衡水市水源区入湖河流水质变化特征研究

2021-02-14齐荣斌

水利科技与经济 2021年12期

齐荣斌

(河北省衡水水文勘测研究中心，河北衡水 053000)

随着人口的快速增长和水资源的恶化，可利用的饮用水取水资源变得越来越紧缺，特别是在我国[1]。河流富营养化成为水生态发展面临的主要问题，严重威胁着人类的用水安全[2]。河流是湖泊水量的重要补给来源[3]。湖泊是调节河川径流、发展灌溉、提供工业和饮用水的重要水源地[4]。湖泊发生水污染将导致严重的生态风险[5-6]。因此，本文以衡水市重要饮用水源地衡水湖为研究载体，以入湖的两条重要河流滏阳河和滏阳新河为研究对象，研究入湖河流水质的季节和空间变化，为未来衡水湖水质保护提供参考。

1 数据采集

本文在滏阳河和滏阳新河汇合口附近设置7个水质监测点，监测点的编号为W1-W7，采用点分布见图1。

图1 采样点分布图

2 结果分析

2.1 环境因子变化

研究区域水温受气温的影响显著。夏季、冬季、春季和秋季的平均温度分别为27.5℃、4℃、15℃和15℃。沿河水温、氧化还原电势和溶解氧(DO)的季节性变化见图2。由图2可以看出，在各监测周期内，沿水流方向各监测点温度仅变化1℃； DO的含量受温度的影响较大，冬季冻结前约为10 mg/L，秋季冻结前约为8 mg/L。夏季的DO含量较低，平均为5 mg/L，但受藻类光合作用的影响，其最大值达到10 mg/L。随着进水口范围的扩大，水向下游缓慢流动，特别是滏阳河和滏阳新河汇合后，这种缓慢的流动削弱了水的自净能力，促进了藻类的生长，因此溶解氧的含量略有增加。除夏季外，研究区内水的氧化还原电势均大于300 mV；在每个监测周期内，沿流动方向监测点的氧化还原电势呈显著下降趋势；沿河流动方向pH值的季节性变化见图3。

图2 沿河水温、氧化还原电势和溶解氧的季节性变化

图3 沿河流动方向pH值的季节性变化

由图3可以看出，在春季和夏季，研究区域的pH值较高，每个监测点的pH值均大于7，变化范围为7.44～9.81；在监测期间，监测点W6和W7的pH值超过《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)[7]中规定的允许值；滏阳河和滏阳新河汇合后，pH值沿流动方向越来越大，并呈现明显增加的趋势；pH与叶绿素a之间存在显著的相关性，在采样点W6和W7处的相关系数分别为0.73和0.78。沿河流动方向电导率和溶解性总固体(TDS)的季节性变化见图4。由图4可以看出，电导率变化较大，并且具有与TDS相同的变化趋势；监测年份的电导率变化范围为463.1～1 046 μS/cm，呈显著变化趋势。从上游到下游，EC值逐渐降低，总溶解固体浓度显著下降。

图4 沿河流动方向电导率和溶解性总固体的季节性变化

2.2 离子变化

在河流的不同位置，离子组成存在明显差异。沿河主要阳离子和阴离子的季节性变化见图5。由图5可以看出，滏阳河和滏阳新河汇合后，河水在下游缓慢放宽，导致离子浓度发生变化，尤其是Na+、Ca2+、SO42-和HCO3-。进水区的主要水化学类型为Na·Ca-HCO3·Cl。 Na+和Cl-相对稳定，只有在河流汇合后浓度才显著下降。 Mg2+和SO42-在夏季减少，在冬季增加，但在春季和秋季沿河没有明显变化。在监测期间河流汇合后， Ca2+和HCO3-减少，而CO32-增加。

图5 沿河主要阳离子和阴离子的季节性变化

2.3 营养成分

目前的研究表明，水中的氮(N)和磷(P)直接决定藻类的繁殖速率并影响水体富营养化的过程，因此它们是富营养化的主要控制因素[8-9]。沿河养分的季节性变化见图6。监测结果表明，河流中的总氮(TN)浓度高于V级水质标准的相应值。根据总磷的浓度，两条河流仅在秋冬季节交汇后，水质才优于IV级水标准，而其他时间所有样品的水质均低于V级水质标准。在研究区域内，TP在秋季最低，最低浓度为0.11 mg/L；冬季水平最高，达1.69 mg/L；在整个监测期间，TP的平均浓度为0.7 mg/L；在相交之前，监测点的TP除秋季以外均大于0.4 mg/L，并在下游持续降低；下游TP的范围为0.1～0.4 mg/L；总可溶性磷含量的变化趋势与总磷的趋势一致；总可溶性磷浓度为0.05～0.1 mg/L，低于TP；夏季总氮(TN)较低，冬季总氮(TN)较高，夏季最低浓度为3.98 mg/L，冬季最高为19.33 mg/L；除夏季外，包含氨氮(NH4-N)、硝酸盐氮(NO3-N)和亚硝酸盐氮(NO2-N)在内的可溶性氮超过总氮的90%。硝酸盐是TN的主要成分，决定了TN的变化趋势。在入湖处，NO3-N和TN在监测期内呈上升趋势；从2019年8-11月，TN低于城市循环水回用规定的15 mg/L水平，达到景区环境用水质量标准(GB/T 18921-2002)[10]。2019年12月之后，TN的浓度大于建议值。NO3-N和TN在起点(W1)处较高，而在下游处较低；NH4-N浓度随季节变化，夏季低于冬季；由于东侧滏阳河补给水中的NH4-N浓度较低，因此所研究的河流中NH4-N的背景值较低；在大多数情况下，NH4-N的浓度低于1 mg/L，沿河沿线变化不大；沿河的NO2-N增加，特别是在两条河汇合后。