三峡大学求索溪水质监测与评价

聂小倩，李丽萍，郭 强，赵小蓉，黄应平，胥 焘

(1．三峡地区地质灾害与生态环境湖北省协同创新中心，湖北 宜昌443002;2．三峡库区生态环境教育部工程研究中心(三峡大学)，湖北 宜昌443002)

三峡大学求索溪之名从校训“求索”而来，其东起于三峡大学校内学生公寓东苑，止于三峡大学北门，总长超过2 000 m，溪流宽5～50 m 不等，是三峡大学校园内唯一的溪流，具有明显的景观功能作用［1］．近年来，因周围生活污水的排放，求索溪水体中藻类繁殖加深，水体藻华偶有爆发;尤其近期东苑基建的实施，上游源水断流，求索溪水体流动性减少，水体水质逐渐趋于富营养化，影响到校园景观的美观和水生态平衡．

为了了解求索溪水质现状及水体水质随时间和空间的变化情况，掌握水体富营养化状态，并初步探明求索溪水体中上游的生态湿地对水体水质净化的作用，为该景观水体的进一步治理提供帮助，本文于2012 年2 月至2012 年12 月间对求索溪水体水质参数和环境因素进行了定期跟踪监测．

现场监测部分的主要监测指标包括透明度(SD)、溶解氧(DO)和温度;采样分析部分则使用采样器采集水样，于24 h 内测定水体总磷(TP)、总氮(TN)和叶绿素a(Chla)等．在此基础上，利用测定的水质和环境参数数据，采用修正的营养状态指数法(TSI)对求索溪水体水质环境状况进行评价．

1 试验设计

1．1 采样点的布置

基于监测期间内，东苑附近的水域处于施工现场，北门的溪水大半时间断水，故此两处均不设置在监测范围内．具体的监测点分布起始于三峡大学机械楼前，止于接待中心楼前，共设置7 个采样点，详见图1．各个采样点位置分别为:机械楼前(1)、化生教学楼前(2)、沁苑足球场前(3)、理科楼前(4)、行政中心楼前(5)、图书馆楼前(6)以及接待中心楼前(7)．

1．2 营养状态评价

数据采用修正的营养状态指数(trophic state index，TSI)进行评价［2］，公式如下:

式中:TSI表示卡尔森营养状态指数;Chla 为湖水中叶绿素a含量(mg/m3);SD 为湖水透明度值(m);TP 为湖水中总磷浓度(mg/L)．

其中，营养状态指数划分为，37 以下贫营养，38～53 为中营养，54 以上为富营养［3－4］．

图1 三峡大学求索溪样点分布图Fig．1 Distribution of the sampling pointsof Qiusuo Brook in the Three Gorges University

1．3 求索溪检测及样品采集

求索溪样品的采集定于每个月15 日前后3 d，均为早上8:00～11:00 点之间，DO 与水体温度使用溶氧仪(HACH HQ 30 d)现场测定，水体SD 使用萨氏盘现场测定，水样用10 L 采样器进行采集，后将水样放置于样品瓶中带回实验室于24 h 内分别完成TP、TN、Chla 及pH 值的测定．pH 值使用pH 计(梅特勒－多利托仪器(上海)有限公司，DELTA320)测定，TP、TN 和Chla 参照《水和废水监测分析方法》测定［5］．

1．4 数据分析

所有实验数据使用Microsoft Excel 2003 进行统计计算，使用Origin 8．1 进行作图，使用SPSS 13．0 进行聚类分析［6］．

2 结果与分析

2．1 各个采样点的聚类分析结果

根据各个采样点TP、TN、Chla 的相似性，将7 个采样点分成了3 组，具体见图2．第1 组(G1)包括1、2 采样点，其靠近求索溪源头位置，位于化生楼至机械楼，未经过生态湿地;第2 组(G2)包括3、4、5 采样点，为生态湿地之后至行政楼;第3 组(G3)包括6、7 采样点，为求索溪下游尾段，从图书馆至接待中心处．

图2 聚类分析图Fig．2 Clustering analysis diagram

2．2 水温的变化

水温是水体的基本物理指标，主要随着大气温度和季节的变化而发生变化，可通过影响水生植物的光合作用进而影响水生植物的生长．本文通过对求索溪的现场测定，得出水体全年平均温度变化曲线(图3)．

从图3 中看出，从2 月份至7 月份水温不断升高，从8．06℃升到了29．86℃;随后随季节的变化，水温逐月降低，从29．86℃降低至5．77℃．跟踪监测期间，通过观察发现在水温较高的7－9 月期间，水中漂浮大量丝状藻类以至于水域总体呈现淡绿色，表明较高的水温促进了藻类的生长．

图3 水温变化曲线Fig．3 Water temperature change curve

2．3 TP、TN 浓度的变化

水体中氮、磷营养盐是藻类生长所必须的物质，当水中营养盐过度积累时，可促进藻类的大量繁殖，导致藻华的发生．定期采取求索溪水样，参照《水和废水测定分析方法》测定水体中TP、TN 的浓度，结果见图4．

图4 TP、TN 的浓度变化Fig．4 The changes of TP and TN concentration

从图4 可知，TP、TN 的浓度普遍较高为G1，其次为G2，最低为G3．求索溪从上游至下游呈现梯田式设计，每一个池子相当于一个沉淀池，故越往下游，TP、TN 的浓度便越低，这是TP、TN 的浓度G1＞G2＞G3 的原因之一．其次，化生楼旁由芦苇、菖蒲和凤眼莲等水生植物组成的湿地系统相当于一个过滤器，期中植物可吸收水中的氮磷等营养盐［7－10］，所以G2、G3 的氮磷浓度普遍低于G1．

此外，从图4 中还可看出各组TP、TN 浓度呈现一定的时间变化．对于G1 的TP、TN 浓度，2－6 月、10－12月普遍较高，7－10 月则普遍较低;对于G2、G3 的TP、TN 浓度则为2－4 月普遍升高，4－9 月普遍降低，10－12月普遍升高．引起G1TP、TN 浓度的这种变化的主要原因是，在2－6 月、10－12 月为正常上学期间，实验污水和生活污水的排放量相对于7－10 月(学校暑假期间)大，故，2－6 月、10－12 月TP、TN 浓度普遍较高． 引起G2、G3 的TP、TN 浓度变化一方面与G1 有关，另一方面则与湿地相关．在4－9 月，因为气候和季节的影响，湿地里的水生植物均开始生长，湿地发挥了其净化能力，从而导致了G2、G3 TP、TN 浓度的降低．

2．4 Chla 浓度的变化

Chla 可直观表达水中藻类浓度，因此可通过测定水中Chla 浓度来了解浮游藻类的生长状况．本文定期采取求索溪水样，参照《水和废水测定分析方法》测定水体中Chla 的浓度，分析结果见图5．

图5 Chla 浓度的变化Fig．5 The change of Chla concentration

从图5 中看出，G1 的Chla 浓度均低于G2、G3，分布范围为5．82～42.10 mg/m3，平均为16．49 mg/m3;而G2、G3 的Chla 浓度则很高，分布范围分别为11.89～477.87 mg/m3和12．23～468．95 mg/m3，平均为129．99 mg/m3和137．31 mg/m3．引起这种差异的原因为:G1 最接近求索溪源头的排污口所在地，污水排入后，水体的不断扰动，使得水中颗粒物难以沉降，水质浑浊，不利于藻类获得光照，限制了藻类的生长;而G2、G3 则不同，在经过湿地的过滤和沉淀池的沉淀后，水中的颗粒悬浮物质明显较少，利于藻类获得光照，使其得到大量繁殖，所以G2、G3 的Chla 浓度普遍高于G1．

从图5 中还可以看出，从2 月至4 月因水体温度较低，不利于藻类生长，故Chla 浓度为降低趋势，4 月至7 月温度则逐渐升高(见图3)，利于藻类的生长和繁殖，Chla 浓度为升高趋势，8 月之后，随着水体温度的降低，藻类生长受到一定的限制，使得Chla 浓度呈降低趋势．

2．5 水体SD 的变化

水体SD 可直接影响光照到达水体的深度，SD 过低时，光照无法到下层水体，使水中的沉水植物因得不到充足的光照而死亡，从而改变水生生态系统原有的平衡状态．本文使用萨氏盘在现场测定求索溪水体SD，得到水体SD 随时间推移而变化的曲线(图6)．

图6 水体SD 的变化Fig．6 The change of water transparency

从图6 中可以看出，G1 的SD 在暑假期间(7－9 月)普遍高于其它两组，这是因为实验污水和生活污水的少量排放，使得水体受到扰动较小，水中颗粒物沉淀，使得其SD 升高．G1、G2 虽然经过了湿地系统的过滤使得水体中颗粒物浓度降低，但由于该时间段内藻类同时大量繁殖，因此仍使得下游水体SD 反而降低．

2．6 营养状态指数(TSI)的变化

采用前面现场监测和采样分析得到的结果，利用前述营养状态指

2．7 求索溪各个指标和营养状况

数评价方法进行计算，得到营养状态指数随时间的变化曲线(图7)．图7 中可知，G1、G2、G3 的TSI 之间相差不大．这是因为，G1 的TP浓度虽高于其它两组，然其Chla 浓度却低于其它两组，故出现了差异不大的现象．在放假期间(7－9 月)，G1 的TSI 则普遍低于其它两组，这是由于放假期间SD 升高所致．

图7 TSI 的变化Fig．7 The change of TSI

表1 为求索溪各项指标及营养状况评价，从表中可以看出，G1 的TP 和TN 浓度及SD 全年平均值高于其他两组，而Chla 和DO 浓度则低于其他两组，三组pH 值均为碱性，其中G2 的pH 值最高．在Chla 浓度和SD 的影响下，计算得出的TSI 平均值最低为G1 组，在湿地和沉淀池的作用下，G3 的TSI 其次．从表得出，总体上求索溪水体处于富营养状态．

表1 求索溪各项指标及营养状况评价Tab．1 Assessment of nutritional status of Qiusuo creek

3 小结

近一年的跟踪监测表明，求索溪水质全年营养状态指数分布在68～87 之间，处于富营养化状态．靠近源头的中上游水域水体DO 水平低、SD 差;求索溪中上游设置的生态湿地对水体污染起到了一定的净化作用，水体流经生态湿地后，水中氮磷等营养盐水平显著降低，水体中DO 水平明显升高．季节对求索溪水体水质有明显影响，在气温较低、生态湿地植物生长缓慢期和凋亡期，水体水质相对较好;在气温较高、生态湿地植物生长旺盛期，水体中藻类生长旺盛，水体SD 相对较低，水体的景观功能受到一定影响．

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