蘇 蕊，蘇 濤，何沛洋，張 洋

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

1 引言

1.1 南長河、雙紫支渠和轉(zhuǎn)河的情況概述

南長河、雙紫支渠、轉(zhuǎn)河是北京內(nèi)城六海的上游水系，如圖1所示，肩負(fù)向首都核心六海水域輸水的重任，水質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到六海水域的水體情況，其富營養(yǎng)狀況也直接影響著六海的水體富營養(yǎng)化水平。南長河水面面積28.84 萬m2，河道長5.06 km，平均水深2.15 m，庫容13.2 萬m3；雙紫支渠水面面積2.33 萬m2，河道長2.45 km，平均水深0.92 m，庫容1.12 萬m3；轉(zhuǎn)河水面面積5.58 萬m2，河道長3.7 km，平均水深2.66 m，庫容20.4 萬m3。

圖1 北京市河湖水域分布

其中，南長河公園、紫竹院公園、北京動物園和北京北站坐落于河道間，因此南長河、雙紫支渠、轉(zhuǎn)河（以下簡稱上游水系）擔(dān)負(fù)著親水游玩、景觀綠化的重要作用。此外，它又承擔(dān)供水、防汛、通航的功能，因此上游水系的地理位置和功能的重要性使得其水體質(zhì)量成為市民關(guān)注的焦點。

1.2 研究上游水系的目的及意義

河湖是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，自古以來，人類擇水而居，水在人類發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮不可磨滅的作用。然而，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動，上游水系發(fā)生不同程度的水環(huán)境問題。此外，它承載著為首都核心區(qū)輸水的重任，是北京中央城區(qū)水源的重要通道，河道間坐落有北京著名旅游景區(qū)，因此它在北京的發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮著不可估量的作用。筆者希望通過分析上游水系的水體富營養(yǎng)化程度，提出改善水質(zhì)情況的方法，為預(yù)防首都核心區(qū)的水質(zhì)惡化提供指導(dǎo)性建議。

1.3 上游水系目前存在的水環(huán)境問題

1.3.1 排污導(dǎo)致的水體污染

其主要體現(xiàn)在以下4 個方面：①排水集團(tuán)污水管線出現(xiàn)堵塞或其他問題，造成突發(fā)性的排污事件，影響水體質(zhì)量；②城市排水管線仍存在雨污合流情況，當(dāng)雨強(qiáng)較大時，導(dǎo)致污水溢流入河道；③雙紫支渠周邊老舊平房區(qū)較多，排水設(shè)施不完善，市民節(jié)水護(hù)水意識淡薄，將日常生活污水隨意傾倒雨水篦子中，使污水流入河道；④河道周邊商戶較多，環(huán)境保護(hù)意識不強(qiáng)，存在偷排污水的情況。

1.3.2 水生植物衰亡

上游水系在河道建設(shè)時設(shè)有水生植物種植槽，以種植蘆葦?shù)韧λ退参餅橹?，通過根部吸收水體中氮、磷等營養(yǎng)鹽，從而起到凈化水質(zhì)并美化河道景觀作用。但是，經(jīng)過超過10 a時間，部分區(qū)域水生植物已死亡，未進(jìn)行補(bǔ)植。

1.3.3 非法捕魚，破壞水體生物鏈

城市河湖水體中魚類多為鰱鳙魚，經(jīng)研究表明鰱鳙魚能夠有效地濾食水中浮游生物和藻類，對水草的生長也有一定的控制作用，同時能夠有效降低水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)水質(zhì)酸堿度，對水體有一定的凈化作用［1］。由于上游水系屬于開放型河道，存在市民夜間投放地籠捕捉水生動物的情況，嚴(yán)重破壞了水體生物鏈。

2 上游水系生態(tài)系統(tǒng)分析

2.1 水體富營養(yǎng)化狀態(tài)分析

水體富營養(yǎng)化是指在自然因素和人類活動的影響下，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊、河流、水庫等緩流水體中，引起藻類等其他浮游生物迅速繁殖，水體中溶解氧含量下降，導(dǎo)致水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。水體富營養(yǎng)化分析就是通過與湖泊營養(yǎng)狀態(tài)有關(guān)的一系列指標(biāo)與指標(biāo)間的相互關(guān)系，對湖泊的營養(yǎng)狀態(tài)作出定量判斷，并通過它預(yù)測其水體的發(fā)展趨勢［2］。

為全面了解上游水系水體富營養(yǎng)化的情況，在2020年4—10月，選取南長河白石橋、雙紫支渠三虎橋、轉(zhuǎn)河京包橋3個點位，進(jìn)行周期性監(jiān)測水體的水溫、透明度（SD）、pH 值、溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）和葉綠素a（Chla）共9 項數(shù)值，采取綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法對上游水系水體富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行評價和分析。

2.2 水溫、SD和pH值分析

上游水系4 月與10 月的水溫相接近（僅相差0.76 ℃），7 月水溫最高，平均為21.45 ℃，5 月與9 月是季節(jié)過渡期。表面水溫在20 ℃以上的月份有5個（5—9 月），但均不高于28 ℃，應(yīng)當(dāng)在6—8 月加強(qiáng)對水體的關(guān)注程度，采取預(yù)防措施，控制水體中水生生物的生長。上游水系水體的SD 值在7 月有一個明顯的下降趨勢，但總體情況良好，平均為122 cm。

上游水系pH 值變動在7.7~8.7，平均為8.32，水體較穩(wěn)定處于偏弱堿性狀態(tài)。但研究發(fā)現(xiàn)一些藻類在高pH值條件下可以很好生長，是藻類光合作用吸收水中二氧化碳、放出氧氣所致，這一點對防止水體富營養(yǎng)化十分不利。

具體指標(biāo)數(shù)值詳見表1，變化趨勢如圖2—4所示。

表1 上游水系的水溫、SD和pH值

圖2 上游水系水溫變化

圖4 上游水系pH值變化

2.3 DO、CODMn、BOD5、NH3-N、TN、TP和Chla分析

2.3.1 DO

DO是水體中絕大多數(shù)生物體生存的必要條件。水體中的DO 含量與水溫、有機(jī)物含量及藻類光合作用強(qiáng)度有很大的聯(lián)系，當(dāng)水體受到有機(jī)物污染，耗氧情況就會嚴(yán)重，DO 得不到及時補(bǔ)充，水體中的厭氧成分就會快速繁殖，有機(jī)物因腐敗而使水體變黑、發(fā)臭造成水體污染，因此DO 成為反映水體污染程度重要指標(biāo)之一［3］。上游水系2020 年4—10 月DO含量為6.5~9.2 mg/L，平均為7.94 mg/L。從DO 變化趨勢來看，水中DO 隨著水溫升高而下降，DO 的季節(jié)變化性相對較強(qiáng)，但差異不大。

2.3.2 CODMn

富營養(yǎng)化水體中強(qiáng)烈的光合作用生成了大量有機(jī)物，使水體的CODMn明顯增高。CODMn的變化趨勢與藻類生長相呼應(yīng)，在夏季高溫藻類繁殖旺盛時期達(dá)到峰值。上游水系CODMn變化范圍為2.9~9.8 mg/L，平均為4.63 mg/L，在8月達(dá)到最大值9.7 mg/L。當(dāng)數(shù)值超過4 mg/L時，表示水體已經(jīng)不同程度地受到有機(jī)物的污染，從2020年數(shù)據(jù)看，在7—9月應(yīng)當(dāng)引起重視。

2.3.3 BOD5

BOD5是水體中微生物分解有機(jī)物的過程消耗水中的DO 的量。BOD5是衡量水體中動物和植物多少的一個重要指標(biāo)，上游水系不同月份BOD5在1.9~4.4 mg/L，差異較小，在8月達(dá)到峰值。

2.3.4 NH3-N

NH3-N 是水體中的營養(yǎng)素，可導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生，是水體中的主要耗氧污染物，對魚類及某些水生生物有毒害［4］，是反映水體污染程度指標(biāo)之一。上游水系2020年NH3-N指標(biāo)在0.1~0.2 mg/L，差異小，比較穩(wěn)定。

2.3.5 TN

2020年上游水系TN含量在1~1.5 mg/L變動，平均為1.25 mg/L。最高值出現(xiàn)在7 月，為1.49 mg/L。根據(jù)中國湖泊水庫營養(yǎng)分類指標(biāo)，TN大于0.2 mg/L，屬于富營養(yǎng)水體，上游水系TN含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.2 mg/L。

2.3.6 TP

2020年上游水系TP含量在0.01~0.06 mg/L變動，平均為0.03 mg/L。最高值出現(xiàn)在7月，為0.06 mg/L。根據(jù)中國劃分湖泊營養(yǎng)類型的指標(biāo)，TP大于0.03 mg/L，屬于富營養(yǎng)水體，上游水系TP 含量在0.03 mg/L 左右波動，屬于富營養(yǎng)化水體。

2.3.7 Chla

Chla 是反映水體中浮游藻類生物量的綜合指標(biāo)。上游水系Chla 含量在0.003 5~0.016 mg/L，平均為0.008 3 mg/L。峰值出現(xiàn)在7 月，為0.015 8 mg/L。有關(guān)資料表明，Chla 的含量大于0.01 mg/L，為富營養(yǎng)化水體。6—7 月溫度逐漸升高時，需加強(qiáng)對水體Chla的監(jiān)測。

具體指標(biāo)數(shù)值詳見表2，變化趨勢如圖5—11所示。

表2 北京城區(qū)河湖的化學(xué)指標(biāo) mg/L

圖5 上游水系DO變化

圖6 上游水系CODMn變化

圖7 上游水系BOD5變化

圖8 上游水系NH3-N變化

圖10 上游水系TP變化

圖11 上游水系Chla變化

2.4 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)是根據(jù)參數(shù)在評價過程中所占的不同權(quán)重來進(jìn)行計算，這種方法更加強(qiáng)調(diào)了超標(biāo)項目的影響作用。通過權(quán)重的作用，其評價結(jié)果比傳統(tǒng)方法更準(zhǔn)確，這也更加能夠反映上游水系水體的實際富營養(yǎng)化狀況。影響水體富營養(yǎng)化狀態(tài)的因素很多，筆者采用CODMn、TP、TN、Chla 和SD 5 個營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來評價上游水系水體富營養(yǎng)化狀態(tài)［5］。

2.4.1 綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式

綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式為：

式中：TLI（∑）為綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；Wj為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的相關(guān)權(quán)重；TLI（j）為第j種參數(shù)的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)；m為富營養(yǎng)化評價的參數(shù)個數(shù)。

以Chla 作為基準(zhǔn)參數(shù)，則第j種參數(shù)的歸一化的相關(guān)權(quán)重計算公式為：

式中：rij為第j種參數(shù)與基準(zhǔn)參數(shù)Chla的相關(guān)系數(shù)；m為評價參數(shù)的個數(shù)。

中國湖泊（水庫）的Chla 與其他參數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)rij及rij2，詳見表3。

表3 中國湖泊（水庫）部分參數(shù)與Chla的相關(guān)關(guān)系［6］

其計算公式分別為：

式中：SD單位為m，其他指標(biāo)單位均為mg/L。

2.4.2 湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)分級

采用0~100的一系列連續(xù)數(shù)字對湖泊（水庫）營養(yǎng)分級，營養(yǎng)類型劃分范圍詳見表4。

表4 中國湖泊（水庫）營養(yǎng)狀態(tài)分級

水體營養(yǎng)狀態(tài)分級劃分為貧養(yǎng)型、中養(yǎng)型以及富養(yǎng)型，富養(yǎng)型又分為輕度富營養(yǎng)、中度富營養(yǎng)及重度富營養(yǎng)。貧養(yǎng)型是表示水體中植物性營養(yǎng)物質(zhì)濃度較低的一種狀態(tài)，其特點是水體清澈透明、DO 含量較高，水中生物生產(chǎn)力水平較低；富營養(yǎng)型是表示水體中透明度下降，DO含量較低，氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)濃度較高；中營養(yǎng)型是介于貧營養(yǎng)型和富營養(yǎng)型之間的過渡狀態(tài)。

2.4.3 水體富養(yǎng)狀態(tài)評價結(jié)果

利用2020 年4—10 月水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，計算得出各月水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)數(shù)值。以4 月監(jiān)測數(shù)值為例，計算出各營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)數(shù)值，詳見表5。對上游水系目前水體營養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行了評價，結(jié)果詳見表6。由表6 可以看出，4、7 月TLI（∑）高于50，屬于輕度富營養(yǎng)化程度；5—6、8—10月TLI（∑）均低于50，屬于中營養(yǎng)化程度，水體質(zhì)量較好，但不能放松警惕，還是要在7 月加強(qiáng)監(jiān)控，以免當(dāng)光照增強(qiáng)水溫升高時發(fā)生水環(huán)境問題。

表5 以4月監(jiān)測數(shù)值為例計算各營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)數(shù)值

表6 上游水系4—10月水體富營養(yǎng)狀態(tài)評價

3 上游水系水體治理對策與建議

通過分析2020 年上游水系情況發(fā)現(xiàn)，其總體水質(zhì)趨于良好，在4、7月水體處于輕度富營養(yǎng)狀態(tài)，但仍需加強(qiáng)監(jiān)督和管控，以免造成水質(zhì)惡化。針對河道存在的問題和水質(zhì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對于如何改善上游水系水質(zhì)提出以下建議。

（1）加強(qiáng)排污治理工作，督促排水集團(tuán)加強(qiáng)產(chǎn)權(quán)管線的日常檢查工作，避免出現(xiàn)因堵塞等管線原因?qū)е碌奈鬯牒游廴竞拥浪w現(xiàn)象。對雨污合流管線可采取工程措施，改造排污管線，進(jìn)行雨水、污水排放系統(tǒng)的分流改造升級，有效降低雨中污染物入河的總量。

（2）借助河長制、聯(lián)合執(zhí)法等措施，依法依規(guī)對違法排污、私排亂排等問題加大處罰力度，起到警示作用。

（3）目前南長河、轉(zhuǎn)河已經(jīng)列為全年禁漁，應(yīng)加強(qiáng)與區(qū)農(nóng)業(yè)執(zhí)法大隊的日常聯(lián)絡(luò)，加強(qiáng)對違法行為的處罰，有效保障河湖生態(tài)環(huán)境。

（4）加大宣傳教育力度，提高人們特別是老舊小區(qū)、臨河商販和公園區(qū)域內(nèi)游客的環(huán)保意識，自覺保護(hù)水生態(tài)，不亂倒生活污水和垃圾，不損壞綠化植被等。

（5）目前上游河道中均有水草生長，如輪藻、金魚藻等沉水植物，日常維護(hù)中應(yīng)控制好水草高度，保障整體效果，如清割不及時將會導(dǎo)致水草大面積死亡腐爛，死亡的沉水植物會進(jìn)行腐敗分解，將有機(jī)氮、磷重新釋放回水中，最終導(dǎo)致水體中氮磷含量會有所增高［7］。

（6）補(bǔ)植多樣性水生植物，形成良好的水生植物體系以及整體景觀效果。轉(zhuǎn)河可在原水生植物槽內(nèi)補(bǔ)植蘆葦?shù)韧λ参?，雙紫支渠建議補(bǔ)種睡蓮，南長河由于沒有水生植物槽，結(jié)合水深建議在水面中央?yún)^(qū)域安裝生態(tài)浮島，以浮島作為載體，種植挺水植物，通過水生植物根部的吸收、吸附以及根系分泌等作用，消減水體中的氨、磷和有機(jī)污染物，使水質(zhì)得到改善。水生植物的選擇主要考慮根系較發(fā)達(dá)、景觀效果較好的種類，可選擇美人蕉、旱傘草、千屈菜、水蔥等品種。

4 結(jié)語

通過對上游水系水體周期性的監(jiān)測，掌握了其目前水質(zhì)特征和營養(yǎng)化指標(biāo)變化情況。結(jié)合現(xiàn)狀，提出了6 點建議來有效緩解水體中營養(yǎng)物質(zhì)濃度。在實際應(yīng)用中，多項措施還需恰當(dāng)組合，做到預(yù)防為主、防治結(jié)合。在不斷的探索研究中，對上游水系的水質(zhì)改善工作一定能夠取得非常理想的效果，以此來保障下游核心區(qū)的水環(huán)境安全。