夏季突发暴雨对磁湖水质特征的影响

张 丽，鞠定国，王 晨

(1.湖北理工学院 a.环境科学与工程学院，b.矿区环境污染控制与修复湖北省重点实验室，湖北 黄石 435003；2.武汉科技大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉 430081)

城市湖泊是城市的重要生态资源，对城市的可持续发展具有重要意义[1-2]。但是，由于城市湖泊的湖岸与湖体人工化特征明显，换水周期长，生物种类较少，其生态功能易因人类活动而遭受破坏[3-5]。随着我国城市化进程不断加快，提升城市湖泊的生态环境质量日趋紧迫。目前，有关城市湖泊污染的报道主要集中在大型城市及其周边的城市湖泊，且主要关注湖泊的富营养化问题，关于受污染的城市湖泊的水质特征分析的研究和报道较少。磁湖位于湖北省黄石市的中心，是黄石城区最大的浅水湖泊，是集防洪、防涝、养殖、游览为一体的多功能水资源地[6]。磁湖具有水浅、流动性差、底泥污染严重等城市浅水型湖泊的共同特点[7-9]。全湖水域面积约10 km2，平均水深约1.75 m。在黄石市经济快速发展的背景之下，磁湖水质污染日趋严重，湖面面积逐年减少，湖中动、植物种群大量减少，水生态环境遭到严重破坏[10]。每年6月下旬左右，黄石市处于梅雨季节，持续暴雨导致磁湖库容增加、水位上升。本文对暴雨突发事件对磁湖水质的影响进行探索，以定量掌握湖区污染物的空间分布及其浓度的实时变化状态，为磁湖规划和水质治理提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

根据磁湖的地理位置和周围环境，按照采样点的布设原则共设置19个采样点，采样点位信息见表1。分别于持续暴雨结束后的2016年7月8日、7月15日和8月29日用聚四氟乙烯塑料瓶采集样点湖面20 cm以下的表层水样2瓶各500 mL，共采集了57个样品，经预处理后冷藏保存。采样前，先用采样点处湖水清洗采样瓶3次，避免瓶中本底的影响。

表1 采样点位信息

1.2 分析方法

采用美国哈希DR3900可见光分光光度仪、美国瓦里安AA240FS+GTA120、上海雷磁pHS-3C、美国梅特勒分析天平AL204分析水样的pH、余氯、NO3--N、硫化物、化学需氧量(COD)、SS,TP，NH4+-N，Cd，Cu，Zn等指标。

2 结果与讨论

2.1 磁湖水质状况

磁湖水体的水质指标见表2。由表2可知，采样周期内磁湖水体的水质变化范围较大，其中TP，NH4+-N,COD为磁湖水体中的主要超标污染物。TP超标较为严重，3批次水样皆未达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质标准；第1批次COD和NH4+-N的合格率分别为：89.47%，36.84%；第2批次分别为：42.11%，15.79%；第3批次分别为：52.63%，31.58%。pH、硫化物的变化规律为：第2批次<第1批次<第3批次。余氯、COD，NH4+-N: 第1批次<第3批次<第2批次。NO3--N，TP：第1批次<第2批次<第3批次。SS：第3批次<第2批次<第1批次。此外，由表2可知，重金属浓度平均值表现为：Zn>Cu>Cd。另外，除个别采样点位的Cd超出浓度限值外，其余采样点的水质指标均满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质标准，说明磁湖表层水体中存在轻度的重金属污染[11-12]。

表2 磁湖水体的水质指标

续表

2.2 磁湖水质时空分布特征

2.2.1非金属指标时空分布特征

非金属指标的时空分布如图1所示。pH、硫化物的浓度整体变化一致，且南湖的第1，2批次水样的各指标变化不大，第3批次明显增大；北湖各采样点的硫化物浓度差异较大，而第3批次除N-8，N-9，N-10比较平稳外，其余各采样点的pH几乎保持在同一水平，表明磁湖水质的pH在经过水位回降之后趋于平稳，而高pH值可以引起沉积物中的磷溶解和向湖水中释放[13]，这也与本次所测得TP含量较高相佐证。NO3--N和TP浓度在时空分布上表现出较高的一致性，其在第3批次样点N-6和S-7中出现突增，这与周围居民以磁湖水作为日常洗衣用水并使用含磷含氮的清洁剂相关。另外，可能由于强降雨的冲淋与湖水漫上周边植被，使土壤中的氮磷元素浸出造成。

3批次各采样点COD浓度无较大差异，且表现为：第1批次<第2批次<第3批次，可能是暴雨携带的有机物使COD值升高而水体自净能力不够而导致此现象。余氯含量较低，但第2批次水样明显高于第1批次与第3批次。

(a) pH

(b) 余氯

(c) NO3--N

(d) 硫化物

(e) SS

(f) COD

(g) NH4+-N

(h) TP

2.2.2重金属时空分布特征

金属指标的时空分布如图2所示。Zn和Cd的时空分布差异较大，除个别采样点的Cd超出限值外，其余都达到了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅲ类水质标准。Cu的分布较为均匀，除第3批次3个点位(N-4，N-6，N-8)浓度增大以外，其余采样点在3个采样周期均无较大差异，推测可能是有新的污染物排放出现。Zn的分布差异较大，主要在北湖含量较高，且在N-10点出现了最大值，南湖平均浓度较北湖低且少数样品检出。Cd除S-1，S-4，S-5的含量出现激增外，其余数据都处在较低浓度水平[14]。

(a) Cu

(b) Zn

(c) Cd

3 结论

磁湖水体呈富营养化，除TP，NH4+-N，COD超标外，Cu，Cd，Zn，pH、余氯、NO3--N、硫化物等指标的含量均符合国家地表水Ⅲ类标准(GB3838—2002)，水体偏碱性。磁湖水体中TP，NH4+-N，COD等营养元素超标较严重，可能主要与暴雨冲刷和湖水浸出相关。Zn在时空分布上差异性较大，Zn，Cu，Cd个别点位重金属浓度较高，与周边有污染物的排放相关联。