福州市仓山区内河主要水质指标的特征研究

刘俊第, 林 威, 姜 婧, 刘燕飞, 方 熊, 易志刚

(福建农林大学资源与环境学院/土壤环境健康与调控福建省重点实验室，福建 福州 350002)

城市内河的水质、水量直接影响着沿岸居民的生产活动，在社会经济发展中发挥着重要的环境效益[1].工业废水、农业退水和家庭生活污水等水体污染物导致水质的恶化，严重影响了水生生态环境[2-3].水质参数(包括物理、化学和生物参数)能够反映河水水质并作为其潜在用途的重要指标，在城市内河水体质量评估中具有重要意义[4].总氮(total nitrogen, TN)和总磷(total phosphorus, TP)不仅可以用于衡量水质的优劣，还可以用来评价水体的富营养化程度[5-6].流动水体中的铵态氮(NH4+-N)浓度一般不高于2 mg·L-1，但是当水体受到工业废水和生活污水污染时，铵态氮的浓度会迅速升高，并对水生生物产生毒害作用[7-8].化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)是指水体中的还原性物质(包括某些有机物、亚硝酸盐、亚铁盐和硫化物等)被强氧化剂氧化所消耗的氧化剂的量，在水体污染物监测项目中，COD值可为进一步控制污染源提供重要参考价值[9-11].适量的水体悬浮固体(suspended solids, SS)可以调节水生生态系统的温度及透光度以维持其健康运行，过量时水生生物生长速率降低，鱼类窒息死亡[12].

本试验以福州市仓山区6条城市内河(分别为洋洽河、飞凤河、红旗浦、台屿河、浦上河和洪阵河)为研究对象，对河流水体几项水质指标进行评价，以期了解福州市内河的水质状况，为福州市水环境改善以及水环境监测提供现实指导意义.

2 材料和方法

2.1 试验区概况

福州市位于我国东南沿海(25°15′—26°39′N，118°08′—120°31′E)，福建省中东部的闽江口.福州地貌属于河口盆地，海拔在600～1 000 m之间；气候属典型的亚热带季风性气候，阳光充足，年平均日照数为1 700～1 980 h；雨量充沛，年平均降水量为900～2 100 mm，年平均气温为20～25 ℃，极端最高温为42.3 ℃，极端最低温-2.5 ℃；年相对湿度约77%，常出现热岛效应；林地面积7 792 km2，占全市总面积的65%，森林覆盖率57.8%，绿化程度达88.6%.市内河网密度大，地表径流丰富.

2.2 水样采集及预处理

图1 采样点分布图Fig.1 Distribution map of sampling sites

选择福州市仓山区6条城市内河采集水样(图1，图中五角星符号表示采样点)，分别为洪阵河、飞凤河、红旗浦、台屿河、浦上河和洋洽河.于2017年6月4日(晴天)和10日(雨天)采样.采集的水样为瞬时水样.由于河流宽度小于50 m，每条河流只设置一条中泓垂线(河流中沿水流方向各横断面最大水深点的连线)，并分别在河流的上、中、下游中泓垂线位置采集3个重复水样.采样时将采样器沉至水面下0.3～0.5 m，避开排污口，采样量不少于2 L.

采集完成后，将水样运回实验室预处理.先将每个采样点的3个重复水样混匀后取1.5 L，过0.45 μm微孔滤膜进行抽滤，用于分析水体TN、TP、NH4+-N和COD.再取0.5 L水样不做处理，用于分析水体SS.所有分析在采集后24 h内完成.

2.3 水质指标测定方法

水质指标测定均参照水污染物监测分析方法.TN测定采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[13].TP测定采用钼酸铵分光光度法[14].NH4+-N测定采用纳氏试剂比色法[15].COD测定采用重铬酸盐法[16].SS测定采用重量法[17].

2.4 数据处理

应用Excel对实验数据进行计算和整理.用SPSS 19.0的one-way ANOVA对数据进行差异显著性分析，相关性分析采用Pearson法，显著水平设置为P<0.05.

3 结果与分析

3.1 水体的TN和TP浓度

由图2可知，雨天时，浦上河TN浓度(最高)比洪阵河(最低)高1.45 mg·L-1，差异显著(P<0.05)，其它几条内河差异较不明显.红旗浦的TP浓度最高，为0.72 mg·L-1，浦上河TP浓度为0.48 mg·L-1，显著高于洪阵河、飞凤河、台屿河和洋洽河(P<0.05).地表水环境质量标准[18]中TN，TP浓度Ⅴ类标准限值分别为2.0和0.4 mg·L-1(图中虚线标示位置).雨天时，内河的TN浓度均超过Ⅴ类标准限值，红旗浦和浦上河的水体TP浓度超过Ⅴ类标准限值.浦上河和红旗浦的水体氮、磷浓度较高的原因可能是，浦上河和红旗浦位于居民区，街道、下水道、城市垃圾经雨水冲刷，将含氮、磷的污染物汇入雨水中，由地表径流汇入浦上河和红旗浦.晴天时，内河的TN浓度远超过地表水环境质量标准Ⅴ类标准限值，洋洽河TN浓度最高为14.62 mg·L-1，比洪阵河高162.5%(P<0.05).除洪阵河外，其他内河TP浓度均超过地表水Ⅴ类标准.水体中的氮、磷超标会促进蓝藻的爆发，降低水体的透光度及自净能力[19]，形成水质恶化的恶性循环.

图中不同大写字母表示河流之间水质指标有显著差异，显著性水平设置为P<0.05.下同.图中虚线位置为地表水环境质量Ⅴ类标准TN、TP浓度限值，分别为2.0和0.4 mg·L-1.图2 城市内河水体TN和TP浓度比较Fig.2 Comparison of TN and TP concentrations in water body under different weather conditions

3.2 水体的NH4+-N浓度

由图3可知，雨天时红旗浦的NH4+-N浓度高达10.04 mg·L-1，显著高于其他几条河流(P<0.05)；飞凤河和浦上河NH4+-N浓度次之.水体中的NH4+-N来源于城市化过程中生活污水的排放.一方面，汽车、公交车、货车等交通工具排放的尾气含有一定量的氨，这些气体溶于水形成铵态氮；另一方面，生活垃圾、粪便、洗涤剂等也是铵态氮的重要来源之一[20].晴天时，飞凤河、红旗浦、浦上河和洋洽河的NH4+-N浓度均显著高于洪阵河和台屿河(P<0.05)，可能是由于夏季晴天温度高，沉积物表层具有向上部水体的NH4+-N迁移通量，水体中积聚了大量的铵态氮；其次人类活动产生的有机氮，包括蛋白质和脂肪胺等化合物也是水体中NH4+-N的主要来源[21].晴天和雨天，内河中的NH4+-N浓度均严重超过地表水环境质量标准中NH4+-N浓度Ⅴ类标准限值(2.0 mg·L-1)，说明水体受氨的污染较为严重.

图中虚线位置为地表水环境质量Ⅴ类标准NH4+-N浓度限值2.0 mg·L-1.图3 城市内河水体NH4+-N浓度比较Fig.3 Comparison of NH4+-N concentration in water body under different weather conditions

3.3 水体的COD浓度

由图4可以看出，雨天时，6条内河的COD浓度由高到低依次为：浦上河(289.97 mg·L-1)>红旗浦>洋洽河>台屿河>飞凤河>洪阵河，浦上河的COD浓度显著高于其他几条内河.晴天时，各内河的COD浓度由高到低依次为：浦上河(351.33 mg·L-1)>洋洽河>红旗浦>飞凤河>台屿河>洪阵河，浦上河依然显著高于其他内河(P<0.05).6条内河中COD浓度均远超过地表水环境质量标准中COD的Ⅴ类标准限值40.0 mg·L-1，可能是由于城市面源排放等外源污染物的输入和湖泊水体生物代谢和沉积物的二次释放[12].

图中虚线位置为地表水环境质量Ⅴ类标准COD浓度限值40.0 mg·L-1.图4 城市内河水体COD浓度比较Fig.4 Comparison of COD concentration in water body under different weather conditions

3.4 水体的SS浓度

图5 城市内河水体SS浓度比较Fig.5 Comparison of SS concentration in water body under different weather conditions

不同天气情况下6条内河SS浓度差异如图5.雨天时，洪阵河的SS浓度(最高)是浦上河(最低)的1.43倍，差异显著(P<0.05)；飞凤河、台屿河和洋洽河的SS浓度也显著高于浦上河(P<0.05).晴天时，洋洽河的SS浓度显著高于其他河流(P<0.05)，其他河流之间SS浓度差异不显著.道路上的积尘是径流水质的重要影响因素，洪阵河和浦上河位于车流量大的马路边，道路上车辆、行人多，交通量大，扬尘等污染物多，造成径流水质差[22].其次，飞凤河中生活垃圾多，这些悬浮物沉积后易发生厌氧发酵，使水质恶化[23]最后，红旗浦河附近工地较多，施工所产生的颗粒物经过降水冲刷沉降到地表，随径流汇入到河流中[24].

3.5 水质指标相关性

5种主要水质指标相关性分析见表1.由表1可知，NH4+-N、TN与TP呈极显著正相关(P<0.01)，说明水体的主要污染物为氮磷，并且它们的变化趋势一致.本试验中，COD与NH4+-N、TN和TP呈极显著正相关(P<0.01)，可能是水体氮、磷等污染物主要为人类生活中的还原性物质.SS与TN和TP的相关性也极为显著(P<0.01)，表明SS进入内河水体后，经过转化形成含氮、磷的污染物，并积累在水体中，导致水体中TN和TP浓度的升高.相关性分析进一步说明水体的几种主要水质指标之间存在相互依赖关系，它们之间变化趋势相近，或者污染物之间可能相互转化.

表1 水质指标相关性分析1)Table 1 Correlation analysis of water quality indexes of water body

1)**表示显著性水平达0.01.

4 结论

(1)红旗浦和浦上河的水体总氮和总磷浓度较其他内河水体高，水体富营养化程度严重.红旗浦的铵态氮浓度很高，说明沿河区域污染物排放较严重.浦上河化学需氧量浓度偏高，表明水体中汇入了很多还原性物质.洋洽河的SS更高，很容易转化为其他污染物质.

(2)福州市仓山区6条内河的TN、TP、NH4+-N和COD多数超过地表水环境质量标准(GB 3838—2002)Ⅴ类标准，说明这6条内河的水体质量较差，需采取有效的管理措施，改善水生生态环境.

(3)相关性分析发现，水体各主要水质指标之间多数呈极显著相关关系，表明水体中的污染物可能存在相互转化.建议对内河水质进行深入分析，监测其他内河水体指标,如含硫化合物、重金属等，以对福州内河水质做更进一步的综合评价.