清水江流域水体中氮磷分布及富营养化程度评价

DOI： 10. 13205 / j． hjgc． 201605031
TEMPOＲAL AND SPATIAL VAＲIATION OF NITＲOGEN AND PHOSPHOＲUS AND EUTＲOPHICATION ASSESSMENT IN QINGSHUI ＲIVEＲ
HUANG Juan1 ，AN Yan-ling2 ，WU Qi-xin2 （ 1． College of Ｒesources and Environmental Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China； 2． Key Laboratory of Karst Environment and Geohazard Prevention，Ministry of Education，Guizhou University，Guiyang 550003，China）
重安江上两者的质量浓度则表现为枯水期明显高于丰 水期，由此可知重安江的磷污染主要来源于点源污染。
a—TN； b—NH4+ － N。 —■—丰水期； —△—枯水期。 图 2 清水江流域各采样点及支流氮元素浓度分布 Fig． 2 Variation of nitrogen concentration in Qingshui Ｒiver
清水江流域 TN 和 NH4+ －N 质量浓度随空间变化 趋势显著，上游和中游相对下游污染较为严重。其中 支流重安江受氮污染最为严重，其丰水期 3 个采样点 的 TN 和 NH4+ －N 的平均值达到国家地表水环境质量 标准中 V 类水标准的 3 倍和 1. 5 倍； 枯水期时达到 GB 3838—2002 中 V 类水标准的 5 倍和 2 倍。 2. 3 清水江流域磷元素分布特征
Wj × （ lnxj ） 1． 1826
j =1
j =1
式中： Wj 为指标 j 的归一化权重值，本研究将各指标
视作等权重； EIj 为指标 j 的富营养化评价普适指数； xj为指标 j 的“规范值”。
为了说明流域的富营养化程度，需要采用一系列
的数字对流域的营养状态进行分级，见表 1。
表 1 富营养化程度（ EI） 评价标准
于 2013 年 8 月和 2014 年 1 月先后 2 次在清水 江流域 干 流 上 的 兴 仁 镇 断 面 （ 1 号） 、进 凯 里 市 前 （ 2 号） 、凯 里 市 下 游 （ 3 号 ） 、旁 海 （ 4 号 ） 、施 洞 （ 5 号） 、剑河（ 6 号） 、柳川（ 7 号） 、九秀（ 8 号） 、南加 （ 9 号） 、八洋（ 10 号） 、封治水库的坝上（ 11 号） 与坝 下（ 12 号） 、锦屏（ 13 号） 、茅坪镇（ 14 号） 、远口水库 （ 15 号） 、白市（ 16 号） 、翁洞（ 17 号） 以及所有的支流 采集样品，具体采样位置如图 1 所示。样品采集后用 硫酸酸化保存，2 d 内运回实验室完成分析。采样前 采用便携式多参数测试仪（ 德国 WTW） 现场测定水 体温度（ T） 、溶解氧（ DO） 、pH 等参数。总氮（ TN） 、 氨氮（ NH4+ －N） 、总磷（ TP） 、可溶性正磷酸盐（ PO34 － －P） 、 高锰酸盐指数（ COD） 均是在室内按照《水和废水监 测分析方法》［13］里的分析方法进行分析。
监测与评价
Environmental Monitoring ＆ Assessment
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清水江流域水体中氮磷分布及富营养化程度评价*
黄 娟1 安艳玲2 吴起鑫2
（ 1. 贵州大学 资源与环境工程学院，贵阳 550025； 2. 贵州大学 喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室，贵阳 550003）
摘要： 于 2013 年 8 月和 2014 年 1 月先后 2 次在清水江流域进行水质监测，阐述了清水江流域氮、磷的时空分布特征， 并对其富营养化状态进行评价。结果表明： 清水江流域氮、磷污染严重，ρ （ TN） 的平均值为 2. 08 mg / L，ρ （ TP） 为 0. 80 mg / L（ （ PO34 － －P） 占 77% ） 。流域氮、磷时空分布特征明显，下游氮元素的浓度明显比上游和中游低，磷元素则表 现为在中游最高。富营养化评价综合指数表明清水江流域总体呈富营养化状态，清水江流域 N / P 比例关系显示干流 上旁海（ 4 号） 到南加（ 9 号） 之间的河段以及支流重安江和卡龙河表现为氮限制，干流上的其他河段和支流表现为磷 限制。 关键词： 清水江； 氮； 磷； 富营养化
量浓度无论是在丰水期还是枯水期低于国家的 I 类
水标准（ 15 mg / L） ，说 明 清 水 江 流 域 受 有 机 物 的 污
染较小。
表 2 清水江流域水体理化性质
Table 2 Physicochemical characteristics of the
water in Qingshui Ｒiver
监测与评价
Environmental Monitoring ＆ Assessment
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的兴仁镇断面（ 1 号） 到施洞（ 5 号） 之间的水体表现 为枯水期高于丰水期，说明此河段的 NH4+ －N 以点源 污染为主，事实上此河段流径都匀、凯里等城市区域，
城镇 和 生 活 污 水 的 排 放 是 其 主 要 的 点 源 污 染 来源［16］。
0引言 前人的研究表明，随着人类活动日益加剧，经济
快速发展，我国大河流域的氮、磷营养盐的含量有逐 渐升高的趋势［1-3］。虽然河流的富营养化程度不如湖 泊、水库等缓流水体严重［4-5］，但是营养盐含量的升高 会增加河流富营养化风险，因此河流的富营养化也是
* 贵州省科技厅社发攻关项目（ 黔科合 SY 字［2013］3133） ； 贵州省科 技厅项目（ 黔科合计 Z 字（ 2012） 4012） ； 贵州省自然科学基金（ 黔科合 J 字［2013］2130 号） ； 贵州大学博士基金项目（ Z045015） 。 收稿日期： 2015 － 09 － 10
我们需要关注的重要问题之一［6-7］。 清水江流域是贵州省的第二大河，位于贵州省东
南部，地 处 云 贵 高 原 向 湘 贵 丘 陵 地 过 渡 的 斜 坡 地 带［8］。清水江 流 经 的 福 泉 市、都 匀 市 和 凯 里 市 分 布 了大量的磷化工和化肥企业，导致其氮、磷营养盐的 质量浓度急剧上升。近几年已有部分学者运用模糊 综合评价法和综合水质污染指数法对清水江流域水 体污染做出研究，但其研究范围仅局限于清水江流域 已有的几个监测断面，从全流域的角度讨论水体中氮 磷营养盐的富营养化风险鲜见研究。本研究通过对
环境工程
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Environmental Engineering
清水江流域 的 氮、磷 营 养 盐 的 时 空 变 化 特 征 进 行 分 析，运用对数型幂函数普适指数公式，探讨清水江流 域的水体富营养化风险，以期为该流域的水污染治理 提供理论依据。 1 材料与方法 1. 1 研究区概况
清水江流域是长江流域洞庭湖沅水水系上游主 流河段，地处东经 105°15'—109°50'，北纬 26°10'— 27 °15 '［8］，发源于 贵 州 贵 定 县 南 斗 篷 山，自 西 向 东 流 经贵定、都匀、丹寨、麻江、凯里等城镇，于天柱县的翁 洞镇入湖南境内，在托口镇与渠水汇合后称为沅江［8］。 清水江流域全长 459 km，流域面积为 17 517 km2［9-10］， 主要支流有重安江、巴拉河、太拥河、乌下河、鹿洞河、 亮江、鉴江等。河源至重安江汇口为上游，集水面积 2 763 km2 ； 下至锦屏六洞河汇口为中游； 锦屏下至贵 州—湖南省界为下游［11-12］。 1. 2 样品采集与分析
时期
pH
ρ（ DO） / （ mg·L － 1 ） ρ（ COD） / （ mg·L －1 ）
枯水期 丰水期 枯水期 丰水期 枯水期 丰水期
平均值 7. 87 8. 02 9. 34 7. 05 7. 69 4. 37
国家标准值 6 ～ 9 6 ～ 9 I 类 II 类 I 类
I类
2. 2 清水江流域氮元素分布特征 由图 2 可知： 清水江流域 TN 浓 度 年 平 均 值 为
图 1 流域采样点分布 Fig． 1 Sampling locatiபைடு நூலகம்ns of study area
1. 3 富营养化评价综合指数
本研究主要采用广泛应用于我国湖泊、水库和河 流的对数型幂函数普适指数法［14］对清水江流域富营
养化状态进行评价。其主要计算公式见下：
n
n
∑ ∑ EI =
Wj × EIj = 10． 77 ×
2. 36 mg / L，超过 GB 3838—2002《国家地表水环境质 量标准》中的 V 类水标准。在时间分布上看，干流上 TN 浓度丰水期略高于枯水期，说明清水江流域总氮 的污染主要来源于面源污染。而丰水期较枯水期高 的主要原因在于丰水期降水量增多，冲刷土壤中积累 的营养盐，也可能冲击河底沉积物，使已经沉淀的沉 积物中的营养盐又再度释放出来［15］。在支流重安江 上则明显表现为枯水期明显高于丰水期，说明重安江 有点源污染的贡献。NH4+ － N 则在位于上游和中游
2. 1 清水江流域水体理化性质
由表 2 可知： 清水江流域 pH 值在国家地表水
标准值范 围 内。DO 浓 度 枯 水 期 较 丰 水 期 高，这 可
能是由 于 枯 水 期 时 水 温 较 低，使 水 体 中 水 生 生 物
（ 藻类，微生物等耗 氧 生 物） 的 活 动 受 到 抑 制，导 致
枯水期 时 水 体 中 的 DO 保 持 在 较 高 值。COD 的 质
Table 1 The criteria of eutrophication assessment
营养程度 贫营养 中营养 富营养 重富营养 极富营养 分级标准 ≤20 20 ～ 39. 42 39. 42 ～ 61. 29 61. 29 ～ 76. 28 76. 28 ～ 99. 77