兴盐界河流域内自动监测站水质数据时空变化尺度分析

2022-04-28徐亮，毕凡

环境科技 2022年2期

徐亮，毕凡

（1.江苏省泰州环境监测中心，江苏泰州225300；2.江苏省苏力环境科技有限责任公司，江苏南京210019）

0 引言

兴盐界河是兴化和盐城的界河，水网密布，水体流向复杂，且受潮汛、降水、闸坝、泵站等因素影响，水流方向时常发生变化。在地理高程的主要影响下，该区域整体水流方向由西南向东北流动。近年来，兴盐界河重点断面水质多次出现超标现象，主要超标因子为DO，COD，CODMn，TP，氨氮等，亟需深入分析水质不达标原因。位于流域内的4 个水质自动监测站在近年间也曾多次出现水质超Ⅲ类的情况。为研究兴盐界河流域内水质变化情况，提升流域水环境质量，在时空尺度上分析2021年4 个自动监测站全年水质监测数据的变化，比较上下游关系对水质的影响以及丰水期和平水期重点月份水质的变化情况。

1 研究概况与方案

1.1 流域概况

近年5月～9月兴盐界河汛期水质对比其他月份均有不同幅度的恶化。兴盐界河的水质监测执行《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002），当水质监测结果超过Ⅲ类，视为水质超标。自2018年1月至2021年7月，兴盐界河水质整体超标24 次，其中16次均集中在5月～9月，占比为67%；V 类与劣V 类水质均集中发生于5月～9月。

2021年6月～7月兴盐界河鲜少有断面水质达标，多数断面水质处于Ⅳ类及以下，一部分Ⅴ类及劣Ⅴ类断面水质的主要超标因子为氨氮，TP 及CODMn，Ⅳ类断面水质的主要超标因子为DO，CODMn及氨氮。 10月中、下旬之后已进入秋、冬季节的平水期，水质检测结果未发现Ⅴ类及以下水质。Ⅳ类断面水质较少，且超标因子主要为DO，水质不达标断面位置与6月～7月有一定重合性[1]。

1.2 监测方案

监测点位：兴盐界河流域内4 个水质自动监测站，包括大纵湖湖心（以下简称湖心）、大纵湖出口、兴化吉耿（以下简称吉耿）、大丰民主村（以下简称民主村）。

监测项目：水温，pH 值，DO，CODMn，氨氮和TP。

监测时间：2021年1月～12月。

自动监测站位置见图1。

图1 兴盐界河流域内4 个水质自动监测站位置示意

2 监测结果与讨论

2.1 水质监测结果的空间尺度变化

对湖心、大纵湖出口、吉耿、民主村4 个水质自动监测站2021年全年水质数据列表分析，监测结果见表1 ～表4。

表1 2021年湖心水质自动监测站水质监测结果

表2 2021年大纵湖出口水质自动监测站水质监测结果

表3 2021年吉耿水质自动监测站水质监测结果

表4 2021年民主村水质自动监测站水质监测结果

由表1 可知，2021年湖心监测站全年总监测天数为337 d，日均水质为Ⅲ类及以上的天数为161 d，Ⅳ类天数为96 d，Ⅴ类天数为6 d，劣Ⅴ类天数为0 d。水质超标天数占总监测天数的31.2%，其中劣V类天数为0；由表2 可知，大纵湖出口监测站2021全年监测天数为242 d，日均水质为Ⅲ类及以上的天数为190 d，Ⅳ类天数为85 d，Ⅴ类天数为4 d，劣Ⅴ类天数为0，水质超标天数占总监测天数的36.7%，其中劣V 类天数为0；由表3 可知，吉耿监测站2021 全年总监测天数为339 d，日均水质为Ⅲ类及以上的天数为187 d，Ⅳ类天数为82 d，Ⅴ类天数为55 d，劣Ⅴ类天数为14 d，水质超标天数占总监测天数的44.5%，其中劣V 类天数占超标天数的9.3%；由表4 可知，2021 全年民主村监测站总监测天数为349 d，日均水质为Ⅲ类及以上天数为187 d，Ⅳ类天数为103 d，Ⅴ类天数为45 d，劣Ⅴ类天数为14 d。水质超标的天数占总监测天数的46.4%，其中劣V类占超标天数的8.6%。

吉耿和民主村2 个水质自动监测站在2021年出现过水质为劣V 类的情况，相较其他2 个监测站的水质较差。民主村监测站水质超标天数最多，湖心监测站水质超标天数占比最小。在空间分布上，大纵湖位于兴盐界河的上游，大丰民主村位于兴盐界河的下游。根据河流中污染物浓度衰减理论，河流中微生物、温度及悬浮固体等可通过物理、化学及生物的作用降低污染物的浓度[2-3]。分析2021年的监测数据可知，位于兴盐界河流域中下游的2 个水质自动监测站的超标现象更严重。根据兴盐界河流域内风险源类型的解译分析可知，民主村监测站附近的土地类型以农业用地为主，零散分布着水产养殖用地；吉耿监测站附近的土地利用类型以水产养殖为主；兴盐界河流域下游的养殖塘用地占比较大。由于流域中、下游的分布较多围网养殖，故池塘尾水排放对流域水环境也造成影响。

2.2 水质监测结果的时间尺度变化

2.2.1 丰水期水质特征分析

天然水体中DO 的含量除与水体中有机物含量及生物群落有关外，也与大气中的氧分压、水温、水层、水面状态、水体流动方式等因素有关[4-6]。4月～9月为兴盐界河的丰水期，4 个自动监测站丰水期的水温和DO 浓度变化情况见图2。由图2 可以看出，4月～6月4 个监测站DO 浓度随时间变化逐渐降低，温度越高，水体中DO 的饱和度越低。由于水生植物春夏生长旺盛，光合作用强，所以此时水体中含氧量较高。吉耿和民主村监测站水质DO 的梯度夏季变化大于其余2 个监测站，民主村监测站DO 平均浓度最高，最高质量浓度超过12 mg/L。原因是由于大丰民主村附近养殖螃蟹户较多，3月和4月有大量蟹苗培育，而蟹虾养殖需要大量氧气，投加的化学增氧剂融入水体中通过排水管道直排进入兴盐界河或者一级、二级支流，这使得水体中DO 含量急剧增加。从4月至6月，随着水温升高至全年最高，DO含量则降至全年最低。而且由于水温较高，有机质的分解速率加快，水生植物生长消衰，所以氧饱和度较低，DO 的浓度也较低[7]。

图2 4 个水质自动监测站丰水期水温和DO 浓度变化

4 个自动监测站丰水期污染物浓度变化见图3。由图3 可以看出，湖心和大纵湖出口中监测站监测出氨氮质量浓度基本介于0.05 和0.50 mg/L 之间，变化梯度较小。民主村监测站此阶段也出现过氨氮质量浓度超过0.40 mg/L 的情况，且变化梯度较大。4个自动监测站氨氮浓度的变化趋势和DO 浓度的变化趋势基本相悖。这是因为DO 浓度可影响池塘中的N，P 转化。有研究表明，水体中的DO 浓度对N，P的释放起作用，DO 浓度水平是影响底泥中N，P 释放的主要原因之一，当DO 质量浓度小于7 mg/L时，底泥中N 的释放以NO3--N 为主；DO 质量浓度小于1 mg/L，底泥中N 的释放以氨氮为主；当DO 质量浓度大于1 mg/L 时，可抑制底泥中P 的释放，厌氧条件下底泥的N，P 释放速度比好氧条件下的N，P 释放速度快[8-10]。大纵湖湖心和大纵湖出口的COD平均质量浓度较高，最高可达11 mg/L。4月～6月4个水质自动监测站的COD 浓度均较高，尤其是民主村和湖心2 个监测站。

图3 4 个水质自动监测站丰水期污染物COD 浓度变化

2.2.2 平水期水质特征分析

10月～12月为兴盐界河流域的平水期，4 个水质自动监测站平水期水温及DO 浓度变化见图4。由图4（a）可以看出，2021年10月～12月中旬4 个水质自动监测站从最高温度27 ℃同步波动下降，在地理位置和水域面积的双重影响下，大纵湖湖心和出口水温同幅变动，10月吉耿日均水温比大丰民主村高2 ～3 ℃，11月及之后基本保持同幅变动。由图4（b）可以看出，DO 浓度随温度降低表现出反向波动上升，温度是重要影响因素，但也不排除10月～12月河道淤积底泥活性降低、水生植物生长变缓、周边养殖废水排放量骤减带来DO 浓度改善。 10月吉耿日均水温比民主村高2 ～3 ℃，若其他条件相同，吉耿DO 浓度应低于民主村，但实际情况是吉耿DO 浓度显著高于民主村，2021年10月吉耿、民主村DO 质量浓度分别为4.60、3.85 mg/L，水质类别均为Ⅳ类，限制达标因子均为DO。吉耿水中DO 浓度较低，而兴盐界河水体纳污和自清洁能力不足以消纳吉耿至民主村段的内外源污染，导致民主村监测站DO 浓度不达标[11-12]。

图4 4 个水质自动监测站平水期水温和DO 浓度变化

4 个自动监测站平水期污染物浓度变化见图5。由图5 可以看出，2021年10月～12月中旬，吉耿和民主村监测站的CODMn和氨氮浓度均在Ⅲ类标准限值内，10月11日～25日以及11月4日～11日，大纵湖湖心CODMn浓度超标。随着温度的降低，水中生物活性降低，底质无机盐和有机物的扩散、分解速率也较慢。 10月中下旬螃蟹养殖塘收蟹清塘，冬季降水量少，面源污染影响也较夏季骤减，水质总体向好[13-14]。

图5 4 个水质自动监测站平水期污染物浓度变化

2.3 讨论与建议

位于中下游的2 个水质自动监测站的水质较差，根据遥感风险源解译这2 个监测站沿河沿岸水产养殖废水具有重大隐患。民主村监测站周围农田灌溉仍以大水漫灌为主，土壤未吸收的水分和作物未吸收的养分通过退水自然排到了外环境中，造成污染。对此，提出以下提升流域水质的建议：

（1）根据江苏省发布的DB 32/4043—2021《池塘养殖尾水排放标准》，推动制定区域内池塘升级改造绿色行动方案，对工厂化等其他封闭式养殖水体、大型连片养殖池塘或有改造治理需求的行政区进行养殖池塘标准化改造和尾水治理，促进养殖尾水达标排放。

（2）《江苏省生态环境厅“十四五”规划》规定至2025年，全省主要农作物化肥施用量实现负增长。结合高标准农田建设，优先完善民主村断面周边农田水利设施，进一步提高农田灌溉保证率，建成“渠相通、路相连、旱能灌、涝能排”的高标准农田。利用现有沟、渠、塘等，配置水生植物群落、格栅和透水坝，建设生态沟渠、污水净化塘、地表径流集蓄池等设施，净化农田排水及地表径流。