南昌市主要湖泊富營養化現狀評價與防治對策

李桂玲

(南昌生態環境監測中心,江西 南昌 330038)

隨著社會經濟發展,工業與生活污水排放量的增大,農業面源污染加重,城市的大規模開發及受人類活動的影響,大量氮、磷等營養物質進入湖泊、河口、海灣等緩流水體,引起浮游生物等大量繁殖,水體溶解氧下降,大量水生生物死亡,造成富營養化、有機物污染、生態系統破壞等[1]。 其中,湖泊富營養化問題最為突出與嚴峻,水體富營養化引起水體發生水華,不僅嚴重危害了人類的健康,而且有可能限制湖泊流域社會和經濟的可持續發展。 近年來,國內外相繼出臺防治對策和方法,如瑞典對小型湖泊和沼澤的水質采用水生植物和生物處理控制對策[2]；美國針對大沼澤濕地,采用濕地公園恢復天然水流狀況,對排水渠道進行改造、處理流過濕地的農業污水等方法以達到恢復舊生物系統的目的[3]；太湖通過嚴格控制和壓縮太湖流域污染重、污水排放量大的企業,鼓勵無污染、高技術產業和現代第三產業的發展,在全流域大面積建設污水處理廠和鄉鎮建設農村生活污水的處理設施。 大力發展生態農業,控制化肥農藥的使用量減輕農業面源污染的影響等措施已取得明顯成效[4]。

南昌市作為江西省省會,地處長江中下游,江西省中部偏北,濱臨我國第一大淡水湖——鄱陽湖,城區水系發達,江河縱橫、湖泊眾多,是一座與鄱陽湖灘涂河汊爭斗了兩千多年的“水城”,市區與贛江、撫河交匯,有瑤湖、前湖、象湖、青山湖、艾溪湖、東湖、南湖、北湖、西湖等多個湖泊。 為改善湖泊水質,2018—2022 年南昌市政府投入了大量人力、物力、財力進行河湖綜合整治,但藍藻爆發、水體出現黑臭現象仍時有發生。

本研究采用綜合營養狀態指數法對南昌市主要湖泊富營養狀態進行評價,分析其富營養化狀態及變化規律、富營養化的主導因子及影響因素,以期為南昌市湖泊的管理決策提供科學依據。

1 監測與評價

1.1 監測點位

為了解南昌市區主要湖泊的營養狀況,監測部門選取南昌城區17 個主要湖泊進行監測,湖泊監測點位設置在湖心區和岸邊區,采樣頻次為每月一次,采樣時間為每月上旬。

1.2 監測項目

重點選取與富營養化相關監測指標(pH 值、葉綠素a、化學需氧量、生化需氧量、高錳酸鹽指數、總磷、總氮、氨氮、透明度)。

1.3 監測方法

按照《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)以及《水和廢水監測分析方法》(第四版)中要求的方法測定。

1.4 評價方法

1.4.1 營養狀態評價方法

根據中國環境監測總站《湖泊(水庫)富營養化評價方法及分級技術規定》(總站生字〔2001〕090 號) 湖泊(水庫)富營養化狀況評價方法采用綜合營養狀態指數法,選取葉綠素a(Chla)、總磷(TP)、總氮(TN)、透明度(SD)、高錳酸鉀指數法(CODMn)5 個參數為評價因子,進行相關加權營養狀態指數評價。 綜合營養指數計算公式為:

式中:TLI(∑)——綜合營養狀態指數；Wj——第j種參數的營養狀態指數的相關權重；TLI(j)——第j種參數的營養狀態指數。

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——第j種參數與基準參數Chla的相關系數,具體見表1；m——評價參數的個數。

表1 湖泊(水庫)營養狀態相關水質參數與Chla 的相關關系

各項目營養狀態指數計算公式為:

式中:Chla——葉綠素a,mg/m3；

式中:SD——透明度,m；

式中:TP——總磷,mg/L；

式中:TN——總氮,mg/L；

式中:CODMn——高錳酸鹽指數,mg/L。

采用0 ～100 的一系列連續數字對湖泊營養狀態進行分級:TLI(∑)＜30 為貧營養；30≤TLI(∑)≤50 為中營養；TLI(∑)＞50 為富營養；50＜TLI(∑)≤60 為輕度富營養；60＜TLI(∑)≤70 為中度富營養；TLI(∑)＞70 為重度富營養[5-6]。

1.4.2 趨勢檢驗

式中:rs——Spearma 秩相關系數；di——變量Xi和變量Yi的差值；Xi——周期1 到周期n按濃度值從小到大排列的序號；Yi——按時間排列的序號。

rs的絕對值與秩相關系數的臨界值進行比較,取置信度為95%時的WP=0.9 作為判別標準。

2 結果與討論

2.1 富營養化的總體狀況:

選取2022 年東湖、前湖等17 個市區湖泊的葉綠素a、高錳酸鹽指數、總磷、總氮、透明度等6個指標的監測年均值進行綜合營養狀態指數計算,結果如表2 所示。 除東湖、賢士湖為中營養狀態外,其余15 個湖泊均為富營養狀態,其中輕富營養狀態6 個,占33.5%,中富營養狀態7 個,占41.1%,重富營養狀態2 個占11.7%,分別為老城區的西湖和工業區白水湖,說明南昌市主要湖泊富營養化仍較嚴重[7]。

表2 2022 年南昌市主要湖泊營養化評價結果

2.2 湖泊營養程度影響隨季節變化規律

南昌市屬亞熱帶季風濕潤氣候類型,四季氣溫變化分明,氣候溫暖,雨量充沛,陽光充足,無霜期長,冰凍期短。 春夏交替時常受副熱帶高壓控制,氣壓低,氣溫高,天氣悶熱,常有暴雨。 每年10 月至次年4 月南昌的月平均氣溫為2.7 ～17.5℃；4 月—9 月月平均氣溫為21.9～32.8 ℃,其中8月最炎熱。 春季氣溫的升高使水中藍藻逐步復蘇生長。 夏季氣溫的急劇升高使得藍藻水華形成所需的積溫時間縮短,有利于藍藻的生長。 秋季降水的減少使水體中的污染物和營養鹽濃度升高,富營養化程度加大,更有利于藍藻的生長,水質進一步惡化。

2022 年4 月12 日,南昌市開始高溫天氣,使得藍藻水華形成所需的積溫時間提前,4 月下旬強對流天氣頻發導致5 月份藍藻水華的出現,9月—10 月持續干旱少雨,持續時間為1961 年以來歷史之最,使得水體富營養化指數高位不下。2022 年西湖、東湖、白水湖、前湖、黃家湖、象湖等6 個典型湖泊月綜合營養狀態曲線如圖1 所示。5 月大多湖泊綜合營養狀態指數均出現峰值,到7月有所降低,隨著持續干旱,9 月—10 月溫度又有所升高,湖泊富營養化程度隨季節變化十分明顯,以西湖尤為突出。

選取中營養、輕度富營養、中度富營養、重度富營養典型湖泊與2022 年12 個月氣溫、氣壓、降水氣象條件進行相關性分析,結果如表3 所示。結果表明,營養程度與氣象條件均存在相關性,與氣溫存在正相關,與降水量、氣壓存在負相關。 其中與氣溫和氣壓的相關性總體較強,部分湖泊與降水有相關性,總體與降水量的相關性較弱[8]。

2.3 富營養化程度變化趨勢

2.3.1 2018—2022 年營養狀態級別變化情況

東湖、西湖、前湖、艾溪湖等9 個湖泊2018 年的營養狀態級別均為中富營養化以上,統計2018—2022 年的監測數據,采用秩相關趨勢法進行計算,結果見表4。 南昌市主要湖泊的富營養化指數總體呈降低趨勢,全市湖泊水質逐漸得到改善,象湖由中富營養降至輕富營養,呈顯著下降趨勢；碟子湖、黃家湖由重富營養降至中富營養；東湖由中富營養降至中營養,呈下降趨勢；西湖水質由中富營養上升至重富營養,呈上升趨勢,污染出現反彈[9]。

表4 2018—2022 年南昌市典型湖泊富營養狀態指數變化秩相關情況

2.3.2 污染因子變化分析

2018 年與2022 年湖泊中的化學需氧量、高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷等污染因子的年均值如表5 所示。 與2018 年相比,2022 年湖泊中總磷濃度平均下降43.6%,總氮平均下降20.9%,氨氮平均下降18.2%,高錳酸鹽指數平均下降5.7%,生化需氧量平均下降5.6%,化學需氧量平均下降4.7%,總體下降幅度排序為:總磷＞總氮＞氨氮＞高錳酸鹽指數＞生化需氧量＞化學需氧量。 但是艾溪湖、瑤湖的氨氮濃度較2018 年分別上升71.0%和51.0%,相對應的總氮濃度也分別上升23.8%和10.2%；碟子湖的化學需氧量和高錳酸鹽指數分別上升30.8%和10.7%,如圖2 所示。 西湖除總磷外各項指標均大幅上升,水體環境質量嚴重惡化。[10-11]

圖2 南昌市典型湖泊2022 年與2018 年各污染指標濃度比較

表5 2018 與2022 年南昌市典型湖泊各污染指標濃度年均值 mg/L

綜上,南昌市主要湖泊富營養狀態處于中富營養與輕富營養之間,總體呈下降趨勢,其中總磷的含量下降明顯,但仍有少數湖泊污染指標出現反彈,分別為艾溪湖、瑤湖的氨氮,西湖、碟子湖的化學需氧量和高錳酸鹽指數,其中西湖上升為重富營養狀態。

3 原因分析

3.1 治污方向和技術路線問題

單一的清淤治理方式,短期內顯示水質改善,無法從根本上消除水體的富營養化,淺水封閉性湖泊,自身的流動性較差,自我凈化能力較弱,暴雨期由于雨水和生活污水溢流排入,將再次引入大量的氮、磷等營養鹽,隨著污染的積累,湖泊富營養化出現反彈。 如西湖位于老城區孺子亭公園內,2017 年政府對公園進行改造,同時西湖進行底泥清理和水體活化等治理,水質短期內達標,但西湖為人工湖泊,地勢較低,暴雨期間,西湖成為一個調蓄池,超過溢流口的雨水和污水一并流入西湖,導致水體水質惡化。 秋冬季,無外來補水,湖體水量下降,自身凈化能力降低,利于營養物積累與藻類生長,導致湖泊富營養化指數升高。

3.2 農業面源和畜禽養殖污染

經濟發展一方面推動了城鎮化進程,使土地利用結構發生了很大變化,大量耕地變為鄉鎮建設用地,為滿足人口對糧食的需求量,不得不通過加大化肥施用量來增加產出,過剩肥料隨徑流流入湖泊,成為湖泊營養鹽的主要輸入源。 另一方面,發展畜禽養殖、水產養殖、興辦鄉鎮小企業帶來的污染造成湖泊水質惡化。 調查表明,流入艾溪湖的幸福水系周邊鄉鎮大多以種植水稻、蔬菜和花卉為主,化肥和農藥使用量大,沿渠畜禽養殖產生的廢水、居民生活污水和垃圾、周邊小作坊和小企業排放的廢水隨幸福渠進入艾溪湖,帶來氮累積,造成湖內氨氮、總氮的顯著上升。

3.3 城市污水管網建設緩慢,污水收集處理沒有達到全覆蓋

調查結果顯示,瑤湖四周村莊沒有污水收集系統,有不少村莊生活污水直接排入瑤湖,近年城市擴張,市政管網建設速度趕不上房地產開發速度,污水收集、污水處理率未達到全覆蓋,瑤湖周邊有多個樓盤的生活廢水直接排入瑤湖,造成近年來氨氮和總氮的上升。 此外,老城區的一些污水管網設計不合理,溢流閘老化,新建泵閘提升改造工程建設緩慢,造成電排站前池污水溢流,使得湖泊水質惡化。

3.4 環保意識薄弱

一些企業主對環境不負責任,為減輕成本不自覺治理污水,甚至偷偷排污；群眾的環保意識、主人翁意識、監督意識還不夠強。 居民隨意亂扔、亂倒垃圾等不良的生活習慣也影響水體環境。

4 對策與建議

4.1 因地制宜,采取“一湖一策”的方法

結合已取得的成果和國內外先進的科學技術,制定出合理科學的整治方案。 通過人工修復和重建湖泊生態系統,實現湖泊生態系統的良性可持續發展。 對淺型湖泊種植水草,投放食藻蟲及微生物,同時投放魚苗,完善食物鏈,實施立體生態修復,提高水域生態系統對各類污染物質的自凈能力。

4.2 加強農業面源和農村生活污染綜合治理,完善村落污水處理設施

對養殖廢水、牲畜糞便等實施有效治理。 推廣綠色農業,減少化肥的使用。 新建、擴建鄉鎮生活污水處理廠,完善城中村、老舊城區、城鄉接合部生活污水收集管網,對城區老舊污水管網進行改造,排查雨污混接,企業私設暗管、污水直排、借雨水管道排污等現象,提高生活污水、工業污水收集處理率。

4.3 完善水資源保護和水污染防治管理體系

建立多部門協同管理機制,加強水資源的監測和管理。 城市排水主管部門應強化排水許可管理,加強監管和執法查處力度。 對污水未經處理直接排放或不達標排放導致水體黑臭的相關單位和工業集聚區嚴格執法,推動有關單位依法披露環境信息。 政府部門積極推動河湖長制,充分發揮河湖長的作用,加強統籌謀劃,調動各部門密切配合,把湖泊保護和治理工作統一協調。 分級管理,條塊結合,各司其職,各負其責,齊抓共管,促進對污染物排放和水質達標管理的對接,實現流域的綜合治理。

4.4 開展宣傳教育,提高公眾環保意識

通過媒體宣傳、學校教育、社會組織參與、公共設施宣傳等多種形式,引導公眾自覺維護治理成果,不向水體、雨水口違法排污,不向水體丟垃圾,主動保護水環境。