河西走廊東段武威市總氮總磷時空污染分析

李璐 賈維平 陳萌萌

摘要 選擇2006—2017年甘肅省武威市水庫和地表水的TN、TP濃度進行研究，結果顯示，2006—2017年5個水庫及斷面TN變化呈先下降后上升趨勢，TN平均濃度為1.726 mg/L，變化幅度為0.360～5.063 mg/L，總磷呈平穩下降趨勢，TP平均濃度為0.151 mg/L，變化幅度為0.110～0.453 mg/L;5個水庫及斷面濃度季節差異與干旱濕季的變化一致，地表水TN、TP濃度與降雨量的相關性較低;5個水庫及斷面12年空間差異明顯，富營養化嚴重，其中石羊河扎子溝斷面TN、TP均常年超標，是該區域環境監管的重點。

關鍵詞 水庫水質;地表水;總氮總磷;河西走廊東段

中圖分類號 X524文獻標識碼 A

文章編號 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

隨著人口數量不斷增長，工農業的快速發展，對江河湖海的污染日益嚴峻[1-5]，生活污水、農田廢水、農藥化肥淋失、城鎮地表徑流、礦區和建筑區地表徑流等隨河流和雨水進入水體后造成富營養化，導致地表水和水庫氮磷的超標[6-7]。水循環系統的健康被破壞，加重了水資源的短缺，嚴重影響了當地經濟、社會發展和人們正常的生產生活。生態環境惡化帶來的一系列問題已經引起了我國政府和學者的高度關注[8-9]，但在西部中小城市尤其欠發達城鎮的面源污染動態及來源的研究并未引起足夠的重視[10-12]。筆者通過分析2006—2017年武威市面源污染動態規律[13]，總結了該地區總氮總磷負荷的時空變化，對實現武威的鄉村振興計劃和進一步提升水庫水資源的保護以及下階段加強工程、法律、經濟和管理政策等綜合監管手段提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

武威位于甘肅省中部、河西走廊東端，位于101°49′～104°43′E，36°09′～39°27′N，地處青藏、黃土、蒙新三大高原交匯地帶，境內有灌溉綠洲、荒漠、高山草地、祁連山天然水源涵養林帶及沙漠、淺山地帶?？偯娣e33 236 km2，其中耕地面積25.6萬hm2，草地面積236.87萬hm2。武威市總人口197.65萬人，其中農業人口155.82萬人。武威市河流分屬黃河和石羊河兩大流域，石羊河流域位于中上游，由于石羊河流域水資源稀缺，水資源已成為武威市經濟社會發展的首要制約因素。石羊河水系流入武威市較大的河流有大靖河、古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營河等。流域面積29 135.55 km2（圖1）。

1.2 數據來源

依據2006—2017年武威市主要河流水系或水庫（表1），石羊河（扎子溝、紅崖山）、黃羊河（黃羊水庫）為國控斷面，執行Ⅲ類標準;西營河（西營水庫）為省控斷面，執行Ⅲ類標準;金塔河（南營水庫）為省控斷面，執行Ⅱ類標準。試驗數據為2006—2017年武威市環境質量報告書[14-16]中TN、TP監測數據。其中TN用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法（GB11894-89）測定，TP采用鉬酸銨分光光度法（GB11893-89）測定。

1.3 數據處理

試驗數據處理與分析均采用SPSS 18.0和Excel2013統計軟件，并用Origin 8.0軟件進行圖像繪制。

2 結果與分析

2.1 水庫及斷面地表水總氮總磷的年度變化

由圖2可知，2006—2017年黃羊水庫地表水TN濃度總體呈平穩上升趨勢。2012年濃度最高，南營水庫地表水屬于正常，總體TN濃度趨于平穩，其中2010年略有上升。2010年后西營水庫地表水TN濃度上升，2016年濃度最高，其中2006—2010年，TN濃度超標0.15倍，2010—2015年，TN濃度超標0.2倍，2015—2017年，TN濃度超標0.55倍，總體TN濃度呈上升趨勢。

紅崖山水庫斷面地表水TN濃度總體呈平穩趨勢，其中2006—2010年，TN濃度超標0.339倍，除2017年TN濃度未超標，年總體TN達標。石羊河扎子溝斷面地表水呈下降趨勢，2006—2010年，TN濃度超標2.043倍，2015—2017年，TN濃度超標0.675倍，總體TN濃度仍超標。斷面地表水TN濃度偏高原因：由于武威地區的地表水水文特征普遍存在流量小，流程短，流量因季節、降水等因素影響大的特點，因此水質穩定性較差，自凈能力弱，環境容量小，納污量小，容易造成污染。

根據武威地區環境質量報告書12年數據，石羊河扎子溝斷面地表水2006—2010年，TP濃度超標2.804倍，2010—2015年，TP濃度超標1.508倍，2016—2017年TP濃度超標1.4倍，總體TP濃度呈下降趨勢，但仍超標。紅崖山水庫斷面地表水屬于III類標準，其中2006—2010年，TP濃度超標0.5倍，2010—2015年，TP濃度超標0.196倍，2015—2017年，TP濃度未超標，總體TP濃度呈下降趨勢。武威地區以造紙、食品、紡織、煤炭、化工、建材六大行業為主，其中以造紙行業排廢水量最大。3個水庫工業廢水及其主要污染物的排放總量均呈緩慢增長趨勢，生活污水及主要污染物隨著城鎮人口的增加而呈上升趨勢。

2.2 水庫及斷面地表水總氮總磷的月變化特征

以2017年為例，就4大水庫及斷面地表水的總氮總磷情況具體分析。5大水庫及斷面總氮月變化總體呈先上升后下降再上升的趨勢，而扎子溝斷面總氮峰值出現在5、6月，濃度達6 mg/L，10—12月濃度為4.23 mg/L，四大水庫及斷面總磷月變化總體呈平穩趨勢，扎子溝斷面2017年監測超標項目為總磷，超標月份為2、6和7月，分別超過地表水Ⅲ類考核目標要求的0.485、0.400和0.150倍（圖4）。

2.3 水庫及斷面地表水氮磷污染的季節特征

武威市地表水TN、TP濃度具有很強的時間變異性，不同季節TN、TP 濃度表現為春夏濃度低，秋冬濃度高，季節變化分為枯水期（12—2月）、平水期（8—10月）、豐水期（3—7月），與武威當地雨季、旱季較一致。根據當地雨水量的不同，各水庫采樣點 TN、TP 的濃度變化見圖5。由圖5可知，豐水期和枯水期的TN平均濃度分別為1.18、1.78 mg/L，TP平均濃度分別為0.05、0.09 mg/L?？梢娢渫袊財嗝嫠畮炜菟谳^豐水期 TN、TP 污染嚴重，TN、TP的月變化趨勢除扎子溝斷面水庫斷面其他水庫與空間變化趨勢大致相同。

5大水庫及斷面2017年春季、夏季為豐水期，降雨量較高（表2），TN月平均濃度為1.11～1.78 mg/L，其中降雨量最大的7月，其TN濃度最低為0.51 mg/L，而降雨量最低的是10—12月，其 TN 濃度最高為4.64 mg/L;枯水期河水TN月平均濃度最高為1.78 mg/L，出現在降雨量接近最大的5—7月，水庫TN月平均濃度為0.24～1.18 mg/L，濃度較豐水期低，這主要是由于工業點源、畜禽養殖和生活污水排放量在年內基本保持不變，而地表徑流帶入的氮磷量隨降雨強度變化，枯水期較豐水期地表徑流氮等非點源氮源對河水氮貢獻減少，主要受點源氮輸入的影響，而扎子溝斷面常年偏高，主要是屬石羊河下游水系，斷面來水主要為天然河道來水和市污水處理廠排放的廢水，除汛期外，天然河道來水量較小，對市污水處理廠排放的廢水（日均5萬m3）稀釋效果有限，且污水處理廠廢水排放標準主要污染物濃度高于地表水Ⅲ類標準限值，市污水處理廠排放廢水是下游扎子溝斷面總磷超標的主要原因。

河水TN、TP月平均濃度與總降雨量的關系見圖6，相關系數r=-0.011（P=0.736）、r=-0.201（P>0.05），說明水庫TN、TP濃度與降雨量的相關性小，影響顯著，表現為降雨量對河水TN、TP濃度不具有明顯的稀釋效應。武威屬典型的溫帶大陸性氣候，晝夜溫差大，干旱少雨，年平均氣溫7.8 ℃，降水量60～610 mm，蒸發量1 400～3 010 mm，日照2 200～3 030 h。從武威降水方面看，蒸發量大于降水量，屬于干旱性氣候。

2.4 水庫及斷面地表水總氮總磷的空間變化

扎子溝、紅崖山作為武威市石羊河流域主要水庫斷面，由北向南經分支為西營河（西營水庫）、黃羊河（黃羊水庫）、金塔河（南營水庫），同一時期水庫斷面TN、TP具有很強的空間變異性，扎子溝斷面位于石羊河流域下游，12年TN平均濃度為1.726 mg/L，變化范圍為0.360～5.063 mg/L，TP平均濃度為0.151 mg/L，變化范圍為0.110～0.453 mg/L，污染嚴重，主要原因為斷面來水主要為天然河道來水和市污水處理廠排放的廢水，而2010—2015年的污染狀況較2006—2010年污染明顯減輕，主要原因：一是完成了武威市污水處理廠達標升級改造工程，武威市污水處理廠的改建使城市生活污水能夠達標排放，從而使水庫污染減輕;二是建成投運武威工業園區、黃羊工業園區、寬溝工業園區等25家企業的污水處理廠，針對性地對污水的種類單獨處理;三是關停黃羊河亞麻廠等10家企業，特種生產制造企業對水質環境的影響較為嚴重。紅崖山水庫12年TN平均濃度為0.811 mg/L，變化范圍為0.308～2.114 mg/L，TP平均濃度為0.062 mg/L，變化范圍為0.038～0.121 mg/L，污染較嚴重。其他水庫周圍污染源較少，水質自凈能力強，TN、TP濃度較穩定（圖7）。

2.5 TN、TP污染特征

2.5.1 水體總氮污染。

在環境水質分析中，總氮是判斷飲用水、水源水、地表水污染程度的重要指標之一[17]，扎子溝斷面TN的年均變化在0.302～5.063 mg/L，超出Ⅲ類標準。其主要來源：工業廢水及生活污水的排放，且排放總量呈逐年上升趨勢。其他水庫TP呈平穩下降趨勢，且氨氮在厭氧條件下也會轉化為亞硝酸鹽氮;飲用水中硝酸鹽氮在人體內經硝酸還原菌作用后被還原為亞硝酸鹽氮，毒性將擴大為硝酸鹽毒性的11倍。

2.5.2 水體總磷污染。

水中磷主要來源為生活污水、化肥、有機磷農藥及近代洗滌劑所用的磷酸鹽增潔劑等。磷酸鹽會干擾水廠中的混凝過程。扎子溝斷面TP在0.110～0.452 mg/L，超出Ⅲ類標準。其他水庫TP呈平穩下降趨勢，市污水處理廠排放廢水是下游扎子溝斷面總磷超標的主要原因。需加強石羊河扎子溝斷面上游河道生態環境[18]治理工程建設以及扎子溝地表水監測斷面上游河道及兩側紅線范圍內工業點源、農業面源、養殖場（小區）廢棄物、散養放養及畜禽糞便、居民生產生活垃圾的監管[19-20]。

2.5.3 水質富營養化。

氮磷污染是影響水庫富營養化的主要原因[20]，水庫等水體中氮磷等植物營養物質含量過多所引起的水質污染現象。當水體中總氮、總磷的濃度達020和0.02 mg/L時，可能發生“水華”現象[21]。四大水庫及斷面不同月份水庫總氮總磷濃度平均為1.328和0.127 mg/L，超出標準為6.64、6.35倍，很有可能發生水華現象。

3 結論

（1）年際變化。扎子溝斷面總氮、總磷2006—2009年嚴重污染，2010—2016年下降為輕度污染。紅崖山水庫水質污染變化呈逐年好轉趨勢，屬于輕污染。其余3個水庫斷面黃羊水庫、南營水庫、西營水庫水質從2010年后變化平穩，南營水庫、西營水庫水質達III類標準，黃羊水庫達II類標準。

（2）季節變化。5個水庫TN濃度從季節上看表現為秋季>冬季>春季>夏季。TP表現為冬季>夏季>春季>秋季，從水期看，枯水期濃度高，豐水期濃度低，但相關性差，主要是由于各水庫周邊污染物和污染類型不同，總氮總磷濃度隨之變化。

（3）空間變化。從水庫在流域的分布可見，同一時期不同水庫的總氮、總磷的變規律不同，這與每個水庫所處的位置及周邊的生產生活布局不同有關，地表水斷面從上游到下游面源污染減輕，與水體的自凈、遷移擴散等水體生態系統的代謝有關，也與環境監管的力度增加有關。

（4）五大水庫及斷面總氮、總磷處于富營養化狀態，加強市區污染水體的全收集、全處理，把水體的治理作為鄉村振興計劃[22]的主要內容。

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