邯郸赵苑公园水体水质分析及其可持续发展研究

周保华，齐 翔，王 玲，田在锋

(1.河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018;2.河北省环境科学研究院，河北石家庄 050031)

邯郸赵苑公园位于邯郸市西北部，占地1.4 km2，公园内有湖略呈弓形，弓背向东北，长约1.6 km，东西最宽处81 m，南北最宽处96 m，平均水深0.73 m，水面面积0.048 km2。该公园内湖水来自邯郸市西污水处理厂二级处理出水，经湖体溢流后进入沁河，而后汇入滏阳河。污水处理厂二级处理出水含有大量植物性营养物质(氮、磷)和活性微生物，而城市景观水体在富含营养物质和活性微生物的条件下极易发生富营养化。因此，公园水体的水质直接影响其景观功能，而且对滏阳河水质亦有重要影响。

1 赵苑公园水质现状分析

1.1 公园水体概况

公园水体的补给水源主要来自邯郸市西污水处理厂出水及雨水。邯郸市西污水处理厂每天处理水量约7.5万m3，出水分2部分，位置关系如图1所示，一部分向北排入北环北侧的输元河，另一部分通过一条直径为500 mm的取水管道排入赵苑公园，每天3万m3。西污水处理厂已经完成升级改造，该厂设计出水执行国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级A标准。

为进一步明确水体水质，将公园整个水体分为A，B，C，D，E，F 6个研究区域，如图2所示。A区处于赵苑公园水体进水区，在有进水时水流湍急，水质感官较好;B区有一系列跌水，从开始跌水到结束，海拔降低约5 m，曝气效果明显;C区包含一片突然开阔处;D区水域开阔平缓，游人较多;E区接近出水口。A区到E区整体呈串联式，F区是C区通过一个联通管分流向北的一片水域。表1为公园湖水各区域概况。

1.2 水质监测内容与方法

由于污水处理厂日排水量稳定，在2012—2013年不同季节，对6个研究区域设置6个采样断面，每个采样断面多点采样等量混合。根据地表水环境质量标准(GB 3838—2002)［1］和城市污水再生利用景观环境用水水质标准(GB/T 18921—2002)［2］对各区域断面混合水样的pH值、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮、化学需氧量(CODCr)等指标进行了监测，监测方法及仪器严格参照国家标准［3］。各区域水质监测结果见图3－图8。

图1 邯郸市西污水处理厂出水分布Fig.1 Effluent distribution of Handan City west wastewater treatment plant

图2 赵苑公园水体分布Fig.2 Water distribution of Zhaoyuan Park

1.3 水质特征结果分析

1.3.1 pH值变化特征

由图3可以看出，各区域pH值普遍呈碱性，离进水口较近的A，B区域在各季节都接近中性。C，D，E 3个区域在各季节pH值都高于其他3个区域，原因是在这3个区域内生长有大量的水生植物，水中植物的光合作用使水里的CO2减少，pH值升高。

1.3.2 溶解氧变化特征

由图4可以看出，D，E，F区域在春、夏、秋季溶解氧指标明显高于A，B，C 3个区域，主要是由于D，E，F区域水面开阔，水流平缓，日照充足，水生生物生命活动增强会导致溶解氧升高，而且夏、秋季节汛期雨量多，易将氧气带入水中，冬季水中植物腐烂消耗一定量的氧气。

图3 不同季节各区域水体pH值Fig.3 pH value of the water in different hydrological seasons

图4 不同季节各水体区域溶解氧值Fig.4 DO of the water in different hydrological seasons

1.3.3 CODCr变化特征

地表水化学需氧量(CODCr)Ⅴ类水体限值为不高于40 mg/L［1］。由图5表明，冬季和春季CODCr含量高，除冬季的F区域外，均超过地表水Ⅴ类限值。污水处理厂在春季初步完成一级A升级改造，水质不稳定，导致春季各区域CODCr普遍较高。冬季F区域的CODCr含量最低，该区经过暗道分流缓冲水流波动较小，水体停留时间较长，冬季时较其他区域光照更充足，更适宜水中微生物及浮游生物繁殖，进而对污染物有了更彻底地降解。夏、秋季各采样点CODCr指标明显好于其他2个季节，主要是由于丰水期有雨水不断补充水体，水体流动性加强，另外水生植物也发挥了较好的水质净化作用。

图5 不同季节各水体区域CODCr值Fig.5 CODCrof the water in different hydrological seasons

1.3.4 总磷变化特征

观赏性景观环境用水的总磷(TP)限值为不高于0.5 mg/L［2］，由图6可以看出，公园水体在冬季(除A区域外)及春季(C，D，E区域)总磷含量都超标，而夏、秋季的总磷含量较低。冬季在E，F区域总磷超标最严重。藻类死亡后的生物残体及有机物被微生物氧化分解为磷酸盐，这一过程中会消耗水中的溶解氧，也加速了底泥中的磷释放。

图6 不同季节各水体区域总磷值Fig.6 TP of the water in different hydrological seasons

1.3.5 总氮变化特征

观赏性景观环境用水的 TN限值为不高于15.0 mg/L［2］。由图7可以看出，各采样区域在春、秋季的总氮含量都达标，冬季由于污水处理厂出水水质较差导致总氮含量明显超标，而在接近进水口的A，B区域，其总氮含量比其他区域更高。夏季草坪中的含氮肥料易被雨水冲刷进入水体，从而导致总氮含量较高。

图7 不同季节各水体区域总氮值Fig.7 TN of the water in different hydrological seasons

1.3.6 氨氮变化特征

观赏性景观环境用水的氨氮限值为不高于5.0 mg/L［2］。由图8可以看出，各区域的氨氮含量在冬、夏季基本都在10 mg/L以上。夏季温度较高，水生生物代谢旺盛，所排泄的废物增多，致使氨的数量超过了水生植物的利用极限，导致氨氮在水体中的累积。冬季进水氨氮较高，加上水生植物枯萎、死亡引起植物体内氮的释放作用，导致了冬季氨氮含量偏高。

图8 不同季节各水体区域氨氮值Fig.8 Ammonia of the water in different hydrological seasons

1.4 公园水体富营养化现状

富营养化是湖泊、水库、河口、海湾等缓流水体中氮、磷等营养物质的含量超过一定界限，在光照和水温又比较合适的条件下，引起藻类以及其他水生生物异常繁殖，从而导致水质恶化的现象。湖泊富营养化可划分为4种类型:贫营养型、中营养型、富营养型和重富营养型［4］。

评分法是在分析国内外湖泊富营养化评价方法的基础上，结合中国湖泊实际提出的采用评分的方法来评定湖泊水质营养状况的方法［5］。其评价表达式为

式(1)中:M为湖泊营养化评分值;Mi为评价参数的评分值;n为评价参数的个数。

为了调查研究公园水体富营养化现状，从2012—2013年对公园水体在不同季节作了富营养化现状评价，将各测点全年不同项目的监测数据平均值根据表2提供的评价标准，在0～100的范围内，分别赋予相应的评分值，然后把不同项目的得分利用评分公式得出评分值，即该测点的营养状况［6-9］。富营养化综合评分值见表3，总评分值越高，说明湖泊富营养化程度越高。

表2 湖泊营养程度评分值评价标准Tab.2 Evaluation standard of nutrient degree score value for lake

表3 富营养化综合评分值Tab.3 Eutrophication comprehensive values score

从评价结果来看，试验期内，赵苑公园水体全年总体的营养状态为轻度富营养化，其变化有一定的季节性规律，冬、夏两季指标数值上升，呈中度富营养化，春、秋两季指标数值下降，为轻度富营养化，夏季水体为全年富营养化水平最高的季节。叶绿素a和总氮是造成夏、秋季节水体富营养化的主要因子，总氮是造成春、冬季水体富营养化的主要因子。

1.5 结果讨论分析

如前所述，公园水体进水是通过一条直径500 mm的取水管道流入赵苑公园，布水明显不均匀，水深较浅，水力停留时间过短，拐弯较多，导致水势逐渐减缓，存在水体难以流动的死区。由以上分析可以看出，离进水口较近的A，B区水域水质受污水处理厂出水影响很大，且两岸栽种有大量乔木、灌木，生长茂密，导致水体光照不足，不利于水生生物的生命活动，污染物得不到及时生物降解。

C区和D区属于公园水体开阔部分，在冬季及春季水质较其他区域更差，这是由于公园水上游玩设施设于该区域，游船及垂钓等活动带来的旅游垃圾也给水体造成了污染。D区水生植物稀少，并且存在水生植物类型单一的问题。

F区是C区通过暗道分流向北的一片水域，水力停留时间较长，水质相对较好。

对比连接进水口的A区与出水口的E区的水质，总磷、CODCr在不同季节均有不同程度的升高，而且水体在全年均呈现富营养化。公园内现有状况表明，水生植物吸附、跌水曝气及水体自净作用均未得到充分发挥，水质不断恶化，所以急需一套有效的改造与建设方案，以实现公园水体水质的改善与可持续发展。

2 可持续发展对策

赵苑公园景观水体水质变差、富营养化的现象日趋严重，不但没有形成对现代城市生态环境的调节改善作用，还使其景观功能丧失，甚至严重影响到了下游滏阳河水体的水质。为重新体现公园景观水体的生态功能和景观价值，实现可持续发展，在控制污水处理厂出水水质的基础上，景观水体生态环境的改造与管理也十分重要。结合赵苑公园水体不同区域的实际情况，应从以下几方面着手。

2.1 加强水质及污染源监控

水污染及富营养化防治工作是一项涉及面广、综合性强、周期长的系统工程。必须建立和完善滏阳河流域景观公园水污染防治管理体系，建立水质污染和富营养化预警系统。完善水环境监控系统，重点对主要污染源水质进行监控，严格把关污水处理厂出水水质的达标率，优化现有污水处理厂的处理工艺，提高处理能力和处理效果。进一步为水体污染综合防治提供具有预见性、科学性、经济性和有效性的决策依据［10］。

2.2 底泥疏浚

在当前条件下，由于沉积物中营养盐内负荷的存在和释放，湖泊已发生富营养化，这时底泥中的营养盐就成为湖泊富营养化的主导因子。对于缺乏底泥疏浚工程的赵苑公园水体，今后应当加强对水底淤泥及腐败植物的清除，对要疏浚的面积、位置、厚度及对水体生态的影响进行研究和全面的统筹规划，清除污染水体的内源，减少底泥污染物向水体释放，进而遏制水体富营养化的现状［11］。

2.3 结构改造

公园进水是通过一条直径为500 mm的水管直排进入的，布水极不均匀，导致部分区域水体长时间不流动，水质变差。进水系统应尽量保证配水的均匀性，可采用多孔管或三角堰等。另外，各区域连通部分可通过阀门或闸板调节，并采取溢流、分流等措施应对突发性的流量变化，为水质的改善提供保证。

接近进水口的A区与B区水面较窄，水深较浅，水力停留时间短，微生物无法正常生长。应考虑充分利用此区域结构，增加水深，去除岸边过多遮光灌木枝，增设人工喷泉等曝气设施，增加水中溶解氧，有效去除水中无机污染物及难降解的有机污染物。

2.4 水生植物配置

经过调研，公园普遍存在水生植物单一的问题，大部分是人工养殖的睡莲及人工浮岛幼苗，不能很好地发挥改善水质的作用，还可能产生二次污染，导致水体溶解氧、透明度降低，氮、磷升高，加重水体富营养化。许多研究表明多种植物组合比单种植物能更好地对水体净化。微型生物群落的变化会直接影响植物对水体的净化率，当多种植物搭配使用时就有利于植物间的取长补短，保持较为稳定的净化效果;多种植物的组合具有合理的物种多样性，从而更容易保持长期的稳定性，而且也会减少病虫害。因此在公园水体中需要种植不同生活型的水生植物，加强水体对外来污染冲击的缓冲能力［12-13］，加强水质净化效果。但要综合考虑成本和由此造成的生态影响。

3 结语

通过对各项水质指标的监测分析，赵苑公园水体未达到《地表水环境质量标准》一般景观水域Ⅴ类标准限值，CODCr、总氮、氨氮为公园内污染较为严重的3个水质因子。公园水体呈中度富营养化。

景观水体水质污染的特征决定了难于直接运用污水治理技术进行深度处理，经过对赵苑公园生态环境的整体改造与建设，实现对景观水体水质的改善与稳定作用，有望使公园各区域水质达到城市污水再生利用景观环境用水水质标准(GB/T 18921—2002)［2］中湖泊类限值，使公园出水达到地表水环境质量标准(GB 3838—2002)Ⅴ类限值［1］。同时在景观水体上构筑一条美丽的风景，有效节省景观水体水质处理成本。

/References:

［1］ GB 3838—2002，地表水环境质量标准［S］.

GB 3838—2002，The Surface Water Environment Quality Standards［S］.

［2］ GB/T 18921—2002，城市污水再生利用景观环境用水水质标准［S］.

GB/T 18921—2002，The Urban Sewage Recycling Water Landscape Water Quality Standard［S］.

［3］ 国家环保总局.水和废水检测分析方法［M］.第4版.北京:中国环境科学出版社，2002.

The State Environmental Protection Administration.Water and Wastewater Detection Analysis［M］.4th ed.Beijing:China Environmental Science Press，2002.

［4］ 梁 鸣.我国城市湖泊富营养化现状及外源控制技术［J］.武汉理工大学学报，2007，29(8):194-197.

LIANG Ming.Research on principle and control of eutrophication for city lakes polluted by outer source［J］.Journal of Wuhan University of Technology，2007，29(8):194-197.

［5］ 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范［M］.北京:中国环境科学出版社，1990.

JIN Xiangcan，TU Qingying.Lake Eutrophication Investigation Specification［M］. Beijing:China Enviromental Science Press，1990.

［6］ 金相灿.湖泊富营养化控制和管理技术［M］.北京:化学工业出版社，2001.

JIN Xiangcan.Lake Eutrophication Control and Management Technology［M］.Beijing:Chemical Industry Press，2001.

［7］ 陆洪省，曹晓强，昭日格图，等.水体富营养化控制的研究进展［J］.科技创新导报，2012，3(11):11.

LU Hongsheng，CAO Xiaoqiang，ZHAO Rigetu，et al.The research progress of water eutrophication control［J］.Science and Technology Consulting Herald，2012，3(11):11.

［8］ 王明翠，刘雪芹，张建辉.湖泊富营养化评价方法及分级标准［J］.中国环境监测，2002，18(5):47-49.

WANG Mingcui，LIU Xueqin，ZHANG Jianhui.Evaluate method and classification standard on lake eutrophication［J］.Environmental Monitoring in China，2002，18(5):47-49.

［9］ 程泽宁.景观水体富营养化评价方法的研究［J］.科技信息，2011(8):518.

CHENG Zening.Research on landscape water eutrophication assessment method［J］.Journal of Information Science and Technology，2011(8):518.

［10］ 张 媛，王靖飞，吴亦红.生态功能区划与主体功能区划关系探讨［J］.河北科技大学学报，2009，30(1):79-82.

ZHANG Yuan，WANG Jingfei，WU Yihong.Ecological function regionalization and main-body function regionalization relationship［J］.Journal of Hebei University of Science and Technology，2009，30(1):79-82.

［11］ 梁启斌，邓志华，崔亚伟.环保疏浚底泥资源化利用研究进展［J］.中国资源综合利用，2010，28(12):23-26.

LIANG Qibin，DENG Zhihua，CUI Yawei.Environmental dredged sedimentutilization research progress［J］.China Resources Comprehensive Utilization，2010，28(12):23-26.

［12］ 夏晓方，钟成华，刘 洁，等.水生植物修复污染水体的研究进展［J］.重庆工商大学学报(自然科学版)，2011，28(4): 398-400.

XIA Xiaofang，ZHONG Chenghua，LIU Jie，et al.The research progress of polluted water aquatic plants［J］.Journal of Chongqing Technology and Business University(Natural Science Edition)，2011，28(4):398-400.

［13］ LE C，ZHA Y，LI Y，et al.Eutrophication of lake waters in China: Cost，causes，and control［J］.Environmental Management，2010，45(4):662-668.