爱护南京的母亲湖——玄武湖水质研学报告

陶 最

玄武湖坐落于紫金山西麓，呵护于龙盘虎踞之中，掩映在湖光山色之下，四季四景，变幻着迷人的色调。南京人喜爱玄武湖的静、湖面撩人的风、满眼掩映的绿、厚实的文化沉淀，更热爱景区内初春腊梅樱花斗艳、夏日垂柳依依荷叶婆娑、深秋彩叶缤纷满地金黄、冬季阴雨霏霏的诗意盎然。

玄武湖作为南京主城区重要的蓄水调控湖泊，与穿插于南京的秦淮河水系紧密相连，其水质状况与周边地区生活用水的供应和净化处理密切相关，是市政府重要的水质管控地区之一。通过城市的雨污分流工程、清淤工程、污水处理项目建设的实施，极大改善了玄武湖水质的整体状况。然而，玄武湖景区因紧邻城市生活区，不和谐的状况时有发生。特别在湖面拐角、水流不畅或者人际稀少的地方，经常能发现水中漂浮着垃圾和死鱼。出于对南京后花园景区爱护呵护的责任感，将学校学到的理论与身边的自然科学结合，我将假期研学活动定位于玄武湖水质状况的调查：湖区周边供水通道和水动力条件与玄武湖水质的关系？周边污水控制措施对玄武湖水质的影响？

玄武湖属于长江水道改道后的残余河道型湖泊，是紫金山及周边市区的雨水、污水的汇集水体。湖区周边的金川河、太平门泵站、紫金山沟等是玄武湖的主要供水通道，武庙闸及珍珠河连接内秦淮河水系，作为出水调控通道。根据玄武湖周边水系的进出通道，研学活动选择5个取水点位的河道与湖水，进行水质控样分析（图1），并增加玄武湖翠洲的水质作为基准点。结合上述点位部署的污水处理设施情况、湖水环境的水动力条件分析，期望能发现玄武湖水质的区域差异分布规律，为提升玄武湖风景区的水质管控提供思路。

水质控样点的环境

样点1-A：珍珠河，采样编号：TZ200308-1-A

日期：2020 年3 月8 日

天气：阴天

珍珠河地处南京市政府及东南大学文教区，为南京市重点治理河道。河道两旁植被立体分布、雨污分流体系完善，环境优美。

1、河道水流动力明显，水色偏绿，无明显异味，清洁工人打捞水面漂浮物。水面交错布置绿植排筏，植物类型为香菇草和菖蒲（图2），排筏分列河道两侧，保持河道中部水面充分接触空气及大面积透光，实现对河水的杀菌作用，防治河水腐臭。同时，河水中的污染物可以被两旁的净化植物基本吸收，根据水中浓度差的原理，河道中央的污染物会自动向两旁均衡，实现净化河道的作用。

香菇草（拉丁名：Hydro cotyle vulgaris）：超强的适应能力和繁殖能力，能适应从水到旱、从强光到荫蔽等多种生存环境，有着较好的耐受性，常用于室内净化空气。珍珠河水面香菇草圈闭于网状排筏，根系茂密生长于水下，可以有效降低水流速度、吸收水体污染物，起到一定的水质净化作用。

菖蒲（拉丁名：Acorus cala mus）：分别为由长方形的塑料管围起来, 在绿色塑料浮排上一格一格栽种。仔细观察可以看出，菖蒲则有序排布，大都长势优良，其根系与香菇草具有同样的净化水质的功能，吸收水中的营养物质生长。菖蒲是现在城市河道水源立体化治理的重要植物类型，可以有效处理富营养水体的COD 和总氮含量净化处理，保持清洁水体水质。

2、河道两侧砌有水泥固化墙，墙上有雨水管道，可将雨水排入河流，无污染。河道水下，一侧设有污水管道，污水不与河水直接接触，单独收集，可实现雨污分流，不污染水质。污水管每隔20 米左右设有清洁桩。若污水管堵塞，工人可直接打开清洁桩，疏通污水管。

3、河岸两侧水泥固化墙上方及附近岸边栽有植被。水泥固墙起到了固化水土，防治水土流失的作用。岸上植被主要类型为金边黄杨和光叶海桐（图2），有序排布，既起到了固化水土的作用，又能净化地表径流，防止脏水流向河中。

光叶海桐（拉丁名：Pittosp orumg labratum）：喜温暖湿润的海洋性气候，喜光，亦耐荫。对土壤要求不高，粘土、沙土、偏碱性土及中性土均能适应。常种植于河道护堤和海滨地区。

金边黄杨（拉丁名：Euonymusja ponicus）：喜光，稍耐阴，适应性强，耐旱，耐寒冷，萌芽力和发枝力强，耐修剪，耐瘠薄，适宜在肥沃、湿润的微酸性土壤中生长。具有非常好的抗污染性，可以有效吸收二氧化硫，分布于中国中部和日本，在中国各地园林中栽植十分普遍。样点1-B：武庙闸，采样编号：TZ200308-1-B

武庙闸位于南京市玄武区玄武湖公园内，其历史最早可以追溯到三国东吴时期。明朝时，朱元璋为了控制城内河道的水位修建武庙闸，至今仍在使用，是南京使用时间最长的水位调节闸口。由闸口板，两侧水道，污水管以及水泥墙壁组成（图3）。

湖水由玄武湖流向珍珠河，平时由两侧水道汇聚于珍珠河，湖水水位高时打开闸门放水。湖水与污水管道分离，周围由水泥墙壁围成，无明显植被。水面波涛汹涌，水动力条件明显强于珍珠河，富氧条件良好，水体污染较小，水质视觉观测清澈。

图2：珍珠河水质净化植被与两岸立体绿化情况

样点2-B：太平花园旁湖边，采样编号：TZ200308-2-B

日期：2020 年3 月8 日

天气：阴天

玄武湖东南太平花园附近处于湖湾处，水中淤泥较多，植被丰富，有大量的水藻、荷叶、芦苇以及水杉。水流相对静止，水动力条件不足。野外观察水质较差，还有大量的散落垃圾，污染物聚集（图4），包括泡沫，塑料瓶，死鱼，废弃的自行车等。

图3：武庙闸排水系统状况

图4：太平花园附近环境

样点3-A：金川河，采样编号：TZ200310-3-A

日期：2020 年3 月10 日

天气：晴天

金川河位于玄武湖北部，河道两旁植被种类丰富，错落有致，环境优美。因靠近神策门公园，常年有大量游客游览。

金川河河面宽广，河水源源不断地流动，水动力条件较好。其西岸为植被覆盖，种类繁多，如青草，红叶石楠，羊蹄和柳树等（图5）。东岸为湖景花园居民区，岸边也种植着少量植被，包括青草，柳树和桃树等。两岸都铺有木栈道，供游客行走。总体上来看水质情况良好，无明显污染。政府对金川河进行了合理的水质治理，两岸的植被起到固化水土，净化地表径流的作用；雨水和污水分流排放，居民区的生活污水不直接排放进金川河内，使得水质条件符合标准。

羊蹄（拉丁名：Rum e x ja p onic us）：喜欢温暖、潮湿、阴凉的生长环境，常常生长在田埂、路边、荒野、村边，在我国南方各地常见，具有一定药用价值。

红叶石楠（拉丁名：Photinia fra se ri）：温暖潮湿的环境中生长良好。直射光照下，色彩更为鲜艳。具有极强的抗阴能力和抗干旱能力，但是不抗水湿。红叶石楠抗盐碱性较好，对土壤要求不严格，适宜生长于各种土壤中。但更适合在微酸性的土质中生长，尤喜砂质土壤。对于气候以及气温的要求比较宽松，能够抵抗低温的环境。

样品点3-B：金川河入湖口，采样编号：TZ200310-3-B

日期：2020 年3 月10 日

天气：晴天

金川河入湖口位于玄武湖风景区内，环境优美，景色宜人。

由于湖中水位较高，金川河闸门关闭，暂时由一旁自来水管道向湖中输入自来水。湖岸栽种着大量植被，包括青草，红叶石楠，海桐和柳树等。湖水较为清澈，可看见水中的水藻，湖中离岸边一段距离处设有栅栏（图6）。

政府加强了玄武湖风景区的治理，在湖水高时向湖中排放洁净的自来水，既可以保证湖水的循环，提高湖水的富氧度，又同时净化了水质，保护玄武湖健康的生态环境。湖岸栽种的植被起到了美化环境，固化水土与净化地表径流的作用，栅栏起到了过滤杂物净化湖水的作用。

样点4-A：紫金山沟，采样编号：TZ200310-4-A

日期：2020 年3 月10 日

天气：晴天

紫金山沟位于南京市锁金村小区，周围居民区环绕，植被覆盖稀少，缺乏净水设施。

紫金山沟两旁为水泥加固的河道，周围为居民区，无明显植被（图7）。水流从紫金山上流下，水道狭窄，水质清晰度较差，颜色较深，水面上有一层油污，并伴随着刺激性的恶臭气味。同时，紫金山沟存在将生活污水直接排入河流的现象，附近缺少植被和净水设施导致河流污染严重，若直接排放进入玄武湖会造成玄武湖的污染。

样点4-B：紫金山沟入湖口，采样编号：TZ200310-4-B

天气：晴天

紫金山沟入湖口位于玄武湖风景区内，环境良好，四周有植被覆盖，岸边建有水泥马路供游客行走。

紫金山沟入湖口在排水口前新增加了一个四周由水泥加固墙造成的污水池，以净化水质（图8）。该处与金川河一样，闸门没有打开，而是设有过滤后的自来水排水口，将自来水排放进湖中。由于紫金山沟的水质较差，因此河水不能直接排放进入玄武湖中。河水先在污水池中进行沉淀过滤，等颗粒较大的污染物沉积下来后再排放进湖中。该处有人工清淤，防止排水口堵塞。

图5：金川河两岸植被

样点 5-B：玄武湖翠洲，采样编号：TZ200310-5-B

日期：2020 年3 月10 日

天气：晴天

翠洲位于玄武湖风景区内玄武湖中心，湖水环绕，绿树成荫，生态环境良好。周围设置有木栈道，连通湖中各岛及方便游客行走。

翠洲水质清澈，水面广阔，波光粼粼，水下植物清晰可见。植被种类较多，包括金钱草，茨菇（图9），芦苇和水杉等。湖水水动力条件较好，且水域面积宽广，富氧量较高，无明显污染源。

金钱草（拉丁名：Lysimachia christinae）：适宜在温暖、湿润的气候条件下生长，不耐寒。对土壤要求不严，但以疏松、肥沃、排水良好、腐殖质较多的砂质壤土为佳。常见于田野、林缘、路边、林间草地、溪边河畔或村旁阴湿草丛中。

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茨菇（拉丁名：Sag ittaria sagittifolia）：泽泻科多年生沼泽草本植物，温暖湿润的环境下生长良好。具有很强的适应性，在陆地上以及各种水面的浅水区均能生长。

图6：金川河入湖口植被与水质情况

水质污染与环境的观察分析

玄武湖及周环境5 个水质控样点位，围绕湖水的进水与出水水道进行控制，也代表玄武湖景区周边居民居住情况、污水处理设施布局情况、玄武湖水流动力情况等差异（图1）。进入玄武湖的入湖口为北部的金川河和东部的紫金山沟，玄武湖出水口为南部的珍珠河，总体上形成西北部和东南部的供水体系与南部流入内秦淮河的出水体系，贯穿整个玄武湖。但是，可以看出，太平门太平花园附近的湖湾区，水动力条件弱，且紧邻太平花园的污水泵站，水面植被与水质情况明显不同于其他水质控样点。

图7：紫金山沟环境与居民区情况

金川河水质较好，水质净化处理设施和雨污分流管控措施到位，入湖口水生植物和湖岸植被立体净化布局合理，湖面开阔、水动力条件强，水体较为清洁。珍珠河水质管控优良，水体净化和河道植被立体布局净化效果明显。武庙闸的水质比较洁净，应与湖中各类植物充分净化、玄武湖湖面开阔的优势条件有关。珍珠河雨污分流措施到位，水面植物净化排筏密集，岸边立体植被布局合理，水面人工清洁工作到位，整体上可保持和控制玄武湖流入内秦淮河的良好水质。

紫金山沟的水质较差，含有大量的生活污水和垃圾，与周边居民区密集有一定的关系。该河道两岸水泥护坡缺少植被的净化功能，且简单地采用河道水流拦截沉淀净化措施，水质调控情况明显弱于其他水质控样点。由于此处与武庙闸出水口距离较近，水流未充分经过玄武湖水体的沉淀净化、植被净化等调控，可能对玄武湖的水质造成一定的影响。

图8：紫金山沟入湖口环境

表1：玄武湖水质控样点水质分析结果

图9：玄武湖翠洲水体情况

太平花园附近的玄武湖水面属于湖湾滞留环境，水面相对静止，水动力条件差。玄武湖净化水体难以触及此处湖湾滞留水体，从而形成良好的循环净化功能。此外，此处离紫金山沟入湖口较近，两处水流在湖湾区的交汇、淤积沉淀，滋生出大量水生植物，水体流通情况更加恶化。值得注意的是，该处未完全圈闭于玄武湖风景管理区内，周围人员流动大、缺少管理等人为因素，共同导致了该处水质环境的恶化。

水质污染的数据分析

为了验证野外观察的结果，水质的分析数据可提供直接的科学依据。对于玄武湖采集的5 个控样点的8 个水样，选择6 项水质指标进行了检测，包括COD、氨氮、总磷、DO（溶解氧）、SS 以及PH（表1，图10）。

1、COD（化学需氧量）反映水中受还原性物质污染的程度，这些物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等，一般COD 值越大，水质污染程度越高。由于水体中无机还原性物质的数量相对不大，而有机物污染是很普遍的，因此，COD 可作为水体中有机物质相对含量的一项综合性指标。

图10：玄武湖水质参数变化的环境控制因素

珍珠河武庙闸出水口的COD 值最大，但是玄武湖中心的翠洲湖水水质COD 值却处于基线水平。可能说明武庙闸附近较强的水动力条件，使得玄武湖下部水层的还原性物质搅动混合至上部水层而流入珍珠河。并且，玄武湖的两条入湖河道（金川河、紫金山沟）的COD 值均高于翠洲的水质COD 值，但是，太平花园湖湾区的COD 值却位于湖水的基线值区域。因此，上述5 个控样点的COD 值表现，应说明玄武湖的还原性物质主要来源于入湖河道的供应，但是受到宽阔的玄武湖水面缓冲的影响，还原性物质下沉分层，即：玄武湖水体的还原与氧化分层明显。

值得肯定的是，武庙闸水体进入珍珠河后，其COD 值明显下降。一方面可能说明珍珠河的立体植被净化设施作用明显，也可能说明珍珠河的缓冲作用也存在水体分层现象，同时，珍珠河水系的污水截留效果明显，未再次对内秦淮河水质造成影响。

2、氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4+）形式存在的氮，其含量会对水质产生影响。水中的氨氮可以在一定条件下转化成亚硝酸盐，亚硝酸盐将和蛋白质结合形成亚硝胺，这是一种强致癌物质，如果长期饮用，对人体健康极为不利。对水生生物起危害作用的主要是游离氨，其毒性比铵盐大几十倍，并随碱性的增强而增大。

玄武湖入湖河道的氨氮水平以紫金山沟及其入湖口最为明显，说明该处生活污水等人居因素对河流污染影响较大（图10）。值得关注的是，紫金山沟的PH 值也反应出相对较强的碱性水质条件，该河道的水质污染情况不容乐观。以翠洲为代表的玄武湖水质的整体氨氮情况，可能主要受到紫金山沟的供水水质影响。

3、总磷包含了水中的元素磷、正磷酸盐、缩合磷酸盐、焦磷酸盐、偏磷酸盐和有机团结合的磷酸盐等。其主要来源为生活污水、化肥、有机磷农药及近代洗涤剂所用的磷酸盐增洁剂等。水体中的磷是藻类生长需要的一种关键元素，过量磷是造成水体污秽异臭，湖泊发生富营养化和海湾出现赤潮的主要原因。

玄武湖周边供水体系的总磷依旧在紫金山沟及其入湖口水体表现最高，再次印证了紫金山沟生活污水排放的污染问题。同时，紫金山沟的总磷问题极可能与该河道周缘居民密集、洗涤剂清洁剂相关的生活排水有关，该处水体污秽恶臭，可能是含磷物品使用较高的佐证。并且，紫金山沟两岸水泥固化护坡缺少植被净化、土壤过滤等，直接影响河道总磷的含量。比较乐观的是，玄武湖翠洲总磷含量最低，说明玄武湖水体植被净化和微生物净化效果明显，且未能通过珍珠河影响内秦淮河水质总磷含量。

4、DO（溶解氧）是溶解在水中的空气中的分子态氧，其值是研究水体自净能力的一种依据。溶解氧通常有两个来源：一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。因此水中的溶解氧会由于空气里氧气的溶入及绿色水生植物的光合作用而得到不断补充。但当水体受到有机物污染，耗氧严重，溶解氧得不到及时补充，水体中的厌氧菌就会很快繁殖，有机物因腐败而使水体变黑、发臭。

数据显示武庙闸入河口的溶解氧含量最高，符合现场观察的水动力条件强的情况。玄武湖水体范围内（武庙闸、金川河入湖口、紫金山沟、玄武湖翠洲）的DO 含量总体较好，也可能与湖面开阔、大气供养条件良好有关。而太平花园附近、金川河以及紫金山沟等内河河道水体DO 值较低，一方面与内河河道有机物污染物的需氧消耗有关，另一方面也可能与水面植被净化效率不足有一定关系。

5、SS（Suspended Sub stance）指水体悬浮物含量，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥砂、黏土、微生物等。悬浮物是造成水浑浊的主要原因，其在水中的含量也是衡量水污染程度的指标之一。水体中的有机悬浮物沉积后易厌氧发酵，使水质恶化。

玄武湖水体整体悬浮物含量较好，与野外观察到的表面水质清澈一致。特别是武庙闸附近高动能水流条件下，其SS 值表现良好，充分说明玄武湖水体开阔缓冲沉淀的良好效果。但是，紫金山沟及其入湖口的悬浮物含量总体较高，与该河道地势相对陡峭、水流动力较强有关，其悬浮物可能受到河道上游紫金山植被、沉积物、生活污水等共同作用的影响，并且，该河道水泥固化护坡极有可能弱化了自然植被与土壤对颗粒物的过滤拦截与净化作用。

6、PH 指水溶液的酸碱性强弱程度，是溶液中氢离子摩尔浓度的指数含量。自然水体的PH 值一般表现为碱性，自然界偏酸性PH 指标一般与水体有机质腐殖酸的含量有一定的关系。

玄武湖5 个水质控样点的PH 值基本位于8 以上，其中太平花园附近湖湾区的水质PH值最低，同时，紫金山沟入湖口附近也相对较低。上述两处水体较低的PH 值，应主要受控于水体环境循环不畅的影响，大量死亡植物及生活有机质污染物汇聚腐烂。两地相距较近，水体中的死鱼、死亡植物等垃圾较多。

结论

玄武湖水体水质整体情况良好，其湖水主要污染区集中在湖面东南的湖湾滞留环境，太平花园与临近的紫金山沟供水体系共同污染该区的湖水水质。但是，受到玄武湖宽阔湖面的缓冲和其他入湖河道水系净化处理设施的有效管控，特别是立体绿化植被净化、雨污截流等措施的实施，以翠洲水质为代表的玄武湖水质状况良好。特别是总磷、氨氮以及悬浮物等表现优良。但是，值得注意的是，玄武湖水体分层现象明显，水体下部还原性物质聚集，在水动力条件良好（如武庙闸）的情况下，下部还原性物质上涌可能会影响玄武湖整体水质。

针对紫金山沟是玄武湖主要污染源的问题，政府新修建净水处理站（图11）将达到日处理污水能力20000m3，将原进入湖滨泵站的紫金山沟上游来水提升、就地净化，再将清澈的河水外排至外金川河，为金川河流域实施生态补水。即可有效净化紫金山沟上游污染河水，又可跨流域调水，形成紫金山沟至金川河的系统水质净化功效。个人建议，针对紫金山沟的污染，可借鉴其他河道立体绿化、自然过滤的经验，减少水泥固化护坡，增强自然体系的植被和土壤对对总磷、总悬浮物的过滤缓冲，并为周围居民聚集区提供良好的休闲休憩环境，共同构建玄武湖景区环境的整体化治理体系。

图11：建设中的湖滨净水站

太平花园附近的湖湾滞留水体的污染，需实施常态化清淤或建造抽水机使该处湖水活起来，种植净水植被。玄武湖周围应该增大力度，种植具有净水作用的植物如香菇草，菖蒲等。既可以净化水质，又能够美化环境，改善玄武湖周边的人居环境。强化民众对玄武湖水质的共同关爱宣传和参与，落实巡查、监督、保洁等日常工作，增强民众的环境保护意识，逐步提高玄武湖景区的水质水平。

此次对玄武湖水质调查的研学活动，从科学的角度增强了个人理论知识的深入认识，更学会了从表面认识本质的科学思路。自己明显感觉到不再是享受自然馈赠的一个过客，而是切实投入环境保护行动的未来力量。希望通过类似的科学研学活动，吸引更多的小小科学家，使玄武湖的生态环境不断优化，守住这片秀丽景色，带给市民们一个风景如画的新玄武湖。