北京市核心區上游水系水質情況分析與治理建議

蘇 蕊，蘇 濤，何沛洋，張 洋

（北京市城市河湖管理處，北京 100089）

1 引言

1.1 南長河、雙紫支渠和轉河的情況概述

南長河、雙紫支渠、轉河是北京內城六海的上游水系，如圖1所示，肩負向首都核心六海水域輸水的重任，水質的優劣直接影響到六海水域的水體情況，其富營養狀況也直接影響著六海的水體富營養化水平。南長河水面面積28.84 萬m2，河道長5.06 km，平均水深2.15 m，庫容13.2 萬m3；雙紫支渠水面面積2.33 萬m2，河道長2.45 km，平均水深0.92 m，庫容1.12 萬m3；轉河水面面積5.58 萬m2，河道長3.7 km，平均水深2.66 m，庫容20.4 萬m3。

圖1 北京市河湖水域分布

其中，南長河公園、紫竹院公園、北京動物園和北京北站坐落于河道間，因此南長河、雙紫支渠、轉河（以下簡稱上游水系）擔負著親水游玩、景觀綠化的重要作用。此外，它又承擔供水、防汛、通航的功能，因此上游水系的地理位置和功能的重要性使得其水體質量成為市民關注的焦點。

1.2 研究上游水系的目的及意義

河湖是陸地生態系統的重要組成部分，自古以來，人類擇水而居，水在人類發展進程中發揮不可磨滅的作用。然而，隨著經濟發展和人類活動，上游水系發生不同程度的水環境問題。此外，它承載著為首都核心區輸水的重任，是北京中央城區水源的重要通道，河道間坐落有北京著名旅游景區，因此它在北京的發展進程中發揮著不可估量的作用。筆者希望通過分析上游水系的水體富營養化程度，提出改善水質情況的方法，為預防首都核心區的水質惡化提供指導性建議。

1.3 上游水系目前存在的水環境問題

1.3.1 排污導致的水體污染

其主要體現在以下4 個方面：①排水集團污水管線出現堵塞或其他問題，造成突發性的排污事件，影響水體質量；②城市排水管線仍存在雨污合流情況，當雨強較大時，導致污水溢流入河道；③雙紫支渠周邊老舊平房區較多，排水設施不完善，市民節水護水意識淡薄，將日常生活污水隨意傾倒雨水篦子中，使污水流入河道；④河道周邊商戶較多，環境保護意識不強，存在偷排污水的情況。

1.3.2 水生植物衰亡

上游水系在河道建設時設有水生植物種植槽，以種植蘆葦等挺水型水生植物為主，通過根部吸收水體中氮、磷等營養鹽，從而起到凈化水質并美化河道景觀作用。但是，經過超過10 a時間，部分區域水生植物已死亡，未進行補植。

1.3.3 非法捕魚，破壞水體生物鏈

城市河湖水體中魚類多為鰱鳙魚，經研究表明鰱鳙魚能夠有效地濾食水中浮游生物和藻類，對水草的生長也有一定的控制作用，同時能夠有效降低水中氮、磷等營養物質，調節水質酸堿度，對水體有一定的凈化作用［1］。由于上游水系屬于開放型河道，存在市民夜間投放地籠捕捉水生動物的情況，嚴重破壞了水體生物鏈。

2 上游水系生態系統分析

2.1 水體富營養化狀態分析

水體富營養化是指在自然因素和人類活動的影響下，氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河流、水庫等緩流水體中，引起藻類等其他浮游生物迅速繁殖，水體中溶解氧含量下降，導致水質惡化的現象。水體富營養化分析就是通過與湖泊營養狀態有關的一系列指標與指標間的相互關系，對湖泊的營養狀態作出定量判斷，并通過它預測其水體的發展趨勢［2］。

為全面了解上游水系水體富營養化的情況，在2020年4—10月，選取南長河白石橋、雙紫支渠三虎橋、轉河京包橋3個點位，進行周期性監測水體的水溫、透明度（SD）、pH 值、溶解氧（DO）、高錳酸鹽指數（CODMn）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）和葉綠素a（Chla）共9 項數值，采取綜合營養狀態指數法對上游水系水體富營養化狀態進行評價和分析。

2.2 水溫、SD和pH值分析

上游水系4 月與10 月的水溫相接近（僅相差0.76 ℃），7 月水溫最高，平均為21.45 ℃，5 月與9 月是季節過渡期。表面水溫在20 ℃以上的月份有5個（5—9 月），但均不高于28 ℃，應當在6—8 月加強對水體的關注程度，采取預防措施，控制水體中水生生物的生長。上游水系水體的SD 值在7 月有一個明顯的下降趨勢，但總體情況良好，平均為122 cm。

上游水系pH 值變動在7.7~8.7，平均為8.32，水體較穩定處于偏弱堿性狀態。但研究發現一些藻類在高pH值條件下可以很好生長，是藻類光合作用吸收水中二氧化碳、放出氧氣所致，這一點對防止水體富營養化十分不利。

具體指標數值詳見表1，變化趨勢如圖2—4所示。

表1 上游水系的水溫、SD和pH值

圖2 上游水系水溫變化

圖4 上游水系pH值變化

2.3 DO、CODMn、BOD5、NH3-N、TN、TP和Chla分析

2.3.1 DO

DO是水體中絕大多數生物體生存的必要條件。水體中的DO 含量與水溫、有機物含量及藻類光合作用強度有很大的聯系，當水體受到有機物污染，耗氧情況就會嚴重，DO 得不到及時補充，水體中的厭氧成分就會快速繁殖，有機物因腐敗而使水體變黑、發臭造成水體污染，因此DO 成為反映水體污染程度重要指標之一［3］。上游水系2020 年4—10 月DO含量為6.5~9.2 mg/L，平均為7.94 mg/L。從DO 變化趨勢來看，水中DO 隨著水溫升高而下降，DO 的季節變化性相對較強，但差異不大。

2.3.2 CODMn

富營養化水體中強烈的光合作用生成了大量有機物，使水體的CODMn明顯增高。CODMn的變化趨勢與藻類生長相呼應，在夏季高溫藻類繁殖旺盛時期達到峰值。上游水系CODMn變化范圍為2.9~9.8 mg/L，平均為4.63 mg/L，在8月達到最大值9.7 mg/L。當數值超過4 mg/L時，表示水體已經不同程度地受到有機物的污染，從2020年數據看，在7—9月應當引起重視。

2.3.3 BOD5

BOD5是水體中微生物分解有機物的過程消耗水中的DO 的量。BOD5是衡量水體中動物和植物多少的一個重要指標，上游水系不同月份BOD5在1.9~4.4 mg/L，差異較小，在8月達到峰值。

2.3.4 NH3-N

NH3-N 是水體中的營養素，可導致水體富營養化現象產生，是水體中的主要耗氧污染物，對魚類及某些水生生物有毒害［4］，是反映水體污染程度指標之一。上游水系2020年NH3-N指標在0.1~0.2 mg/L，差異小，比較穩定。

2.3.5 TN

2020年上游水系TN含量在1~1.5 mg/L變動，平均為1.25 mg/L。最高值出現在7 月，為1.49 mg/L。根據中國湖泊水庫營養分類指標，TN大于0.2 mg/L，屬于富營養水體，上游水系TN含量遠遠超過0.2 mg/L。

2.3.6 TP

2020年上游水系TP含量在0.01~0.06 mg/L變動，平均為0.03 mg/L。最高值出現在7月，為0.06 mg/L。根據中國劃分湖泊營養類型的指標，TP大于0.03 mg/L，屬于富營養水體，上游水系TP 含量在0.03 mg/L 左右波動，屬于富營養化水體。

2.3.7 Chla

Chla 是反映水體中浮游藻類生物量的綜合指標。上游水系Chla 含量在0.003 5~0.016 mg/L，平均為0.008 3 mg/L。峰值出現在7 月，為0.015 8 mg/L。有關資料表明，Chla 的含量大于0.01 mg/L，為富營養化水體。6—7 月溫度逐漸升高時，需加強對水體Chla的監測。

具體指標數值詳見表2，變化趨勢如圖5—11所示。

表2 北京城區河湖的化學指標 mg/L

圖5 上游水系DO變化

圖6 上游水系CODMn變化

圖7 上游水系BOD5變化

圖8 上游水系NH3-N變化

圖10 上游水系TP變化

圖11 上游水系Chla變化

2.4 綜合營養狀態指數法

綜合營養狀態指數是根據參數在評價過程中所占的不同權重來進行計算，這種方法更加強調了超標項目的影響作用。通過權重的作用，其評價結果比傳統方法更準確，這也更加能夠反映上游水系水體的實際富營養化狀況。影響水體富營養化狀態的因素很多，筆者采用CODMn、TP、TN、Chla 和SD 5 個營養狀態指數來評價上游水系水體富營養化狀態［5］。

2.4.1 綜合營養狀態指數計算公式

綜合營養狀態指數計算公式為：

式中：TLI（∑）為綜合營養狀態指數；Wj為第j種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI（j）為第j種參數的營養狀態指數；m為富營養化評價的參數個數。

以Chla 作為基準參數，則第j種參數的歸一化的相關權重計算公式為：

式中：rij為第j種參數與基準參數Chla的相關系數；m為評價參數的個數。

中國湖泊（水庫）的Chla 與其他參數之間的相關系數rij及rij2，詳見表3。

表3 中國湖泊（水庫）部分參數與Chla的相關關系［6］

其計算公式分別為：

式中：SD單位為m，其他指標單位均為mg/L。

2.4.2 湖泊（水庫）營養狀態分級

采用0~100的一系列連續數字對湖泊（水庫）營養分級，營養類型劃分范圍詳見表4。

表4 中國湖泊（水庫）營養狀態分級

水體營養狀態分級劃分為貧養型、中養型以及富養型，富養型又分為輕度富營養、中度富營養及重度富營養。貧養型是表示水體中植物性營養物質濃度較低的一種狀態，其特點是水體清澈透明、DO 含量較高，水中生物生產力水平較低；富營養型是表示水體中透明度下降，DO含量較低，氮、磷等營養物質濃度較高；中營養型是介于貧營養型和富營養型之間的過渡狀態。

2.4.3 水體富養狀態評價結果

利用2020 年4—10 月水質監測數據，計算得出各月水體營養狀態指數數值。以4 月監測數值為例，計算出各營養狀態指數數值，詳見表5。對上游水系目前水體營養狀態進行了評價，結果詳見表6。由表6 可以看出，4、7 月TLI（∑）高于50，屬于輕度富營養化程度；5—6、8—10月TLI（∑）均低于50，屬于中營養化程度，水體質量較好，但不能放松警惕，還是要在7 月加強監控，以免當光照增強水溫升高時發生水環境問題。

表5 以4月監測數值為例計算各營養狀態指數數值

表6 上游水系4—10月水體富營養狀態評價

3 上游水系水體治理對策與建議

通過分析2020 年上游水系情況發現，其總體水質趨于良好，在4、7月水體處于輕度富營養狀態，但仍需加強監督和管控，以免造成水質惡化。針對河道存在的問題和水質數據分析結果，對于如何改善上游水系水質提出以下建議。

（1）加強排污治理工作，督促排水集團加強產權管線的日常檢查工作，避免出現因堵塞等管線原因導致的污水入河污染河道水體現象。對雨污合流管線可采取工程措施，改造排污管線，進行雨水、污水排放系統的分流改造升級，有效降低雨中污染物入河的總量。

（2）借助河長制、聯合執法等措施，依法依規對違法排污、私排亂排等問題加大處罰力度，起到警示作用。

（3）目前南長河、轉河已經列為全年禁漁，應加強與區農業執法大隊的日常聯絡，加強對違法行為的處罰，有效保障河湖生態環境。

（4）加大宣傳教育力度，提高人們特別是老舊小區、臨河商販和公園區域內游客的環保意識，自覺保護水生態，不亂倒生活污水和垃圾，不損壞綠化植被等。

（5）目前上游河道中均有水草生長，如輪藻、金魚藻等沉水植物，日常維護中應控制好水草高度，保障整體效果，如清割不及時將會導致水草大面積死亡腐爛，死亡的沉水植物會進行腐敗分解，將有機氮、磷重新釋放回水中，最終導致水體中氮磷含量會有所增高［7］。

（6）補植多樣性水生植物，形成良好的水生植物體系以及整體景觀效果。轉河可在原水生植物槽內補植蘆葦等挺水植物，雙紫支渠建議補種睡蓮，南長河由于沒有水生植物槽，結合水深建議在水面中央區域安裝生態浮島，以浮島作為載體，種植挺水植物，通過水生植物根部的吸收、吸附以及根系分泌等作用，消減水體中的氨、磷和有機污染物，使水質得到改善。水生植物的選擇主要考慮根系較發達、景觀效果較好的種類，可選擇美人蕉、旱傘草、千屈菜、水蔥等品種。

4 結語

通過對上游水系水體周期性的監測，掌握了其目前水質特征和營養化指標變化情況。結合現狀，提出了6 點建議來有效緩解水體中營養物質濃度。在實際應用中，多項措施還需恰當組合，做到預防為主、防治結合。在不斷的探索研究中，對上游水系的水質改善工作一定能夠取得非常理想的效果，以此來保障下游核心區的水環境安全。