磁湖时空水质分析及富营养化评价

柯振东 张构 吴风林

摘要：基于磁湖2017年水质监测数据，选择影响磁湖的TN、TP、Chla、CODMn等进行时空水质分析和富营养化评价，结果表明：磁湖TN春夏浓度高于秋冬，南半湖高于北半湖，平均浓度为1.48 mg/L，超过Ⅲ类水标准限值，为Ⅳ类水。TP平均浓度为0.09mg/L，为Ⅳ类水，磷污染较为严重。CODMn平均浓度为4.11mg/L，为Ⅲ类水质，春夏浓度低于秋冬浓度，空间特征与TN相似。NH3-N平均浓度为0.28mg/L，低于Ⅲ类水标准限值。SD平均值为0.59m，春夏平均值较高，为0.66m， 秋冬平均值为0.51m。南半湖透明度较低，南半湖平均值为0.51m，北半湖平均值为0.68m。磁湖水体中Chla平均浓度为40.12mg/m3，秋冬平均浓度高于春夏，且在3月各采样点变化幅度最大，最高为133.00mg/m3，最低为18.60mg/m3。磁湖2017年综合营养指数范围为49.34～68.18，平均为56.12，为轻度富营养。

关键词：磁湖;时空分析;综合营养指数法;富营养化

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）07-0-04

Abstract：Based on the 2017 water quality monitoring data of Cihu lake， the spatial and temporal water quality analysis and eutrophication evaluation of TN， TP， Chla and CODMn affected by Cihu lake were selected， and the results showed that the concentration of Cihu Lake TN in spring and summer was higher than that in autumn and winter， and the average concentration was 1.48 mg/l， which exceeded the standard limit of III， which was IV water. The average TP concentration was 0.09mg/L， which was IV water， and phosphorus pollution was more serious. The average concentration of CODMn was 4.11mg/L， which was III Water. Spring and summer concentration was lower than autumn and winter concentration， and the spatial characteristics were similar to TN. The average concentration of NH3-N is 0.28mg/L， which is lower than the standard limit of III water. SD average is 0.59m， spring and summer average was higher， 0.66m， autumn and winter average was 0.51m. South half Lake was less transparent， the south half lake average is 0.510m and the north half lake average is 0.68m. The average concentration of Chla in the Cihu lake was 40.12mg/L， the average concentration in autumn and winter was higher than that in spring and summer， and the variation of the sampling points was the largest in March， with a maximum of 133.00mg/L and a minimum of 18.60mg/L. Cihu Lake 2017 Comprehensive Nutrition Index range of 49.34～68.18， an average of 56.12， for mild nutrition.

Key words：Cihu lake;Spatiotemporal analysis;Comprehensive nutrition index method;Eutrophication

湖泊是地球表层系统各圈层相互作用的联结点，是陆地水圈的重要组成部分，与生物圈、大气圈、岩石圈关系密切[1]。湖泊在城市供水、防洪、航運、水产养殖及维系区域生态安全等发挥着重要作用。近几十年来，我国湖泊水量、水质、水生生物种群和数量变化显著。生态系统退化，水体富营养、受人类干扰强烈等成为中国湖泊存在的普遍问题[2～5]。长江中下游是我国淡水湖泊相对集中的区域，这些湖泊中的绝大多数已处于中营养或富营养水平。富营养化会导致一系列的生态响应，这些响应包括沉水植物消亡、蓝藻水华暴发及水生动物等趋于死亡或绝迹、生物多样性降低，破坏湖泊原有的生态系统结构和功能，严重影响了湖泊水资源的开发利用，制约了地方经济的可持续发展[6～9]。

磁湖位于长江中游南岸，湖北省黄石市中心，是以城市景观以及生态调节为主要功能，集防洪、防涝、养殖、工业用水和游览等为一体的城中浅水湖泊[10]。它以杭州路为界，分为南、北2个半湖，是形成黄石市这个山水园林城市的天然基础，磁湖周边人口密集，沿岸分布着50多个建材、冶金、机械、煤炭、纺织、化工、食品等行业多个规模以上企业，长期遭受工业废水以及生活废水的污染[11]。已有研究表明，磁湖水体污染严重，主要表现在氮、磷含量过高，超过水体的自净能力，富营养化特征十分明显[12～13]。本文以2017年监测数据为主，着重分析影响磁湖的透明度（SD）、氨氮（NH3-N）、总氮（TN）、总磷（TP）、叶绿素a（Chla）、高锰酸钾指数（CODMn）等磁湖水质状况及进行富营养化评价，为磁湖环境治理提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 采样点设置

以杭州路为界，在南磁湖和北磁湖设置7个采样点，逢单月监测。具体点位对应名称为：磁湖3#（琥珀山庄），磁湖5#（南半湖湖心），磁湖7#（澄月桥），磁湖8#（长虹桥），磁湖10#（湖北理工学院），磁湖11#（北半湖湖心），磁湖12#（鲇鱼墩） 。其中，分别代表南北半湖及连通区域。

1.2 样品采集

2017年在7个省控断面采样点逢单月采样，水样采集于水体表层0.5m处，现场用塞氏盘法测量透明度（SD），采集后分装于若干聚乙烯瓶中，运回实验室低温保存，于72h内测定相关的水质参数。

1.3 样品分析测试

水样按照《地表水环境质量标准》进行分析测试。TN采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法（GB 11894—89），TP采用钼锑抗分光光度法（GB 11893-89）， Chla采用分光光度法（《水和废水监测分析方法》（第四版）），NH3-N采用纳氏试剂分光光度法（HJ 535-2009）。CODMn采用酸性法（GB11892—1989）。

1.4 富营养化评价

本文选用中国环境监测总站推荐的综合营养指数法[14]对磁湖进行富营养化评价。公式为：

式中，TLI（Σ）为综合营养状态指数;代表第j种参数的营养状态指数;为第j种参数的营养状态指数的相关权重。

以Chla作为基准参数，为第j种参数与基准参数Chla的相关系数;m为评价参数的个数。

湖泊（水库）营养状态分级：TLI（∑）< 30.00为贫营养;30.00

2 结果与讨论

2.1 SD时空特征分析

磁湖水体SD呈时空变化，全年平均为0.59m。春夏两季平均为0.66m，秋冬两季为0.51m。其中，3月平均最高，为0.70m，11月最低，为0.44m。磁湖南半湖SD均低于北半湖，南半湖平均为0.51m，北半湖为0.68m，理工学院最高，为0.70m，琥珀山庄最低，为0.47m。北半湖附近绿化较好，周围分布众多的芦苇及水草等，生活污水等经过逐层的净化作用，使得流入水体的污染物浓度降低，故北半湖水体透明度较高。

2.2 Chla的时空变化特征

磁湖水体中Chla平均为40.12mg/m3，季节性波动较大， 总体表现为春夏低于秋冬，7月浓度最高，为60.94mg/m3，11月份最低，为19.53mg/ m3， 3月变化幅度最大，最高为133.00mg/m3，最低为18.60mg/m3。空间性表现为南半湖高于北半湖，南半湖平均为45.73mg/m3，琥珀山庄最高，为58.43mg/m3，澄月桥最低，为38.98mg/ m3。北半湖平均为32.64mg/m3，其中鲇鱼墩最高，为35.48mg/ m3，最低为北半湖湖心，为31.22mg/m3。Chla是富营养化常见的响应指标，是藻类光合作用的主要色素，可以利用Chla来评价藻类生长状况[10～11]。北半湖营养盐来源主要来自地面径流，而南半湖周边存在着废弃鱼塘及小型生活垃圾堆场等，历史沉积物较多，营养元素来源多，藻类较多，故叶绿素a高于北半湖。

2.3 TN时空变化特征

按照地表水水域功能与标准分类，磁湖属Ⅲ类水。磁湖TN平均为1.48mg/L，Ⅳ类水。南半湖TN浓度高于北半湖，为2.21mg/L，超出Ⅲ类水标准限值2.21倍，原因为南半湖绿化相对较弱，周边分布着废弃的鱼塘及小型菜田面源污染等，營养元素来源广，也有可能为污水截流不彻底等致使生活污水和工业废水等点源污染直接排入湖内致TN超过标准限值。其中琥珀山庄浓度最高，为2.89mg/L，澄月桥最低，为1.62mg/L。北半湖平均为0.94mg/L，符合Ⅲ类水标准。其中，北半湖三个采样点理工学院、北半湖湖心和鲇鱼墩在不同月份均有超过Ⅲ类水标准限值，为Ⅳ类水或Ⅴ类水。长虹桥处于南北半湖之间，平均为0.89mg/L， 符合Ⅲ类水标准，北半湖周围绿化较好，主要污染来源为道路尘、大气降水等，相对于南半湖污染来源较少。磁湖季节性表现为春夏高于秋冬，其中1月浓度最高，为2.32mg/L， 9月最低，为1.04mg/L。

2.4 TP的时空变化特征

TP的季节性变化明显，TP季节性特征表现为春夏低于秋冬，与TN相反，平均为0.09mg/L，超出磁湖水域功能标准限值1.87倍，为Ⅳ类水。秋冬两季平均为0.11mg/L，为Ⅴ类水，春夏平均为0.08mg/L，为Ⅳ类水。其中，9月TP浓度最高，为0.13mg/L，1月最低，为0.07mg/L，3月TP的浓度变化最明显，最高为0.15 mg/L，最低为0.05 mg/L。琥珀山庄TP平均最高，为0.12mg/L，北半湖湖心最低，为0.08 mg/L。空间变化表现为南半湖高于北半湖，与TN相似，南半湖为0.10mg/L，为Ⅴ类水，琥珀山庄最高，为0.12mg/L，北半湖为0.08mg/L，为Ⅳ类水，鲇鱼墩最高，为0.09mg/L，长虹桥处于南北半湖中间，为0.90mg/L，属Ⅳ类水，原因为南半湖绿化相对较弱，周边分布着废弃的鱼塘、小型生活垃圾堆场等营养盐来源，也有可能为生活和工业废水截流不彻底等致使TP超过标准限值，磁湖各采样点除鲇鱼墩3月数据外，均超过磁湖水域功能标准限值。

2.5 CODMn时空变化特征

磁湖CODMn平均为4.11mg/L，为Ⅲ类水，春夏平均浓度低于秋冬，其中11月最高，为4.93mg/L，1月最低，为3.40mg/L。南半湖平均浓度高于北半湖。其中南半湖湖心最高，为4.58mg/L，理工学院最低，为3.75mg/L。从南半湖来看，南半湖湖心与澄月桥曲线类似，琥珀山庄南半湖湖心季节性变化明显，春夏季增减曲线类似，均表现为先增后减后增。秋冬季，南半湖湖心持续增长，琥珀山庄先增后减。北半湖各点增减曲线类似，春夏季数值较稳定，秋冬季有小幅度变化。

2.6 NH3-N时空变化特征

磁湖全年NH3-N平均为0.28mg/L，为Ⅱ类水，磁湖NH3-N浓度时空变化明显。其中琥珀山庄浓度变化剧烈，呈锯齿状变化，3月达到全年NH3-N浓度峰值，为1.45mg/L。北半湖各点曲线趋于一致，但也有不同之处，理工学院较于其他两点3月至5月小幅度升高。

2.7 富营养化评价

如图7，磁湖2017年综合营养指数范围为49.34～68.18，平均为56.12，为轻度富营养。全年营养水平为南半湖>北半湖，南半湖平均值为59.21，北半湖平均值为53.45，均为轻度富营养，具体表现为：琥珀山庄>南半湖湖心>澄月桥>长虹桥 >鲇鱼墩>理工学院>北半湖湖心。其中，营养水平与季节变换相关，总体表现为：秋冬>春夏，其中，9月综合营养指数最高，为58.61，5月最低，为54.25，均为轻度富营养化，具体表现为：9月>11月>7月>1月>3月>5月。磁湖总体处于轻度富营养化状态，且南半湖营养水平高于北半湖，与南半湖入湖排污口截污不彻底，入湖港渠雨污混流，导致南半湖营养水平较高的现状相符。

3 结论

磁湖水体污染物浓度除NH3-N外，均超过Ⅲ类水标准限值，其中TP为首要污染物，平均值为，0.09mg/L，为Ⅳ类水，且秋冬两季平均浓度最高，为0.11mg/L，为Ⅴ类水。TN空间性特征于TP相似，表现为南半湖高于北半湖，其季节性变化明显，春夏两季浓度平均值高于秋冬，且都超过Ⅳ类水标准限值。CODMn全年平均浓度为4.11mg/L，为III类水。NH3-N全年平均为0.28mg/L，为Ⅱ类水，其中磁湖山庄3月份数据浓度为全年最高值，为1.45mg/L，为Ⅳ类水。

磁湖水体SD平均为0.59m，春夏两季较高，平均值为0.66m， 秋冬较低，平均值为0.51m。南半湖平均值为0.51m，北半湖平均值为0.68m。磁湖水体中Chla平均浓度为40.12mg/m3，季节性波动较大，浓度变化表现为秋冬高于春夏，且在3月各采样点变化幅度最大，最高为133.00mg/m3，最低为18.60mg/m3。

磁湖2017年综合营养状态指数范围为49.34至68.18，平均值为56.12，轻度富营养化，营养水平与季节变换相关，总体表现为：秋冬>春夏，其中，9月综合营养指数最高，为58.61，5月最低，为54.25，均为轻度富营养化。

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收稿日期：2019-05-08

作者简介：柯振东（1970-），男，高级工程师，研究方向为环境监测。