黄浦江上游感潮水文条件对金泽水源地原水水质影响

宋一超，王先云，张翼飞，侯伟昳，张 午

(1.上海城投原水有限公司，上海 200125；2.上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司，上海 200082)

感潮河段是指入海河流受潮汐作用影响的一段河流。感潮段的水流在月球引潮力作用下，发生涨、落潮周期性的变化。感潮河段既受上游内陆河段来水的影响，又受河口潮汐周期性变化的作用，致使水流的流向、流速、流量经常发生剧烈变化，从而造成水质问题的复杂性[1]。

上海市黄浦江上游是继长江水源后又一重要的城市水源，是形成上海市“两江并举、多源互补”总体原水布局的重要组成部分，承担了向上海市部分市区和青浦、松江、金山、奉贤等郊区水厂的原水供应[2]。太浦河金泽段为黄浦江上游饮用水水源取水口所在，水位变化受长江口潮汐和太湖下泻径流影响，是一条中等强度的感潮河流，其水质优劣直接影响金泽水源水质。如图1所示，为更好地了解饮用水水源取水口水质的变化特征，进一步提高上海市供水保障能力，本文以距离金泽较近的上海佘山港口潮汐时间为参考，以2018年9月—2019年7月每月大小潮日期为时间点，对上海黄浦江水源取水口太浦河金泽段不同潮汐条件下各水质指标进行分析，比较太浦河金泽在不同潮汐条件下的水质差异，了解感潮作用对饮用水水源取水口的水质影响，为金泽水源地取水方案优化完善等提供基础数据和依据。

图1 金泽和佘山港方位Fig.1 Location of Jinze and Sheshan Port

1 指标与方法

文中主要涉及浑浊度、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮、溶解氧(DO)、高锰酸盐指数(CODMn)、总有机碳(TOC)、锑共8项指标，所有指标均源于水质在线实时监测系统。

TN采用过硫酸钾紫外分光光度法(岛津，TNP-4110)，TP采用碱性过硫酸钾紫外分光光度法(岛津，TNP-4110)，氨氮采用水杨酸分光光度法(岛津，NHN-4210)，CODMn采用酸式高锰酸钾法(科泽，K301)，TOC采用催化氧化燃烧非分散红外(NDIR)CO2气体检测法(岛津，TOC-4200)，锑采用ICP-MS法(谱育，SUPEC7000)，浑浊度采用90°红外光散射法(YSI，EXO2)，DO浓度采用荧光寿命法(YSI，EXO2)。

2 结果与分析

2.1 大小潮太浦河金泽水位

调研周期内佘山港每月大小潮日期太浦河金泽水位变化如图2所示。以当日最高水位与最低水位差值为当日最大水位差，结果显示：小潮最大水位差为14～31 cm，大潮最大水位差为30～45 cm，大小潮日最大水位差相差6～24 cm。对每月大小潮日最大水位差进行成对样本t检验，结果显示：大小潮日最大水位差存在极显著差异(n=10，t=4.744，p=0.000)，即大潮最大水位差极显著大于小潮最大水位差，且大潮日太浦河水位波动性极显著大于小潮日。水位分析结果可以佐证，选择佘山港大小潮日作为太浦河金泽的大小潮参考日期，可以反映太浦河金泽段感潮作用下的水位变化及水体波动性。

图2 2018年9月—2019年7月太浦河金泽大小潮水位Fig.2 Water Level of Jinze Section of Taipu River during Spring and Neap Tides during Sept 2018 to July 2019

另外，一般来说，大潮日期太浦河水位高于小潮日期，但由于太浦河为开放性河流，太湖下泻等上游来水引起的水量变化也会影响水位，且太浦河本身为中等强度感潮河流，导致个别月份如9月、1月大小潮最大水位较接近，具体情况有待进一步深入研究。

2.2 大小潮对水质影响

2.2.1 浑浊度和溶解氧

如图3所示，浑浊度在13～80 NTU变化，主要集中在20～35 NTU，平均为24.2 NTU，不同时间浑浊度呈现波动性变化。分别对每月大小潮日浑浊度进行双样本平均值t检验，结果显示：1月大小潮日浑浊度不存在显著差异(n=23，t=0.584，p=0.667)，9月—10月、4月、6月大潮日浑浊度极显著低于小潮日(n均为23，t=3.764、4.562、4.853、6.532，p均为0.000)，3月大潮日浑浊度显著低于小潮日(n=23，t=1.857，p=0.028)，11月—12月、2月、5月大潮日浑浊度极显著高于小潮日(n均为23，t=7.439、6.540、3.986、4.367，p均为0.000)，7月大潮日浑浊度显著高于小潮日(n=23，t=1.276，p=0.011)。综上，大潮日浑浊度平均值小于等于小潮日的月份占比达54.5%，其中，大潮日小于小潮日的月份占比为45.5%，大潮日高于小潮日的月份占比45.4%，说明大潮对太浦河金泽水体浑浊度的影响与小潮对浑浊度的影响差别不大。

图3 大小潮日浑浊度和溶解氧变化Fig.3 Variation of Turbidity and Dissolved Oxygen during Spring and Neap Tides

DO浓度在3.5～10.45 mg/L变化，平均为7.44 mg/L，不同时间DO浓度呈现波动性变化。分别对每月大小潮日DO浓度进行双样本平均值t检验，结果显示：9月、11月、1月—4月、7月大潮日DO极显著高于小潮日，10月、12月、5月—6月大潮日DO极显著低于小潮日(n均为23，t=3.890、5.290、4.698、4.268，p均为0.000)。其中，大潮日DO高于小潮日的月份占比达63.6%，大潮日低于小潮日的月份占比为36.4%，说明大潮整体上利于太浦河金泽DO浓度的升高。

2.2.2 氮和磷

如表4所示，金泽氨氮浓度在0.15～0.46 mg/L变化，平均为0.29 mg/L，不同时间氨氮浓度呈现季节性波动变化。双样本平均值t检验结果显示：9月、1月—2月大小潮日氨氮浓度不存在显著差异(n均为23，t=0.357、0.224、1.424，p=0.717、0.563、0.094)，12月、6月—7月大潮日极显著低于小潮日(n均为23，t=3.785、4.852、5.657，p均为0.000)，10月—11月、3月—5月大潮日极显著高于小潮日。综上，大潮日氨氮平均值小于等于小潮日的月份占比为54.5%，其中，大潮日小于小潮日的月份占比为27.3%，大潮日高于小潮日的月份占比为45.5%，说明大潮整体不利于氨氮的降低。

TN浓度在0.53～3.20 mg/L变化，平均为1.84 mg/L，不同时间TN浓度呈现季节性波动变化。双样本平均值t检验结果显示：2月、5月大小潮日TN不存在显著性差异(n均为23，t=0.856、0.428，p=0.188、0.538)，9月—12月、1月、3月—4月、6月大潮日TN极显著低于小潮日，7月大潮日显著高于小潮日(n=23，t=5.725，p=0.000)。综上，大潮日TN浓度平均值小于等于小潮日的月份占比为90.9%，其中，大潮日小于小潮日的月份占比为72.7%，大潮日高于小潮日的月份占比为9.1%，说明大潮整体上利于太浦河金泽TN浓度的降低。

图4 大小潮氮磷浓度变化Fig.4 Variation of Nitrogen and Phosphorus Concentration during Spring and Neap Tides

图5 高锰酸盐指数和总有机碳浓度分布情况Fig.5 Differences of Permanganate Index and Total Organic Carbon Concentration during Spring and Neap Tides

TP浓度在0.04～0.24 mg/L变化，平均为0.13 mg/L，不同时间TP呈现波动性变化。双样本平均值t检验结果显示：11月、1月、6月大小潮日TP浓度平均值不存在显著差异(n均为23，t=0.128、0.285、1.452，p=0.942、0.861、0.088)，9月—10月、3月—4月大潮日极显著低于小潮日，2月大潮日显著低于小潮日(n=23，t=1.714，p=0.050)，12月、5月大潮日极显著高于小潮日(n均为23，t=10.457、5.427，p均为0.000)，7月大潮日显著高于小潮日。综上，大潮日TP浓度平均值小于等于小潮日的月份占比为72.7%，其中，大潮日小于小潮日的月份占比为45.5%，大潮日高于小潮日的月份占比为18.2%，说明大潮整体上利于太浦河金泽TP浓度的降低。

2.2.3 高锰酸盐指数和总有机碳

如表5所示，CODMn在0.51～7.30 mg/L变化，平均为4.01 mg/L，不同时间CODMn呈现波动性变化。双样本平均值t检验结果显示：9月、3月、5月大小潮日CODMn平均值不存在显著差异(n均为23，t=0.865、0.253、0.425，p=0.210、0.580、0.350)，10月—12月、4月、6月大潮日显著低于小潮日，1月、2月、7月大潮日极显著高于小潮日(n均为23，t=2.915、2.956、3.560，p均为0.000)。综上，大潮日CODMn平均值小于等于小潮日的月份占比为72.7%，其中，大潮日小于小潮日的月份占比为45.5%，大潮日高于小潮日的月份占比为27.3%，说明大潮整体上利于太浦河金泽CODMn的降低。

TOC在3.48～7.34 mg/L变化，平均为4.40 mg/L，不同时间TOC呈现波动性变化。双样本平均值t检验结果显示：9月、11月、2月—3月大小潮日TOC浓度平均值不存在显著差异，10月、12月、1月、5月大潮日极显著低于低潮日，4月、6月大潮日显著低于小潮日，7月大潮日极显著高于小潮日(n=23，t=4.238，p=0.000)。综上，大潮日TOC浓度平均值小于等于小潮日的月份占比为90.9%，其中，大潮日小于小潮日的月份占比为54.5%，大潮日高于小潮日的月份占比为9.1%，说明大潮整体上利于太浦河金泽TOC浓度的降低。

2.2.4 锑

如表6所示，锑浓度在1.46～3.23 μg/L变化，平均为2.15 μg/L，不同时间锑浓度波动性变化，无超标现象。双样本平均值t检验结果显示：10月、3月大小潮日锑浓度平均值不存在显著差异，9月、1月、4月、6月大潮日极显著低于低潮日，11月—12月、2月、7月大潮日极显著高于小潮日，5月大潮日显著高于小潮日。综上，大潮日锑浓度平均值小于等于小潮日的月份占比为54.5%，其中，大潮日小于小潮日的月份占比为36.4%，大潮日大于小潮日月份占比为45.5%，说明大潮对太浦河金泽锑浓度无明显影响。

图6 锑浓度分布情况Fig.6 Differences of Antimony Concentration during Spring and Neap Tides

2.3 涨落潮对水质影响

如图7～图9所示，以每日最高潮位和最低潮位时刻代表涨落潮时刻，比较关键水质指标：浑浊度、DO、氨氮、CODMn、TN、TP、TOC、锑，分析涨落潮对太浦河金泽水质影响。对各水质指标涨落潮时浓度进行成对样本t检验，结果显示，涨落潮时浑浊度存在极显著差异(n=43，t=3.298，p=0.000)。涨潮时浑浊度较落潮时高3.1 NTU，因此，可以认为涨潮可能会导致太浦河金泽浑浊度升高。DO、氨氮、TN、TP、CODMn、TOC、锑浓度差异均未达显著水平，说明涨落潮对这些指标的浓度变化无明显影响。

图7 涨落潮时浑浊度和溶解氧浓度分布Fig.7 Differences of Turbidity and Dissolved Oxygen during Ebb and Flow of Tides

图8 涨落潮时氮磷浓度分布情况Fig.8 Differences of Nitrogen and Phosphorus during Ebb and Flow of Tide

图9 涨落潮时高锰酸盐指数、总有机碳、锑浓度分布情况Fig.9 Differences of Permanganate Index, Antimony and Total Organic Carbon Concentration during Ebb and Flow of Tide

3 讨论

太浦河位于太湖流域下游阳澄淀泖区、杭嘉湖区之间，水量水质受太湖来水、两岸支流汇入及黄浦江潮水上溯影响。由于短时间内上游来水水量未发生明显变化，可认为各大小潮日期的水位差主要源于感潮作用的存在。本文统计结果发现，太浦河金泽段每月对应大小潮日期最大水位差相差6～24 cm，存在极显著差异，进一步佐证了太浦河金泽段确实存在感潮作用。感潮作用一方面会通过倒灌引起河道水位水量变化，另一方面不同的潮差也会影响水体的波动性、水文条件等，从而对DO、氮磷营养盐等水质指标产生影响。

太浦河为沟通太湖和黄浦江的人工河道，黄浦江通过吴淞口与长江口相通；但太浦河东端并非直接与黄浦江相通，而是先与拦路港、红旗塘汇合形成横潦泾，再与大泖港汇合流入黄浦江。因此，推测太浦河金泽段感潮作用中的倒灌潮水来源于东海、长江、黄浦江、大泖港、红旗塘、拦路港等的混合水体。车越等[3]对黄浦江上游来水对黄浦江松浦大桥水源地水质关联性分析指出，黄浦江松浦大桥水质主要受大泖港影响，其次是红旗塘，而受太浦河、拦路港影响较小，且黄浦江松浦大桥水质明显劣于太浦河。吴新华等[4]认为，感潮河道内潮流倒灌与下泻径流的相互作用，短时间内可影响到污染负荷的迁移和水体自净能力的变化，滞留量的大小决定上溯潮流对水质的影响程度，大潮时滞留量明显高于小潮。本文分析结果显示，大潮整体上利于太浦河金泽氮磷、有机物、DO等水质指标的提升。吴新华等[4]也曾经分析黄浦江米市渡感潮条件下的水质影响，结果同样显示米市渡大潮时水质优于小潮，而黄浦江本身的水质劣于太浦河。因此可推测，大潮时倒灌潮水滞留可能带来相对清洁的水源如长江水，从而对黄浦江水体产生了有效的稀释和水质提升作用，进而提升了太浦河金泽水质。

其他关于感潮对水质影响的研究多有报道，如李振国等[5]发现，潮汐可一定程度减轻镇江内江的污染；陈奇良等[6]认为，长江某感潮河道内落潮流污染带长度大于涨潮流；薛联青等[7]提出利用潮汐改善水环境，解决了城区河道冲污难题。吴青梅等[8]认为，涨潮对水体污染物浓度变化的影响除了体现在水容量增加的稀释作用外，潮汐形成的高水位还可以改善DO、BOD、氨氮和TN的可生化性。本文发现，大潮不利于氨氮浓度的降低，可能与氮存在形式不同有关，如广东河涌氨氮浓度为7.76 mg/L，占总氮的80%，而太浦河金泽氨氮仅为0.2～0.4 mg/L，只占总氮的17%，较低的氨氮本底可能会抑制氨氮的可生化性。文中涨落潮的时间选择是每个月大潮日期的最高水位时刻和最低水位时刻，即在一个潮汐周期内对比分析涨落潮对水质的影响。涨潮时水体波动性大于落潮，对水体的扰动作用较强，导致浑浊度轻微升高，但一个潮汐周期内的潮涨潮落对其他水质指标无明显影响。

4 结论

本文通过对黄浦江上游水源地取水口太浦河金泽段不同潮汐条件对水质的影响进行了分析讨论，得出结论：大潮利于太浦河金泽取水口水质提升；涨落潮对太浦河金泽取水口水质无显著影响。