灞陵河许昌市区段富营养化现状调查研究

徐永新，张 瑞

(许昌学院 城市与环境学院，河南 许昌 461000)

水体富营养化是生物所需的氮、磷等营养物质大量进入河流，营养物质堆积引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，导致水体溶解氧下降、透明度下降、水质恶化[1].目前，水体富营养化研究主要集中在水体营养化的污染源[2]、水环境因子的时空变化特征及人类影响[3]等，采用单因子评价指数法[4]、综合营养指数法[5]、主成分分析法等方法[6]对湖泊、水库、河流的富营养化进行研究.灞陵河是许昌过境河流之一，而许昌市区的水体富营养化却鲜有报道，因此对许昌市的水体富营养化进行研究，为许昌市景观水体的质量监测和控制提供参考.

1 材料与方法

1.1 样品采集

研究以灞陵河流经许昌市的区段为采样点，分别依据河流自然形态、流经的区域位置、经过桥梁分布以及周边居民区环境等多种因素来确定采样点，设置的25个采样点如表1所示.在样品采集过程中，用采集河水清洗塑料瓶五次，然后在水面下10 cm处采集两瓶水样，其中一瓶作为平行样，共采集50瓶水样.水样采集后贴好标签，立即带回实验室存放冰箱.因为叶绿素a见光易分解，所以应避光保存，在48 h内完成测试.其他指标也需要尽快测试.

表1 采样点具体位置一览表

1.2 样品测试

研究确定TP、TN、a(Chl-a)、SD、CODMn五项指标评价灞陵河许昌市区段的富营养化状况，其中TN、TP含量测试采用分光光度法，SD含量测试采用塞氏盘法，a(Chl-a)含量测试采用丙酮研磨-比色法，CODMn含量测试采用高锰酸钾滴定法[7].

1.3 富营养化评价方法

研究采用综合营养状态指数法，通过计算叶绿素a与其他指标的相关权重，计算综合得分，对照分级标准判断富营养化状况[8，9].

综合营养状态指数法计算公式为

(1)

式中，TLI(Σ)为综合营养状态指数，TLIj为第j种参数的营养状态指数，Wj为第j种参数的营养状态指数的相关权重.

以Chl-a作为基准参数，则第j种参数的归一化的相关权重计算公式为

(2)

计算完成后，对照分级标准[8]，评价富营养化状态.

2 灞陵河许昌市区段水体富营养化现状分析

2.1 富营养化单因子评价

依据TN、TP、CODMn三个指标的浓度，采用单因子评价法对灞陵河许昌市区段的水体富营养化进行分析.

2.1.1 TN指标浓度

11个采样点的TN浓度属于Ⅳ类水质，5个采样点的TN浓度属于Ⅴ类水质.10号(灞陵路灞陵桥)、11号(颍川桥加气站)、12号(吴庄社区东)、24号(三桥村)、25号(东黄庄东北角)的浓度超过了Ⅴ类水质的上限，属于劣Ⅴ类水质，24号TN浓度最高为2.80 mg/L.

2.1.2 TP指标浓度

22个采样点的TP浓度属于Ⅱ类水质；5号(天宝西路与天宝路交叉路口)、8号(延安桥)的TP浓度<0.20 mg/L，属于Ⅰ类水质；17号(瑞祥路与灞陵路交叉路口东)浓度最大，TP为0.11 mg/L，属于Ⅲ类水质.

2.1.3 CODMn指标浓度

CODMn指数变化的幅度最小，大多属于Ⅱ类水质.24个采样点的浓度均在2.00～4.00 mL，属于Ⅱ类水质；只有一个25号(东黄庄东北角)浓度为4.24 ml>4.00 ml，属于Ⅲ类水质.

TN与其他两项指标相比，TN多数属于Ⅳ类水质，其他两项指标多属于Ⅱ类水质；总氮浓度有五个采样点属于劣Ⅴ类水质，总磷和高锰酸盐指数仅有一个采样点属于Ⅲ类水质，其余都是Ⅱ类或Ⅰ类.综上所述，灞陵河许昌市区段的氮污染比较严重.

2.2 综合营养状态指数评价

运用综合营养状态指数法对25个采样点进行评价，结果如表2所示.根据评价结果对综合营养状态指数的得分进行排序，并且参照营养状态进行分级[8].各采样点综合营养状态的平均值为44.05，表明灞陵河许昌市区段目前处于中营养状态，水质评价为良好.其中，颖川桥加气站的TLI(Σ)超过了50，属于富营养状态；其余采样点的TLI(Σ)均在35.94～49.13之间，属于中营养状态.各采样点的TLI(Σ)差别不大，均在可控范围内，表明各采样点的污染程度相差不大.TLI(Σ)无极高或极低值，表明灞陵河周边无高排放、高污染企业.

表2 灞陵河许昌市区段营养状态评价结果

采样点是由北到南，根据灞陵河的流向进行编号，即较小编号在偏上游地区，较大编号在偏下游地区.由表3可知，11号的颖川桥加气站属于富营养状态，经过周边调查发现原因有两个：(1)11号位于河流中游，又位于八一西路与许继大道两条主要干道之间，加气站同时也是车辆的聚集处，车流量大、人类活动频繁；(2)颖川桥是位于灞陵河的河湾处，以此为节点，自东北向西南流向变成自北向南流向，河湾处凸岸堆积，取得的水样中各个指标的浓度因为堆积而升高，所以颖川桥属于富营养化状态.

TLI(Σ)在45～50之间的采样点，编号都偏大(中下游)；TLI(Σ)小于45的采样点编号都偏小(上游).表明灞陵河的中下游比上游污染严重，从卫星地图中观察可知，灞陵河的中下游位于许昌市区内，市区与乡村不同，市区工业化程度高、建筑物密集、污染物来源多，人类对环境的影响较大，所以市区河流容易污染；并且河流大概有10米的地势落差，中上游流速较快；下游趋于平稳，流动性差，污染物质在下游沉积下来，导致各项指标升高.按照综合营养状态指数法计算出综合得分的折线图(图1).

图1 综合营养状态指数法评价结果

需要指出的是：(1)从23号南环西路清泥河中桥之后，河流从市区流向乡村，理论上23、24、25三个采样点的TLI(Σ)应该小于22号采样点，但是23号南环西路清泥河中桥、24号三桥村和25号东黄庄东北角均大于22号.采集水样时发现，23号与24号采样点之间正在修建桥梁，由于处于施工阶段，河流暂时被泥沙堵住，两侧透明度明显下降；并且，修建桥梁需要大量的原材料与人力，所以施工地区来往车辆增多，人类活动较之前频繁，造成此段河流总氮、总磷含量稍多；石灰、沙子等原材料在岸边堆放，许昌春天多大风，风力作用把建筑原材料带入河流，最终TLI(Σ)的数值增高，导致23～25采样点的富营养化程度较高.

(2)14号灞陵桥景区南侧TLI(Σ)大于15、16号采样点的TLI(Σ).经过实地调查发现，原因有两个：①灞陵河从灞陵桥景区内部穿过，景区人流量多，特别是春、夏季，采样期间正是春季，游客数量较多，可回收垃圾和食品类垃圾大量产生，所以TLI(Σ)较高.②14号采样点附近有一条小溪汇入灞陵河，小溪几乎不流动，水质较差、颜色发黑、水体发臭.沿小溪调查发现，小溪北侧的村庄周围有油漆味，可能是化工厂的废水排入小溪，小溪与灞陵河交汇处水质较差，导致TLI(Σ)的数值升高.

3 影响灞陵河许昌市区段水体富营养化现状原因探讨

导致水体富营养化的原因有许多，例如总氮、总磷浓度增高，透明度降低等，导致水体质量发生变化.采用主成分分析法，将多个水体富营养化的指标聚焦为具有代表性的主要指标，确定研究区河流富营养化的主控因子.主控因子见表3.根据特征值和方差贡献率，把特征值大于1，方差贡献率较大的几个成分确定为主成分，分析各指标与主成分之间的相关性，确定污染因子.

表3 主成分载荷

可以看出，第一主成分是氮磷营养物质，氮磷物质的来源有多种，正常情况下来源于自然元素循环过程.异常增多则可能是由人类一系列的生产活动造成的，主要原因包括汽车排放的尾气中含有氮氧化合物，周边农田中农药、化肥的过量使用，生活垃圾中的营养物质进入河流，河流底泥中富含营养物质.

第二主成分是悬浮物.水体中的悬浮物是水体浑浊的主要原因，如果不加以处理，还会阻挡光线，影响水生植物的光合作用.通过实地调查发现，河段水体悬浮物的来源是周边正在施工的工程，主要是地面垃圾，以及河流中的藻类.

4 结语

以灞陵河许昌市区段为研究对象，对25个采样点的五项指标(TN、TP、SD、CODMn、Chl-a)进行水体富营养化评价，并且对影响该河段水质因子进行探讨.研究发现：11个采样点的属于Ⅳ类水质，22个采样点的属于Ⅱ类水质，24个采样点的CODMn属于Ⅱ类水质；灞陵河许昌市区段综合营养状态指数均值是44.05，处于中营养状态.灞陵河上游富营养化程度低，中下游由于人类活动、营养物质堆积等原因，富营养化程度比上游高.总体来说，各采样点的TLI(Σ)不高，变化比较平稳.

研究主要在春季采集水样，而夏季和冬季未开展.在下一步工作中，采集水样应根据季节变化，具体探讨水体污染的修复治理措施.