黄石市磁湖北湖水质监测研究

邱昌恩 ,王卫东,张 琪

(1.湖北师范学院 生命科学学院，湖北 黄石　435002;2.中国科学院水生生物研究所，湖北 武汉　430072)

黄石市磁湖北湖水质监测研究

邱昌恩1,王卫东1,张 琪2

(1.湖北师范学院 生命科学学院，湖北 黄石435002;2.中国科学院水生生物研究所，湖北 武汉430072)

摘要：对黄石市磁湖北湖八个采样点进行了两年分季节的水质监测，根据水质监测的常规方法，监测了水温、水深、pH值、透明度、Chl a含量、氨氮、硝氮、可溶性正磷酸盐和总磷9项指标。水质监测结果显示：黄石市磁湖北湖水质处在Ⅲ～Ⅴ类水质之间，水体处在中度或重度富营养化状态。

关键词：磁湖北湖；水质监测；富营养化

中图分类号：X524

文献标识码：A

文章编号：1009-2714(2015)04- 0006- 07

doi:10.3969/j.issn.1009-2714.2015.04.002

收稿日期:2015—06—08

基金项目：湖北省教育厅重点项目(D20092202)；淡水生态与生物技术国家重点实验室开放基金(2009FB10)；国家水体污染控制与治理科技重大专项子课题973项目(2009ZX07104-005-02)

作者简介：邱昌恩(1966—)，男，湖北鄂州人，博士，教授，研究方向为藻类生物技术和环境科学.

磁湖是黄石市区内最大的城中湖，也是湖北省地表水监测控制的重点水域之一，具有调蓄、防洪、渔业生产、生态旅游等多种功能。改革开放以来，黄石市市政府加大了对磁湖的开发和建设，使湖面不断缩小，湖水面积由二十世纪八十年代初的1．073×107m2缩小到目前不足8×106m2，比1984年缩小25%[1]。同时，由于工业、农业、生活废水等的污染，磁湖的水质不容乐观。磁湖周边有27个排污口，每天有12万吨工业污水、生活污水倾入。因此，磁湖的水环境状况受到了广泛的关注和治理投入。

磁湖是由于历史和地理的原因，磁湖成为黄石市中心城区工业和生活废水的沉积物、工业固体废物及生活垃圾的纳污体，加上水土流失以及填湖建设，导致磁湖面积萎缩、湖床增高、湖容减少。水体的污染降低了磁湖的使用功能[2]。同时又由于采矿业的不协调发展，采矿区的生态环境受到了一定程度的破坏，受工业和生活污水的污染，磁湖的氮、磷含量都不同程度的超过了GB3838-2002《地表水环境质量标准》相应级别的标准限值[3]。

鉴于磁湖的污染状况，本文通过对磁湖北湖九个水质理化指标进行监测，对磁湖北湖水质水体富营养状态进行测定和评价，为黄石市政府对磁湖的综合治理在科学决策上提供理论参考，以提高磁湖在养殖、旅游观光和生活用水等方面的利用价值。

1研究方法

1.1　采样点布设

黄石市磁湖由杭州路分为南北两个半湖，本实验是针对磁湖北湖进行调查研究。根据磁湖北湖的地理位置与周边环境以及采样点布设的原理共设置八个样点(见图1)，分别是：牛尾巴、广播电视大学(下文简称电大)、黄石理工学院(下文简称理工)、黄石市市政府(下文简称市政府)、白房子、湖中心、团城山公园(下文简称团城山)和儿童公园。每个点在离岸30m左右，于水深1m处用采水器采取水样。采1.5L水样经酸化处理后用于水化学检测，采500mL水用于叶绿素含量和pH值测定。

水深用竹竿和米尺测量。按季度每年采样四次，本文是从2008年3月到2009年12月的监测结果。

图1　黄石市磁湖北湖采样点设置

1. 牛尾巴 2. 广播电视大学(简称电大) 3. 黄石理工学院(简称理工) 4. 黄石市市政府(简称市政府) 5. 白房子 6. 湖中心 7. 团城山公园(简称团城山) 8.儿童公园

1.2　水质监测项目与方法

1.3　水质监测结果与分析

1.3.1温度和pH值的监测结果在两年的调查中，每次采样在同一水层采样点间的温度变化范围很小，但从春季到冬季由于季节性的温度变化，各个采样点的温度也随之发生变化(图2)。pH值的监测结果见图3.pH值的最高值是9.15，最低值是6.70，其最高值出现在夏季，最低值出现在冬季，但总体上pH值在同一季节各样点间的变化范围不大，一年中夏季较高，春冬季较低。根据GB3838 - 2002 地表水环境质量标准pH值在6～9之间无量纲[5]，而磁湖北湖在二年中各样点的pH值基本都在6～9之间。

图2　磁湖北湖各样点温度监测结果(单位：℃)

图3　磁湖北湖各样点pH值监测结果

1.3.2水深度和透明度的监测结果磁湖北湖水深测量结果见图4，平均水深在2～4m之间。从图5看，从2008~2009年实测磁湖北湖透明度在0.30～0.85m之间变化，总体情况是：磁湖北湖各采样点透明度在春季较高，在冬季较低。从两年测定结果来看，磁湖北湖各个样点透明度由高到低依次为：湖中心﹥白房子﹥市政府﹥团城山﹥牛尾巴﹥理工﹥电大﹥儿童公园。透明度的数据也会受到一些偶然因素的影响，如测量前持续的降雨会使透明度偏高，测量前在湖中进行大面积的捕鱼活动会使透明度降低等。

图4　磁湖北湖水深监测结果(单位：m)

图5　磁湖北湖各采样点透明度的监测结果(单位：m)

1.3.3 氨氮和硝氮的监测结果磁湖北湖各采样点氨氮和硝氮的测定结果见图6和图7。磁湖北湖水体中氨氮的含量在0.20～1.56mg/L之间，硝氮的含量在0.02～0.34mg/L之间，根据GB3838 - 2002《地表水环境质量标准》氨氮指标，磁湖北湖水质超过Ⅱ类标准，属Ⅲ类水质(0.15mg/L<氨氮含量≤0.5 mg/L属于Ⅱ类，0.5mg/L<氨氮含量≤1.0 mg/L属Ⅲ类水质)[5]。根据测定结果，磁湖北湖各样点氨氮含量由高到低依次为：儿童公园 > 团城山 > 电大 > 牛尾巴 > 白房子 > 市政府 > 理工 > 湖中心，氨氮的含量在两年间的变化范围不大；根据监测结果，磁湖北湖各采样点硝氮含量由高到低依次为：儿童公园 > 牛尾巴 > 团城山 > 电大 > 理工 > 白房子 > 湖中心 > 市政府，硝氮的含量有逐年增加的趋势。其中儿童公园处的硝氮和氨氮含量都最高，湖中心处的硝氮和氨氮的含量都最低。

图6　磁湖北湖氨氮监测结果(单位：mg/L)

图7　磁湖北湖硝氮监测结果(单位：mg/L)

1.3.4可溶性正磷酸盐和总磷的监测结果磁湖北湖各采样点可溶性正磷酸盐和总磷的监测结果分别见图8和图9.磁湖水体中可溶性正磷酸盐在0.013～0.191mg/L之间，总磷的含量在0.048～0.490mg/L之间。根据GB3838 - 2002 《地表水环境质量标准》总磷指标，磁湖北湖水质在Ⅲ～Ⅴ类之间，其中有的数据超过Ⅴ类水的标准(0.025 mg/L<总磷含量≤0.05 mg/L属于Ⅲ类，0.05 mg/L<总磷含量≤0.1mg/L属于Ⅳ类，0.1mg/L<总磷含量≤0.2 mg/L属于Ⅴ类)[5]。根据测定结果，磁湖北湖各样点可溶性正磷酸盐的含量由高到低依次为：牛尾巴> 理工> 电大 > 团城山 > 儿童公园>市政府 > 湖中心 > 白房子，白房子处的可溶性正磷酸盐含量最低。磁湖北湖各样点总磷的含量由高到低依次是：牛尾巴 > 理工 > 团城山 > 市政府 > 白房子 > 儿童公园 > 湖中心 > 电大，电大处的总磷含量最低。牛尾巴处的总磷和可溶性正磷酸盐含量都最高。由2009年春季采样结果看，磁湖北湖的总磷和可溶性正磷酸盐比2008年有所下降。

图8　磁湖北湖可溶性正磷酸盐的监测结果(单位：mg/L)

图9　磁湖北湖总磷监测结果(单位：mg/L)

2.3　富营养状态评价

采用中国环境监测总站推荐的综合营养状态指数法对磁湖北湖水体营养化状态进行评价。综合营养状态指数公式为：

式中: TLI(Σ)——综合营养状态指数;TLI(j)——第j种参数的营养状态指数;Wj——第j种参数的营养状态指数的相关权重。

营养状态指数计算式:

1) TLI(Chla)=10(2.500+1.086lnChl)

2) TLI(TP)=10(9.436+1.624lnTP)

3) TLI(SD)=10(5.118-1.940lnSD)

湖泊(水库)营养状态分级：

采用0～100 的一系列连续数字对湖泊(水库)营养状态进行分级:

TLI(Σ)<30 贫营养 (Oligotropher)

30≤TLI(Σ)≤50 中营养 (Mesotropher)

TLI(Σ)>50 富营养 (Eutropher)

50

60

TLI(Σ)>70 重度富营养 (Hyper eutropher)

P在同一营养状态下，指数值越高，其富营养化程度越重[6]。

2.3.1根据叶绿素a(Chla)含量作为评价指标对磁湖北湖的富营养化状态评价结果

根据叶绿素a(chla)的含量作为磁湖北湖的富营养化状态评价指标，叶绿素a是所有藻类的主要光合色素，是富营养化湖泊藻类中含量最多的色素，因此把它作为最具代表性和测定简便的藻类现存量指标[7]。从2008年3月开始，两年各采样点数据显示：黄石市磁湖北湖各采样点都处于中度、重度富营养化状态，水体有逐渐恶化的趋势。结果见图10.

图10　利用叶绿素a(Chla)含量数据对磁湖北湖的富营养化状态的评价结果(图中数据是TLI(Σ)值)

2.3.2根据透明度(SD)作为评价指标对磁湖北湖富营养化状态的评价结果

根据透明度(SD)作为评价指标对磁湖北湖的富营养化状态的评价结果见图11，从2008年4月开始，两年的采样点数据显示：磁湖北湖各采样点基本处于中度富营养化状态，水体有逐渐恶化的趋势。

2.3.3根据总磷(TP)作为评价指标对磁湖北湖的富营养化状态的评价结果

根据总磷作为评价指标对磁湖北湖富营养化状态的评价结果见图12.2008年3月各样点基本处于中度富营养化状态，从2008年6月开始，磁湖北湖各样点都处于重度富营养化状态，之后2008年10月和2008年12月两次监测结果都显示磁湖北湖也都处于重度富营养化状态。但从2009年春季采样结果来看总磷含量处于轻度富营养状态，而2009年全年水质较2008年全年有所好转。

图11　利用透明度(SD)数据对磁湖北湖的富营养化状态的评价结果(表中数据是TLI(Σ)值)

图12　利用总磷数据对磁湖北湖的富营养化状态的评价结果(表中数据是TLI(Σ)值)

3讨论

我国幅员辽阔，境内分布着无数大小湖泊，由于人们环保意识薄弱，许多湖泊均不同程度受到了污染，水质恶化，而地处人口稠密的城市地区湖泊的污染和富营养化问题尤为严重，杭州西湖[8～9]、武汉东湖[10-11]、北京四海[12]等城市湖泊的水质均已达到富营养化和重富营养化程度。而国内有些淡水湖泊也受到不同程度的污染[13～14]。黄石市磁湖是黄石市的城中湖，自上个世纪70年代以来，由于工农业生产的发展，工业废水和生活污水的污染，磁湖水质也受到了严重污染。尽管这几年黄石市政府在对磁湖经过一系列的整治之后，磁湖的水质得到了一定的改善，其周边的生态环境也得到了一定程度的恢复。但是工农业污染源还没有彻底控制，而且水产养殖业也仍然在污染磁湖的水环境，黄石市磁湖的水质污染仍不容乐观。因此对磁湖水质水体状况进行年度分季节跟踪监测，其监测结果对黄石市市政府在今后治理磁湖的决策上提供参考数据具有一定的指导意义。

根据2008年到2009年的水质调查研究，磁湖北湖的稳定性整体较好。从2008年12月至2009年3月，除牛尾巴外磁湖北湖水体的透明度总体有所增加，硝氮、氨氮的含量增加幅度较大，但正磷酸盐(除牛尾巴上升外)和总磷含量下降幅度较大。

综合监测结果可以得出结论：磁湖北湖2008~2009年间水体处于中度富营养化和重度富营养化之间，水质处于Ⅲ～Ⅴ类之间。加强磁湖水环境的综合整治，更进一步的改善水质以提高磁湖的综合功能为当务之急。

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The study on water quality monitoring of

the north of Cihu lake in Huangshi city

QIU Chang-en1,WANG Wei-dong1,ZHANG Qi2

(1.College of Life Science,Hubei Normal University,Huangshi435002,China；

2. Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan430072, China)

Abstract:The water quality about the North of Cihu Lake in Huangshi City was monitored with eight sampling sites in two years. According to the normal method of water quality monitoring, nine indexes were monitored ,for example water temperature, water depth, pH value, diaphaneity, the content of Chl a, ammonia nitrogen, nitrate nitrogen, soluble orthophosphate and total phosphorus. The results of water quality monitoring show that the water quality is between the class Ⅲ and Ⅴ, and the water body is in middle and hyper eutrophication level.

Key words:north of Cihu lake；water quality monitoring；eutrophication