洪桂云，羅 剛，張 瑾

(安徽建筑大學(xué) a.環(huán)境與能源工程學(xué)院;b.安徽省水污染控制與廢水資源化重點實驗室，合肥 230601)

城市水體作為具有重要功能的水體類型，一直以來都是城鎮(zhèn)居民廣泛關(guān)注的熱點，城市水體富營養(yǎng)化不僅危害當(dāng)?shù)丨h(huán)境，同時也影響著城市的形象，其主要成因包括工業(yè)廢水、生活污水、養(yǎng)殖廢水排放等點源污染以及雨水沖刷地表廢棄物進入水體、人為投放魚餌和地下水污染等面源污染[1]，而富營養(yǎng)化的主要危害是破壞水體水質(zhì)健康及生態(tài)系統(tǒng)平衡。城市水體富營養(yǎng)化是指水體接納了過量的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì),使藻類及其他水生植物異常繁殖,導(dǎo)致水體透明度降低,水中溶解氧下降,水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查，除重點湖泊(水庫)外我國城市河道約80%已受不同程度污染，許多城市的內(nèi)河水質(zhì)常年嚴重超標(biāo)。此外，城市公園水體水質(zhì)惡化，浮游藻類瘋長，富營養(yǎng)化狀況嚴重，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國約90%的城市公園水體遭受不同程度的污染。[2]研究選取合肥市三個典型水體為研究對象，采集表層水樣品和表層沉積物樣品，分析表層水和沉積物中N、P及微量金屬含量，研究N、P及微量元素在合肥市城市水體及底泥中的分布特征及來源。

1 材料與方法

1.1 流域特征和樣品采集

本試驗從2021年3月初開始，選取合肥市翡翠湖、環(huán)城河、董鋪水庫三個典型水體，其中翡翠湖、董鋪水庫各取 3 個采樣點采樣，環(huán)城河南段選取4個采樣點采樣，且每隔20天采集一次水樣，至2021年6月初結(jié)束，圖1-3為采樣點分布圖。為了充分反映三個水體的水質(zhì)狀況，采樣點選擇在湖面開闊，水流平穩(wěn)處，力求避開死水及回水區(qū)，采集時天氣狀況均良好。本實驗樣品采集于各采樣點0.3～0.5m處，采用500mL的聚丙烯塑料瓶采滿水樣，采水器在使用之前，先用所取水樣潤洗2-3 次。沉積物樣品用沉積物采泥器采集，樣品厚度為0～15cm。每處采樣點需同時取三個樣品，作為平行樣品。將采集的水樣和底泥貼上標(biāo)簽冷藏保存待處理。[3]

圖1 環(huán)城河南段采樣點分布圖

圖2 翡翠湖采樣點分布圖

圖3 董鋪水庫采樣點分布圖

1.2 分析和計算方法

水樣的預(yù)處理及分析測試均參照國家相關(guān)標(biāo)準方法。[4]總磷(TP)、總氮(TN)、CODcr和五種微量元素分別采用《過硫酸鉀氧化—鉬銻抗分光光度法》[5]《堿性過硫酸鉀消解—紫外分光光度法》[6]《重鉻酸鉀消解分光光度法》[7]《水和廢水檢測分析方法》《電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》[8～9]進行測定。所有樣品均做3次平行，試驗結(jié)果以3次分析結(jié)果的平均值表示。通過測試可知，3次平行分析結(jié)果的誤差小于5%。[10]

2 結(jié)果與分析

2.1 TN、TP濃度隨時間變化

圖4為TN濃度隨時間變化圖，其中F為翡翠湖，H為環(huán)城河，D為董鋪水庫。環(huán)城河南段TN濃度在采樣時間內(nèi)均高于其他兩地水體，以第三次采樣時間為分界，環(huán)城河南段TN濃度前期變化幅度較大，后期則較為平穩(wěn)，其平均值為2.298mg/L，若只以TN濃度來衡量水質(zhì)狀況，環(huán)城河南段水質(zhì)總體處于Ⅴ類水，水質(zhì)狀況較其他兩地差。翡翠湖水體TN濃度在第三次采樣期間取到最小值，為1.321mg/L，而董鋪水庫水體則取到最大值，為1.519mg/L。在采樣時間內(nèi)翡翠湖水體TN平均濃度為1.736mg/L，僅以TN濃度作為評價指標(biāo)，水質(zhì)處于Ⅲ～Ⅳ類水，優(yōu)于環(huán)城河南段水體水質(zhì)。董鋪水庫TN濃度在采樣時間內(nèi)均低于另外兩地水體，在第三次采樣期間，其TN濃度變化幅度較大，但水庫總體TN濃度變化趨勢較平緩，其平均濃度為1.093mg/L，水體水質(zhì)總體處于Ⅱ～Ⅲ類水。

圖4 TN濃度隨時間變化曲線圖

由圖5知，三個水體中TP濃度總體均呈上升趨勢，其中環(huán)城河平均TP濃度最高，董鋪水庫平均TP濃度最低，第一次采樣時為最低值0.168mg/L，三個水體TP平均濃度差距不大，三者TP平均濃度分別為0.218mg/L、0.230mg/L、0.194mg/L。若只以TP濃度評價水體水質(zhì)，翡翠湖和環(huán)城河南岸水體水質(zhì)均屬于Ⅲ～Ⅳ類水，而董鋪水庫水體水質(zhì)屬于Ⅱ～Ⅲ類水。

圖5 TP濃度隨時間變化曲線圖

2.2 三個水體中不同采樣點TN、TP濃度分布

由圖6至7可知，翡翠湖采樣點2和3的TN、TP濃度較為接近，而采樣點1的TN、TP濃度在采樣期間低于采樣點2和3，結(jié)合圖6可以清晰看出，翡翠湖南岸水體TN、TP濃度低于北岸水體。而董鋪水庫水體采樣點1的TN、TP濃度則高于采樣點2和3的濃度，說明董鋪水庫北岸水體TN、TP濃度略低于南岸水體。環(huán)城河水體采樣點1和2的TN、TP濃度低于采樣點3和4，環(huán)城河南岸靠西邊的水體TN、TP濃度低于靠東邊的水體。

圖6 翡翠湖水體不同采樣點TN、TP濃度分布圖

圖7 環(huán)城河南岸水體不同采樣點TN、TP濃度分布圖

圖8 董鋪水庫水體不同采樣點TN、TP濃度分布圖

為了清晰地反映所選三個水體中CODcr的濃度變化特征，如圖9所示，翡翠湖和環(huán)城河南段CODcr濃度較為接近，董鋪水庫CODcr濃度在12.343mg/L～16.076mg/L之間變化，明顯低于前兩者。在第一次采樣期間三個地點水樣CODcr濃度值基本相同，在第二次采樣期間均達到峰值，其中環(huán)城河南岸取到最高值，為33.912mg/L，是董鋪水庫最高值的1.86倍。若單以CODcr濃度為水質(zhì)評價指標(biāo)，三者水質(zhì)分別處于Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅰ～Ⅱ類水。

圖9 CODcr濃度隨時間變化曲線圖

2.3 水體中CODcr的濃度變化特征

2.4 三個水體中五種微量元素濃度變化特征

由圖10可知，三個采樣水體中鐵元素濃度大小依次為翡翠湖>環(huán)城河>董鋪水庫，其中董鋪水庫水體中鐵元素濃度變化較為平穩(wěn)，而翡翠湖水體波動較大。

圖10 水體中鐵元素濃度隨時間變化曲線圖

參照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準》，三個水體中鐵元素濃度均低于標(biāo)準限值0.3mg/L。由圖11可知，三個水體中鋅元素濃度變化趨勢較為相似，且三者都在第一次采樣期間達到峰值。翡翠湖和環(huán)城河南岸水體鋅元素濃度在第三次采樣期間處于最低點，而董鋪水庫則在第四次采樣期間達到最低值?？傮w來說，三個水體中鋅元素濃度均低于Ⅰ類水鋅濃度限值0.5mg/L。由圖12可知，翡翠湖和環(huán)城河南段水體中銅元素濃度較為接近，董鋪水庫水體則低于兩者。在第三次采樣期間，翡翠湖水體中銅元素濃度到達三個水體中最大值。由圖13和圖14可知，相較于鐵鋅銅元素的濃度，三個水體中錳和鉬的濃度較為稀少，除了第一次采樣期間錳元素和鉬元素的濃度稍高，其他時期兩者變化幅度小?？傮w來說三個水體鉬元素的濃度較為接近，錳元素的濃度翡翠湖和環(huán)城河南岸較為接近而董鋪水庫略小于前兩者。

圖11 水體中鋅元素濃度隨時間變化曲線圖

圖12 水體中銅元素濃度隨時間變化曲線圖

圖13 水體中錳元素濃度隨時間變化曲線圖

圖14 水體中鉬元素濃度隨時間變化曲線圖

2.5 采樣水體沉積物中五種微量元素濃度變化特征

由于近幾年來合肥市政府對環(huán)城河水體采取的一系列整治措施，環(huán)城河南岸采樣點處底泥較為稀少，同時董鋪水庫屬于水源涵養(yǎng)地，周圍設(shè)有圍欄，底泥采集較為困難，因此本實驗選取翡翠湖水體底泥進行研究。翡翠湖底泥五種微量元素含量如表1所示。

表1 翡翠湖底泥五種微量元素含量 單位：μg/g

從表1中可以看出，翡翠湖水體底泥中五種微量元素大小分布為Fe>Mn>Zn>Cu>Mo，其中鐵元素含量遠高于其他四種元素，鉬元素含量最低。

3 討論與結(jié)論

通過觀察TN、TP、CODcr濃度隨采樣時間變化曲線圖可看出，TN、CODcr濃度在3月3日到4月14之間處于較高水平，TP濃度則相反。經(jīng)分析，溫度較低時，微生物繁殖較慢，隨著溫度逐漸升高，飽和溶解氧含量降低，氮磷比逐漸提高，藻類繁殖加快。通過分析研究水體TN、TP分布及來源可知，翡翠湖水體TN、TP主要來源于地表徑流及干濕沉降，由于翡翠湖地區(qū)植被覆蓋率較高，雨水從馬路流入湖體時，經(jīng)草地過濾，相對減少了TN、TP的流入，而環(huán)城河南岸水體植被過濾程度較翡翠湖低，部分河段進行養(yǎng)殖活動，人為投餌也會加劇其TN、TP濃度的提升。同時，作為環(huán)城河主要水源的城市再生水中的營養(yǎng)元素含量也使其TN、TP濃度高于其他水體。董鋪水庫水體處于合肥市郊區(qū)，地表徑流及干濕沉降所帶來的TN、TP含量較城區(qū)少，但人為養(yǎng)殖活動、魚類放生和投餌也會使水庫TN、TP濃度提高。隨著近幾年來合肥市加大對景觀水體的治理力度，南淝河水體和巢湖水體水質(zhì)有明顯的好轉(zhuǎn)，但TN、TP濃度仍然較高，與李如忠等人[11]測定的南淝河水體及奚姍姍等人[12]測定的巢湖水體TN、TP濃度對比可知，南淝河水體和巢湖水體TN、TP濃度高于翡翠湖、環(huán)城河南岸、董鋪水庫水體，其中南淝河水體TN、TP濃度最高，董鋪水庫水體TN、TP濃度最低。

與程青[13]測定的西安市典型水體中五種微量元素濃度對比可知，翡翠湖水體中鐵濃度明顯高于漢城湖、南湖等西安市典型景觀水體，而沉積物中鐵元素的含量則較為接近，主要由于氣候條件和其他因素影響，致使翡翠湖沉積物中鐵元素釋放得更快。本實驗選取的三個水體中鋅元素和銅元素的含量都略高于西安市水體，而錳元素和鉬元素的含量則較為接近，翡翠湖底泥中錳、鋅、鉬含量略高于西安市水體，銅元素的含量則較為接近?？傮w而言，翡翠湖、環(huán)城河南岸、董鋪水庫水體與西安市水體中微量元素分布規(guī)律均為Fe>Zn>Cu，翡翠湖底泥中五種微量元素分布與西安市水體沉積物相似，均為Fe>Mn>Zn>Cu>Mo。

通過對實驗數(shù)據(jù)進行分析，得到以下結(jié)論：

(1)翡翠湖水體TN濃度在1.321mg/L～2.243mg/L之間，整體呈下降趨勢，TP濃度在0.183mg/L～0.265mg/L之間，變化規(guī)律不明顯，TN、TP主要來源于城市地表徑流和干濕沉降。CODcr總體呈下降趨勢。水體中五種微量元素較環(huán)城河南岸和董鋪水庫高，底泥中鐵錳鋅含量較高?？傮w而言,翡翠湖水體水質(zhì)處于Ⅳ類水，TN、TP濃度南岸水體低于北岸。

(2)環(huán)城河南岸水體水質(zhì)較差，為Ⅴ類水，氮磷主要來源是地表徑流、干濕沉降、魚類養(yǎng)殖及城市再生水供給，且TN冬春交際時含量高，TP春夏交際時含量高，TN、TP濃度西邊水體低于東邊水體。同時，環(huán)城河南岸水體CODcr含量是三個水體中最高的，五種微量元素含量處于三個水體中間位置。

(3)董鋪水庫為合肥市水源涵養(yǎng)地，其水體水質(zhì)良好，達到Ⅲ類水標(biāo)準，TN濃度變化較為平均，TP濃度春季較低，春夏交際時較高，TN、TP濃度南岸高于北岸，氮磷主要來源為干濕沉降、魚類養(yǎng)殖投餌等。