河西走廊东段武威市总氮总磷时空污染分析

2019-12-14李璐贾维平陈萌萌

安徽农业科学 2019年19期

李璐贾维平陈萌萌

摘要选择2006—2017年甘肃省武威市水库和地表水的TN、TP浓度进行研究，结果显示，2006—2017年5个水库及断面TN变化呈先下降后上升趋势，TN平均浓度为1.726 mg/L，变化幅度为0.360～5.063 mg/L，总磷呈平稳下降趋势，TP平均浓度为0.151 mg/L，变化幅度为0.110～0.453 mg/L;5个水库及断面浓度季节差异与干旱湿季的变化一致，地表水TN、TP浓度与降雨量的相关性较低;5个水库及断面12年空间差异明显，富营养化严重，其中石羊河扎子沟断面TN、TP均常年超标，是该区域环境监管的重点。

关键词水库水质;地表水;总氮总磷;河西走廊东段

中图分类号 X524文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）19-0073-05doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.022

Abstract TN and TP content of reservoirs and surface water in Wuwei City of Gansu Province were studied. The results show that TN concentration of the five reservoirs and sections decreased first and then increased during 2006-2017， and the average concentration of TN was 1726 mg/L， the amplitude was 0.360-5.063 mg/L， the total phosphorus was a steady downward trend， the average concentration of TP was 0.151 mg/L， the amplitude was 0.110-0.453 mg/L;the seasonal differences of concentrations in 5 reservoirs and sections were consistent with the changes in dry and wet seasons， and the correlation between TN and TP concentrations of surface water and rainfall was relatively low. The spatial difference of the five reservoirs and sections in 12 years was obvious， and eutrophication was serious. Among them， TN and TP content in the Zazigou section of Shiyang river exceed the standard all year round， which was the key point of environmental supervision in this region.

Key words Reservoir water quality;Surface water;Total nitrogen total phosphorus;East section of Hexi corridor

随着人口数量不断增长，工农业的快速发展，对江河湖海的污染日益严峻[1-5]，生活污水、农田废水、农药化肥淋失、城镇地表径流、矿区和建筑区地表径流等随河流和雨水进入水体后造成富营养化，导致地表水和水库氮磷的超标[6-7]。水循环系统的健康被破坏，加重了水资源的短缺，严重影响了当地经济、社会发展和人们正常的生产生活。生态环境恶化带来的一系列问题已经引起了我国政府和学者的高度關注[8-9]，但在西部中小城市尤其欠发达城镇的面源污染动态及来源的研究并未引起足够的重视[10-12]。笔者通过分析2006—2017年武威市面源污染动态规律[13]，总结了该地区总氮总磷负荷的时空变化，对实现武威的乡村振兴计划和进一步提升水库水资源的保护以及下阶段加强工程、法律、经济和管理政策等综合监管手段提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

武威位于甘肃省中部、河西走廊东端，位于101°49′～104°43′E，36°09′～39°27′N，地处青藏、黄土、蒙新三大高原交汇地带，境内有灌溉绿洲、荒漠、高山草地、祁连山天然水源涵养林带及沙漠、浅山地带。总面积33 236 km2，其中耕地面积25.6万hm2，草地面积236.87万hm2。武威市总人口197.65万人，其中农业人口155.82万人。武威市河流分属黄河和石羊河两大流域，石羊河流域位于中上游，由于石羊河流域水资源稀缺，水资源已成为武威市经济社会发展的首要制约因素。石羊河水系流入武威市较大的河流有大靖河、古浪河、黄羊河、杂木河、金塔河、西营河等。流域面积29 135.55 km2（图1）。

1.2 数据来源

依据2006—2017年武威市主要河流水系或水库（表1），石羊河（扎子沟、红崖山）、黄羊河（黄羊水库）为国控断面，执行Ⅲ类标准;西营河（西营水库）为省控断面，执行Ⅲ类标准;金塔河（南营水库）为省控断面，执行Ⅱ类标准。试验数据为2006—2017年武威市环境质量报告书[14-16]中TN、TP监测数据。其中TN用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法（GB11894-89）测定，TP采用钼酸铵分光光度法（GB11893-89）测定。

1.3 数据处理

试验数据处理与分析均采用SPSS 18.0和Excel2013统计软件，并用Origin 8.0软件进行图像绘制。

2 结果与分析

2.1 水库及断面地表水总氮总磷的年度变化

由图2可知，2006—2017年黄羊水库地表水TN浓度总体呈平稳上升趋势。2012年浓度最高，南营水库地表水属于正常，总体TN浓度趋于平稳，其中2010年略有上升。2010年后西营水库地表水TN浓度上升，2016年浓度最高，其中2006—2010年，TN浓度超标0.15倍，2010—2015年，TN浓度超标0.2倍，2015—2017年，TN浓度超标0.55倍，总体TN浓度呈上升趋势。

红崖山水库断面地表水TN浓度总体呈平稳趋势，其中2006—2010年，TN浓度超标0.339倍，除2017年TN浓度未超标，年总体TN达标。石羊河扎子沟断面地表水呈下降趋势，2006—2010年，TN浓度超标2.043倍，2015—2017年，TN浓度超标0.675倍，总体TN浓度仍超标。断面地表水TN浓度偏高原因：由于武威地区的地表水水文特征普遍存在流量小，流程短，流量因季节、降水等因素影响大的特点，因此水质稳定性较差，自净能力弱，环境容量小，纳污量小，容易造成污染。

根据武威地区环境质量报告书12年数据，石羊河扎子沟断面地表水2006—2010年，TP浓度超标2.804倍，2010—2015年，TP浓度超标1.508倍，2016—2017年TP浓度超标1.4倍，总体TP浓度呈下降趋势，但仍超标。红崖山水库断面地表水属于III类标准，其中2006—2010年，TP浓度超标0.5倍，2010—2015年，TP浓度超标0.196倍，2015—2017年，TP浓度未超标，总体TP浓度呈下降趋势。武威地区以造纸、食品、纺织、煤炭、化工、建材六大行业为主，其中以造纸行业排废水量最大。3个水库工业废水及其主要污染物的排放总量均呈缓慢增长趋势，生活污水及主要污染物随着城镇人口的增加而呈上升趋势。

2.2 水库及断面地表水总氮总磷的月变化特征

以2017年为例，就4大水库及断面地表水的总氮总磷情况具体分析。5大水库及断面总氮月变化总体呈先上升后下降再上升的趋势，而扎子沟断面总氮峰值出现在5、6月，浓度达6 mg/L，10—12月浓度为4.23 mg/L，四大水库及断面总磷月变化总体呈平稳趋势，扎子沟断面2017年监测超标项目为总磷，超标月份为2、6和7月，分别超过地表水Ⅲ类考核目标要求的0.485、0.400和0.150倍（图4）。

2.3 水库及断面地表水氮磷污染的季节特征

武威市地表水TN、TP浓度具有很强的时间变异性，不同季节TN、TP 浓度表现为春夏浓度低，秋冬浓度高，季节变化分为枯水期（12—2月）、平水期（8—10月）、丰水期（3—7月），与武威当地雨季、旱季较一致。根据当地雨水量的不同，各水库采样点 TN、TP 的浓度变化见图5。由图5可知，丰水期和枯水期的TN平均浓度分别为1.18、1.78 mg/L，TP平均浓度分别为0.05、0.09 mg/L。可见武威市国控断面水库枯水期较丰水期 TN、TP 污染严重，TN、TP的月变化趋势除扎子沟断面水库断面其他水库与空间变化趋势大致相同。

5大水库及断面2017年春季、夏季为丰水期，降雨量较高（表2），TN月平均浓度为1.11～1.78 mg/L，其中降雨量最大的7月，其TN浓度最低为0.51 mg/L，而降雨量最低的是10—12月，其 TN 浓度最高为4.64 mg/L;枯水期河水TN月平均浓度最高为1.78 mg/L，出现在降雨量接近最大的5—7月，水库TN月平均浓度为0.24～1.18 mg/L，浓度较丰水期低，这主要是由于工业点源、畜禽养殖和生活污水排放量在年内基本保持不变，而地表径流带入的氮磷量随降雨强度变化，枯水期较丰水期地表径流氮等非点源氮源对河水氮贡献减少，主要受点源氮输入的影响，而扎子沟断面常年偏高，主要是属石羊河下游水系，断面来水主要为天然河道来水和市污水处理厂排放的废水，除汛期外，天然河道来水量较小，对市污水处理厂排放的废水（日均5万m3）稀释效果有限，且污水处理厂废水排放标准主要污染物浓度高于地表水Ⅲ类标准限值，市污水处理厂排放废水是下游扎子沟断面总磷超标的主要原因。

河水TN、TP月平均濃度与总降雨量的关系见图6，相关系数r=-0.011（P=0.736）、r=-0.201（P>0.05），说明水库TN、TP浓度与降雨量的相关性小，影响显著，表现为降雨量对河水TN、TP浓度不具有明显的稀释效应。武威属典型的温带大陆性气候，昼夜温差大，干旱少雨，年平均气温7.8 ℃，降水量60～610 mm，蒸发量1 400～3 010 mm，日照2 200～3 030 h。从武威降水方面看，蒸发量大于降水量，属于干旱性气候。

2.4 水库及断面地表水总氮总磷的空间变化

扎子沟、红崖山作为武威市石羊河流域主要水库断面，由北向南经分支为西营河（西营水库）、黄羊河（黄羊水库）、金塔河（南营水库），同一时期水库断面TN、TP具有很强的空间变异性，扎子沟断面位于石羊河流域下游，12年TN平均浓度为1.726 mg/L，变化范围为0.360～5.063 mg/L，TP平均浓度为0.151 mg/L，变化范围为0.110～0.453 mg/L，污染严重，主要原因为断面来水主要为天然河道来水和市污水处理厂排放的废水，而2010—2015年的污染状况较2006—2010年污染明显减轻，主要原因：一是完成了武威市污水处理厂达标升级改造工程，武威市污水处理厂的改建使城市生活污水能够达标排放，从而使水库污染减轻;二是建成投运武威工业园区、黄羊工业园区、宽沟工业园区等25家企业的污水处理厂，针对性地对污水的种类单独处理;三是关停黄羊河亚麻厂等10家企业，特种生产制造企业对水质环境的影响较为严重。红崖山水库12年TN平均浓度为0.811 mg/L，变化范围为0.308～2.114 mg/L，TP平均浓度为0.062 mg/L，变化范围为0.038～0.121 mg/L，污染较严重。其他水库周围污染源较少，水质自净能力强，TN、TP浓度较稳定（图7）。

2.5 TN、TP污染特征

2.5.1 水体总氮污染。

在环境水质分析中，总氮是判断饮用水、水源水、地表水污染程度的重要指标之一[17]，扎子沟断面TN的年均变化在0.302～5.063 mg/L，超出Ⅲ类标准。其主要来源：工业废水及生活污水的排放，且排放总量呈逐年上升趋势。其他水库TP呈平稳下降趋势，且氨氮在厌氧条件下也会转化为亚硝酸盐氮;饮用水中硝酸盐氮在人体内经硝酸还原菌作用后被还原为亚硝酸盐氮，毒性将扩大为硝酸盐毒性的11倍。

2.5.2 水体总磷污染。

水中磷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。磷酸盐会干扰水厂中的混凝过程。扎子沟断面TP在0.110～0.452 mg/L，超出Ⅲ类标准。其他水库TP呈平稳下降趋势，市污水处理厂排放废水是下游扎子沟断面总磷超标的主要原因。需加强石羊河扎子沟断面上游河道生态环境[18]治理工程建设以及扎子沟地表水监测断面上游河道及两侧红线范围内工业点源、农业面源、养殖场（小区）废弃物、散养放养及畜禽粪便、居民生产生活垃圾的监管[19-20]。

2.5.3 水质富营养化。

氮磷污染是影响水库富营养化的主要原因[20]，水库等水体中氮磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。当水体中总氮、总磷的浓度达020和0.02 mg/L时，可能发生“水华”现象[21]。四大水库及断面不同月份水库总氮总磷浓度平均为1.328和0.127 mg/L，超出标准为6.64、6.35倍，很有可能发生水华现象。

3 结论

（1）年际变化。扎子沟断面总氮、总磷2006—2009年严重污染，2010—2016年下降为轻度污染。红崖山水库水质污染变化呈逐年好转趋势，属于轻污染。其余3个水库断面黄羊水库、南营水库、西营水库水质从2010年后变化平稳，南营水库、西营水库水质达III类标准，黄羊水库达II类标准。

（2）季节变化。5个水库TN浓度从季节上看表现为秋季>冬季>春季>夏季。TP表现为冬季>夏季>春季>秋季，从水期看，枯水期浓度高，丰水期浓度低，但相关性差，主要是由于各水库周边污染物和污染类型不同，总氮总磷浓度随之变化。

（3）空间变化。从水库在流域的分布可见，同一时期不同水库的总氮、总磷的变规律不同，这与每个水库所处的位置及周边的生产生活布局不同有关，地表水断面从上游到下游面源污染减轻，与水体的自净、迁移扩散等水体生态系统的代谢有关，也与环境监管的力度增加有关。

（4）五大水库及断面总氮、总磷处于富营养化状态，加强市区污染水体的全收集、全处理，把水体的治理作为乡村振兴计划[22]的主要内容。

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