2014年溧阳市河道水体总磷变化分析

周　涛，王　跃，黄振旭，钱少江，胡　琦，把旭峰

（1.溧阳市环境监测站，江苏 常州213300；2.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州215009）

2014年溧阳市河道水体总磷变化分析

周涛1，王跃2*，黄振旭2，钱少江1，胡琦1，把旭峰1

（1.溧阳市环境监测站，江苏 常州213300；2.苏州科技大学 环境科学与工程学院，江苏 苏州215009）

溧阳市地处太湖流域上游，境内河流都汇入太湖。为保证太湖水质安全，溧阳市环境监测站对全市主要河流开展常年定期水质监测。利用这些河流14个断面2014年全年水质监测数据，对可导致水体富营养化的水中总磷含量进行了时空特征分析。结果显示溧阳河流大部分水样总磷达到太湖流域水质考核要求，但个别断面在2月和7月出现超标现象。利用GIS技术，分析了总磷超标断面的磷元素主要来源区与类型，提出了磷源减排，富磷水处理以及总磷截留三类基本治理措施。

河流；水质；总磷；溧阳

重金属等有毒有害物质以点源形式进入河流如今在许多地区得到有效控制，而氮磷等营养物质以非点源形式入水富集并导致水污染问题仍很普遍。太湖流域地势低平，水体流速缓慢，高密度和高强度人类活动所产生的大量营养物质进入河湖后易长期滞留、积累，在江南夏季高温高湿气象条件促使下，会在广阔水域出现富营养化，严重时会造成太湖蓝藻暴发式生长，造成太湖严重水污染。水体富营养化已成为当前中国，尤其是人口密集区的环境突出问题。

碳、氮、磷是造成水体富营养化的主要元素，由于水中的碳、氮来源广泛，大气也是来源之一，难以阻拦。但即便水中碳、氮含量较高，而磷元素不足，水体富营养化就缺乏形成条件，藻类就会因磷饥饿而不能在大范围出现，所以磷是触发水体富营养化污染的限制性元素。太湖流域水质研究显示，代表太湖藻类生长旺盛程度的悬浮叶绿素a浓度与总磷含量成正相关［1-2］，所以入湖河流总磷控制是防止太湖富营养化污染的关键。

溧阳地处太湖流域上游，下泄河水的总磷必须保持较低含量。按太湖流域环境功能区水质要求，为降低太湖富营养化风险，溧阳市出境断面即溧阳与下游宜兴交界处河流断面水质总磷含量须控制在0.2 mg·L-1以下。

该研究利用溧阳市主要河流2014年14个水质监测断面数据，对河水总磷值时空变化特点进行了分析，并着重对出境断面总磷超标原因与治理措施进行了探讨。

1　水质分析数据

溧阳市河流水质定点定时采样和化学分析由市环境监测站承担，河水采样断面位置见图1。2014年每月中旬在各监测断面采一次水样，14个监测断面总共获168个水样，在实验室用钼酸铵分光光度法测得水样总磷含量。同时还收集整理了溧阳市2014年气温和降水量数据（表1）以及进行水质空间分析的GIS矢量数据。

图1　溧阳市主要河流及地表水监测断面位置与编号

2　总磷含量变化特点

以总磷含量0.2 mg·L－1为衡量标准，168个水样有6个略高于此值，96%的水样未超标，说明溧阳河流水质总磷污染比较轻微。以下主要对超标断面（断面编号1、4、5、13）的超标特点进行分析（图2），在全年12次采样中1、4号断面各超标1次，5、13断面各超标2次。

从超标发生时间分析，总磷6次超标出现在较冷月1、2、3月和最热月7月（表1），时间相对集中，显示出季节性特点。其中2、7月各出现两次，1、3月各出现一次。超标断面的空间特点是四个超标断面集中于溧阳市东北部河流出入境部位，其中断面1、4、5位于溧阳水系向下游宜兴水系交界断面，河水流至宜兴后继续向东便汇入太湖，是溧阳河流出境水质考核断面，13号断面在溧阳与金坛边界附近，是河流入境断面，而溧阳市境域内部断面总磷都无超标现象。

图2　总磷超标断面位置图

表1　2014年溧阳市月平均温度和降水量及各断面超标次数

3　总磷超标断面污染源分析

2014年溧阳市14个断面有10个从未出现总磷超标，而96%批次的水样总磷在0.2 mg·L－1以下，说明大部分时间河流水质总磷不超标。由于13号与5号断面都位于溧阳市主要河流丹金溧漕河（见图3），所以该河是溧阳市总磷污染较突出河流。需指出的是7 月13与5号断面总磷同时发生超标，可位于丹金溧漕河中段的6号、8号断面总磷保持不超标状态。这意味着13号断面总磷超标水团随河流经一段流程后，沿途因吸附、沉降、稀释等作用致使总磷含量重归正常，这是河流自净能力的表现。而再往下游6号断面以下又有过多磷元素入河，导致5号断面再次出现超标。

图3　丹金溧漕河溧阳段沿河4个断面位置图

太湖流域水体汛期总磷偏高，这一现象已被多位研究者发现［3－4］。其原因是汛期农田水和水产养殖塘水纷纷外排，且农作物处在施肥期，农村许多长期淤塞河段此时也开始滞水外泄，而这些水体含磷量都较高，这些水进入河流致使河水总磷升高，此时较多的降水径流也未能将它们稀释。1至3月处于枯水期，气温偏低（见图4），此时农田、池塘外排水较少，由于河水流速缓慢，水中磷元素的雨水稀释作用和植物吸收作用同时减弱，河水总磷浓度因此上升［5］，河流自净能力降低是此时总磷上升的主要原因。

地表径流的总磷浓度一般高于壤中流，但也有研究指出耕地范围浅层地下水总磷含量高于地表水［6］。1 至3月河水处于低水位，地表径流减弱，耕地范围含磷较高的浅层地下以水相总磷形式渗出到河流，这也许是冬季河水总磷偏高的另一个原因。今后该区若能开展壤中与地下径流总磷迁移监测研究，将对太湖流域总磷迁移定量模型的建立非常有益。

图4　溧阳市2014年各月平均气温与降水量曲线图

汛期和枯水期以外的其他时段，降水量与地表径流量处于中等水平，农田、池塘外排水较少，植物茂盛，生物吸收磷元素能力较强，这些条件使得地表水总磷输入量与自净量基本平衡，所以总磷不超标。

利用GIS对各断面总磷含量空间对比分析，可协助判断造成断面总磷超标的磷元素主要来源。如丹金溧漕河5号断面总磷主要来源应位于5号和6号断面之间；4号断面总磷超标的磷物源区位于3、4、8号断面之间。四个超标断面磷元素主要物源区判断结果用椭圆标注于图5。这些区域的农田、鱼蟹塘外排水以及村镇生活污水处理是今后溧阳市河水总磷控制的重点。丹金溧漕河5、6断面之间河段流经溧阳城区东部，该区域属城乡结合部，污水接管建设还在进行之中，存在居民生活、工厂生产等污水直排入河现象，所以除农业面源以外，生活与生产污水也是该区地表径流总磷重要来源。

4　总磷消减主要对策

荷兰环境学者Sharpley认为，进入湖泊的河流总磷量在0.05 mg·L-1以下时，才能有效控制水体的富营养化［7］。为保证太湖水质安全，也为了保护溧阳本地的水环境质量，溧阳河流出境断面目前总磷考核标准还是比较宽松的，在这一考核要求基础上，总磷含量今后还应进一步消减。

溧阳市环保局2011年对第5断面流域范围总磷排放曾做过估算（表2），认为通过该断面的总磷主要来源为村镇、旅游基地的生活污水，其次来自种植业和畜禽养殖业，这一估算可作为溧阳市河流总磷来源分析的重要参考，其他研究者对河流总磷来源的组成分析见表3。虽然不同地区地表水总磷主要来源会有不同，但这些分析都表明地表水磷污染源以非点源为主，而对非点源的治理要比点源的治理难度更大。

表2　第5断面流域范围总磷排放量估算

除了农田、鱼塘、工业以及居民点等这些前人指出的地表水磷源以外，此次研究通过实地调查和遥感影像分析，笔者认为溧阳市还有几类比较重要的总磷来源：

（1）水体底泥。颗粒状磷在河流中会沉降到河床或被底泥和河床中微生物吸收，在汛期水流流速增大或在轮船螺旋桨搅动后又可跃升脱离河床，随河水流向下游，这便造成溧阳丹金溧漕河等流速变化大、航运船只多的河段总磷上升。朱焕潮等人指出湖泊、河流底泥中的弱结合态磷元素，在夏季高温时会从底泥自动释放进入水体［10］，所以这也是溧阳河流7月总磷偏高的一个可能原因。

（2）城乡结合部。城乡结合部往往是河水氮磷元素的主要来源地，这一现象已被多位研究者指出［11-13］，此次研究也认同这一看法。在溧阳市城镇与乡村结合部，居民建筑和工厂企业污水接管率不高，污水处理能力不足。加之土地开发强度较大，人口较密集，而环境监管力度有限等原因，均会增加含磷较高污水的入河概率。

（3）土地利用变化。土地利用方式由耕地变为园地、棚地后，经济作物的氮磷肥料用量通常会加大，汛期外排总磷也会增加。而这类土地利用变更近年在溧阳较普遍，成为推升河水总磷浓度的一个原因。

（4）岸坡菜地。溧阳许多河段河岸坡被用做菜地，一旦有降雨，菜地土壤氮磷等元素以及土壤颗粒很容易被坡面径流冲刷至河中，导致河水总磷上升。

对溧阳市地表径流主要总磷来源了解之后，相应的治理措施也就基本明确。针对不同物源，消减地表径流总磷含量，特别是防止出境断面总磷超标的主要治理措施见表4。通过对图5所圈定的总磷主要物源区进行排查，按表4物源类型分别采取不同治理措施，利用湿地、绿地建设各种规模的磷储存库，对本地产生的总磷进行截留，以便彻底消除溧阳河流出境断面总磷超标现象。

在这些治理措施的基础上，今后还应研究建立基于计算机和网络技术的地表水营养元素平衡数值模型。通过遥测设备适时获取水体、土壤、作物、气象、环境等数据，利用网络将这些数据汇集到模型，模型计算出本区氮磷等富营养元素盈亏情况图表。然后通过人工干预，及时将地表水氮磷含量调整至安全水平［14］。这种技术的应用将是溧阳市以及太湖流域生态文明建设发展到较高阶段的标志。

表4　溧阳市地表径流总磷主要来源及控制措施

5　结语

富营养化是目前太湖水质污染的主要形式，减少周边河流向太湖过多总磷输送，是避免太湖富营养化的基本对策。2014年溧阳主要河流14个水质监测断面全年监测结果表明，溧阳流向太湖的河流总磷含量总体处于较安全水平，但在冬季和盛夏个别河段总磷含量会超过环保部门水质要求。由于太湖富营养化发生于高温季节，所以溧阳应着重对夏季河流的总磷消减采取相应措施。

利用GIS技术，结合气象资料并参考前人研究，划出影响河流水质总磷超标断面的磷物质主要源区，但总磷来源较复杂，且以非点源为主。溧阳市河流总磷超标的成因，从时间方面分析，超标事件与气候的季节性、水体自净能力的季节性以及农业生产的季节性密切相关。从空间方面分析，超标断面特别是5号断面上游主要汇水范围的生活污水、污水厂尾水以及畜禽养殖场、工厂污水排放组成较复杂的总磷来源，它们的排放量也受季节性气候因素影响。1、4号断面总磷超标都发生在冬季，农业面源及村镇生活污水是主要来源。

北部13号断面磷污染源有可能来自本市，也有可能来自邻区金坛市。因此，建议在靠近溧阳与金坛行政边界部位新设一个水质采样点，以便判断这一超标河段磷源区的行政归属，有利于开展这一边界区域水污染管控工作。

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责任编辑：谢金春

Analysis of total phosphorus fluctuation in the rivers of Liyang in 2014

ZHOU Tao1，WANG Yue2，HUANG Zhenxu2，QIAN Shaojiang1，HU Qi1，BA Xufeng1
（1.Liyang Environmental Monitoring Centre，Changzhou 213300，China；2.School of Environmental Science and Engineering，SUST，Suzhou 215009，China）

Liyang is located in Taihu Lake Basin，and all rivers in this area fall into Taihu Lake.In order to ensure the safety of Taihu Lake water quality，Liyang environmental monitoring centre measures the water quality of main rivers of the city regularly.Based on the water quality monitoring data from the rivers at 14 different sections during 2014，this study explores the fluctuation characteristics of the major factors of total phosphorus（TP）which could cause water eutrophication of Taihu Lake.Most of the monitoring data indicate that TP in Liyang surface water meets Taihu Lake water quality safety standards，but a few sections in February and July have excessive content of TP.This study has analyzed the sources and types of TP，and pointed out three basic treatment strategies，including phosphorus emission reduction，treatment of rich phosphorous water，and construction of phosphorous reservoir.

rivers；water quality；total phosphorus；Liyang

X824

A

1672-0687（2016）03-0076-05

2015-12-21

国家自然科学基金资助项目（51278319）；溧阳市科技支撑计划资助项目（LC2014007）

周涛（1974-），男，江苏江阴人，工程师，研究方向：环境监测。*通信联系人：王跃（1957-），男，副教授，E-mail：yuewangsz@sina.com。