與TSS濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，但I(xiàn)SS濃度的相關(guān)系數(shù)(R)更大，進(jìn)一步說明南湖及周邊水體中懸浮物濃度空間分布主要是由ISS濃度決定的。

為了進(jìn)一步探討南湖水體中懸浮物的特征，對(duì)南湖及周邊水體中懸浮物的中值粒徑進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，南湖周邊水體中粒徑為10～50 μm和大于50 μm懸浮物占比均值分別達(dá)38.60%和29.83%；粒徑為0～10 μm懸浮物占比均值為31.57%。而南湖水體中粒徑為0～10 μm懸浮物占比為45.24%～83.73%，均值為58.94%；粒徑為10～50 μm和大于50 μm懸浮物占比的均值相對(duì)較小，分別為20.59%和20.47%。這說明狹窄河道攜帶懸浮物來到寬闊的湖體時(shí)，大粒徑懸浮物沉降下來，但粒徑小于10 μm的懸浮物很難通過重力而沉降，因此南湖水體中懸浮物主要以細(xì)小且不易沉降的顆粒物為主。

圖6 南湖及周邊水體中不同粒徑懸浮物占比Fig.6 Proportions of different particle size of suspended solids in Nanhu Lake and its surrounding waters

3.2 水體中懸浮物濃度與TN、TP濃度關(guān)系

懸浮物是多種營養(yǎng)鹽與污染物吸附的載體，尤其是氮、磷營養(yǎng)鹽，而氮、磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要因素。南湖及周邊水體中TSS濃度與TN、TP濃度的相關(guān)關(guān)系如圖7所示。由圖7可知，南湖及周邊水體中TSS濃度與TN、TP濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)(R2)分別為0.65和0.70，其中與TP濃度的相關(guān)性更好。

圖7 南湖及周邊水體中TSS濃度與 TN、TP濃度的相關(guān)關(guān)系Fig.7 Correlation between TSS, TN and TP concentrations in Nanhu Lake and its surrounding waters

懸浮物具有吸附性，可與水體中的污染物相互作用成為其載體，在很大程度上決定著污染物在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化和循環(huán)歸宿[11-13]，這可能是導(dǎo)致南湖及周邊水體中TN、TP濃度高的重要原因之一。對(duì)南湖及周邊水體懸浮物中氮、磷濃度進(jìn)行了測定，結(jié)果如圖8所示。由圖8可知，南湖及周邊水體懸浮物中TN、TP濃度平均值分別為1 617.10、1 415.58 mgkg，均高于杭嘉湖平原區(qū)表層土壤環(huán)境背景值(TN為1 460 mgkg，TP為763 mgkg)[14]，說明懸浮物中TN、TP均有富集，且TP的富集更為嚴(yán)重。另外，通過計(jì)算可知，水體中顆粒態(tài)氮和顆粒態(tài)磷濃度分別占水體中TN和TP濃度的5.30%～17.66%和42.77%～84.85%，均值分別為10.01%和63.35%，進(jìn)一步說明懸浮物中TP富集程度較TN高。

注：圖中曲線為各采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的正態(tài)分布 曲線；橫線為各采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均值。圖8 南湖及周邊水體懸浮物中TN、TP濃度Fig.8 TN and TP concentrations in suspended solids in Nanhu Lake and its surrounding waters

與國內(nèi)其他湖泊水體中TSS濃度進(jìn)行對(duì)比(表2)，發(fā)現(xiàn)南湖水體中TSS濃度平均值既高于城市湖泊(武漢東湖和無錫蠡湖)，又高于天然湖泊(鄱陽湖、梁子湖和洪湖)，且與典型富營養(yǎng)化淺水湖泊太湖、巢湖相近，但與太湖、巢湖不同的是，富營養(yǎng)化湖泊中影響水質(zhì)的主要因素是藻類等有機(jī)污染物，而南湖主要受外部河道輸入無機(jī)物的影響較大。

表2 南湖與國內(nèi)其他湖泊水體中TSS濃度對(duì)比

Table 2 Comparison of TSS concentrations between Nanhu Lake and some other lakes in China mgL

表2 南湖與國內(nèi)其他湖泊水體中TSS濃度對(duì)比

湖泊名稱濃度平均值東湖[15]13.80～23.7618.72蠡湖[8]1.00～78.0017.35鄱陽湖[16]5.00～72.0023.87梁子湖[15]2.83～26.8512.41洪湖[15]2.24～25.6610.98太湖[17]11.08～85.4034.31巢湖[18]17.80～67.5342.76南湖29.20～75.2038.95

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

4.2 建議

南湖水體中懸浮物呈現(xiàn)濃度高、顆粒細(xì)和以無機(jī)物為主的特點(diǎn)，懸浮物主要受河道輸入，尤其是京杭運(yùn)河等航運(yùn)河道輸入的影響，同時(shí)湖體游船擾動(dòng)引起的底泥再懸浮也不可忽視。因此，對(duì)水體中懸浮物濃度控制應(yīng)該從清水廊道構(gòu)建、河口強(qiáng)化凈化及湖體生境改善著手，具體可結(jié)合懸浮物的空間分布，通過水量優(yōu)化調(diào)控措施，從懸浮物濃度較低的河道引水，并對(duì)水體進(jìn)行預(yù)處理，減少源頭水體進(jìn)入河道的濃度，同時(shí)在河道中構(gòu)建多級(jí)攔截與凈化系統(tǒng)，提高水體透明度，增強(qiáng)水體自凈能力，恢復(fù)清水通道功能。針對(duì)湖內(nèi)底泥再懸浮問題，可通過局部精確環(huán)保疏浚，在易受游船航行擾動(dòng)影響范圍進(jìn)行底泥的清理，將底泥上層易受擾動(dòng)的小顆粒浮泥清除，減少底泥的再懸浮；建議同時(shí)開展南湖及周邊水體生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和重建，通過水生植物恢復(fù)，加強(qiáng)草型生態(tài)系統(tǒng)的培植，構(gòu)建水下森林，對(duì)水中懸浮顆粒物起到攔截作用；另外，可采用水質(zhì)應(yīng)急凈化工程，如利用超磁分離沉淀技術(shù)，進(jìn)行快速除磷降濁，并增強(qiáng)水體流動(dòng)性，為湖內(nèi)沉水植物恢復(fù)創(chuàng)造條件。