謝 飛，徐聰輝，時(shí)志強(qiáng)

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210036；2.江蘇省蘇力環(huán)境科技有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210008)

0 引言

長(zhǎng)江中下游地區(qū)淡水湖泊密布，擁有大量的湖泊，并且湖泊深度普遍為淺水湖泊,同時(shí)這一地區(qū)也是我國湖泊富營養(yǎng)化問題最普遍的地區(qū)[1]。高郵湖屬淮河流域，淮河入江水道穿湖，終達(dá)長(zhǎng)江?？缃K省揚(yáng)州市、安徽省天長(zhǎng)市，水域總面積為760.67 km2（平水面積），僅次于太湖，洪澤湖，為江蘇省的第三大湖[2-3]。高郵湖水面寬廣、環(huán)境優(yōu)美，物產(chǎn)豐富，隨著對(duì)高郵湖的開發(fā)利用，高郵湖的污染問題也日益引起地方政府的重視[4]。高郵湖湖心區(qū)斷面為國控?cái)嗝妫强己烁哙]湖水質(zhì)的關(guān)鍵考核斷面，近年來其水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)[5-6]。

《市政府關(guān)于印發(fā)高郵市水污染防治工作實(shí)施方案的通知》（郵政法[2016]186 號(hào)）中提出了高郵湖湖心區(qū)斷面2018年穩(wěn)定達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)考核標(biāo)準(zhǔn)的水體達(dá)標(biāo)任務(wù)，高郵市環(huán)境保護(hù)局委托江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院編制了《高郵湖湖心區(qū)斷面水體達(dá)標(biāo)方案（2016—2018）》。按照該方案給出的水環(huán)境綜合整治的措施，經(jīng)過3 a 左右的治理，高郵湖湖心區(qū)斷面其余因子均能達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，總磷指標(biāo)則時(shí)常超標(biāo)，為找出湖心區(qū)斷面總磷污染的原因，以順利的進(jìn)行湖區(qū)總磷污染防治工作，本文通過湖心和入湖河道的相關(guān)歷史數(shù)據(jù)對(duì)高郵湖總磷污染現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并基于EFDC 水環(huán)境動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)高郵湖各入湖河道的污染貢獻(xiàn)進(jìn)行了解析。

1 高郵湖出入湖河道概況

高郵湖入湖水系主要為淮河入江水道改道段下泄的淮河洪水、寶應(yīng)湖退水閘相繼分泄白馬、寶應(yīng)湖澇水，及沿湖排水入湖河道利農(nóng)河、銅龍河（安徽）、楊村河（安徽）、白塔河（安徽）、秦欄河（蘇皖界河）等[7]；出湖水系主要為新民灘高郵湖控制線上的楊莊河、莊臺(tái)河、毛港河、新港河、王港河等。通過這些河道，高郵湖水進(jìn)入邵伯湖[2-3]。

2 高郵湖總磷超標(biāo)現(xiàn)狀分析

2018～2019年高郵湖國控?cái)嗝婵偭自录咀兓闆r見圖1。由圖1 可看出，2018年全年除5月份外，其他月份均出現(xiàn)了總磷超標(biāo)的情況，其中2，3月總磷濃度最高，超標(biāo)倍數(shù)均為1.6 倍，年平均質(zhì)量濃度為0.098 mg/L，2019年1～10月中，除3月與5月外，其他月份均出現(xiàn)超標(biāo)，其中7月與10月總磷濃度最高，超標(biāo)倍數(shù)為3.2 與3.4 倍，水質(zhì)類別達(dá)到劣V 類，1～10月總磷平均質(zhì)量濃度為0.112 mg/L，超過湖泊Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 2018～2019年高郵湖國控?cái)嗝婵偭自录咀兓闆r

總體而言，2019年湖心區(qū)總磷平均濃度高于2018年平均濃度。其原因主要有：①2019年高郵地區(qū)及全省降雨量較小，上游地區(qū)未發(fā)生泄洪，全年未出現(xiàn)豐水期，因此湖水流速較慢，湖區(qū)換水周期較長(zhǎng)，湖區(qū)內(nèi)污染物得不到較快的釋放；②2019年高郵湖區(qū)水位較低（水深基本分布在1 m 左右），入湖河流排入湖中的污染物、水產(chǎn)養(yǎng)殖及水生植物腐爛分解過程產(chǎn)生的磷等污染物通過沉淀或顆粒物吸附而蓄存在底泥中，風(fēng)浪攪拌等其它作用下，底泥吸附的污染物會(huì)較快擴(kuò)散到上覆水體中，易出現(xiàn)泛浮現(xiàn)象[8-10]。

利用Spearman 秩相關(guān)系數(shù)法對(duì)2018年全年以及2019年1～10月湖心區(qū)總磷濃度的變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)。

式中：di=Xi-Yi，Xi表示自小到大排列的濃度序列；Yi表示時(shí)間序列；rj表示秩相關(guān)系數(shù)。經(jīng)上述公式計(jì)算得到2018年全年以及2019年1～10月的秩相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值分別為0.475 與0.715，結(jié)果表明，2018年全年湖心區(qū)總磷濃度變化較平穩(wěn)，2019年總磷濃度變化具有一定的上升趨勢(shì)。

2019年高郵湖入湖河道總磷月季變化情況見圖2。由圖2 可以看出，根據(jù)地表水河流Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，6條入湖河道中白塔河與銅龍河分別有1 個(gè)和2 個(gè)月份的總磷超標(biāo)。其余河道總磷濃度1～10月全部達(dá)標(biāo)，其中流量最大的淮河入湖通道在1～10月總磷平均質(zhì)量濃度為0.089 mg/L。

圖2 2019年高郵湖入湖河道總磷月季變化情況

3 高郵湖水環(huán)境數(shù)值模擬與分析

3.1 數(shù)據(jù)與模型

（1）模型數(shù)據(jù)獲取

2015～2019年高郵湖湖心區(qū)國考斷面、省控?cái)嗝妗⒏哙]湖出入湖河流控制斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來自高郵市生態(tài)環(huán)境局。主要?dú)庀髷?shù)據(jù)包括：氣溫、風(fēng)速、風(fēng)向、太陽輻射、實(shí)際蒸發(fā)、相對(duì)濕度等。數(shù)據(jù)下載自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，由于缺少地方站點(diǎn)，采用江夏氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行代替，此外，我們對(duì)環(huán)湖采樣的38 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位總磷濃度、流速及出入湖河流的流量進(jìn)行了采集與測(cè)量，具體水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位見圖3。

圖3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

（2）EFDC 水環(huán)境動(dòng)力學(xué)模型概況

以EFDC 為平臺(tái)，建立高郵湖流域各條入湖河流污染源與考核斷面水質(zhì)的因果定量響應(yīng)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建數(shù)值溯源敏感性分析?；诟哙]湖流域水文、氣象、污染負(fù)荷等基本要素，開發(fā)高郵湖水動(dòng)力水質(zhì)模型。結(jié)合歷史實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過校準(zhǔn)水位和水質(zhì)污染物因子來率定水動(dòng)力水質(zhì)相關(guān)動(dòng)力學(xué)過程參數(shù)，利用校準(zhǔn)后的水質(zhì)模型，求解流域內(nèi)所有入湖河流污染源對(duì)考核斷面的總磷水質(zhì)濃度貢獻(xiàn)量和貢獻(xiàn)比例。

高郵湖水動(dòng)力水質(zhì)模型的組成主要涉及水動(dòng)力模塊、水質(zhì)模塊，在水質(zhì)模型構(gòu)建的基本設(shè)定和概化思想中，應(yīng)充分考慮的因素：①高郵湖地形較為平坦，湖流自北向南緩慢流動(dòng)，不存在十分復(fù)雜的水動(dòng)力特征；②風(fēng)力和人工水閘是高郵湖水動(dòng)力過程的主要驅(qū)動(dòng)因素；③高郵湖水動(dòng)力、水質(zhì)指標(biāo)在垂向近似均勻，以垂向平均值表達(dá)。

3.2 高郵湖總磷時(shí)空分布特征

高郵湖總磷濃度時(shí)空分布見圖4。

圖4 高郵湖總磷時(shí)空分布特征

由圖4 可以看出，1～3月高郵湖大部分地區(qū)總磷質(zhì)量濃度較低，集中在0.025～0.05 mg/L 之間，只有中西部小部分湖區(qū)的總磷質(zhì)量濃度達(dá)到0.05～0.1 mg/L。同時(shí)，出口處的總磷質(zhì)量濃度相對(duì)較低，僅為0.01～0.025 mg/L。4～12月份高郵湖湖區(qū)總磷濃度顯著增高，大部分湖區(qū)總磷質(zhì)量濃度在0.05～0.1 mg/L 之間，只有南部出口處的質(zhì)量濃度較低，為0.01～0.05 mg/L。

3.3 污染物濃度場(chǎng)分析

模型設(shè)計(jì)了為闡明各支流污染源對(duì)高郵湖水環(huán)境濃度的影響程度，本次共設(shè)計(jì)6 個(gè)模擬情景。S0：各支流污染源綜合影響；S1：淮河污染源影響；S2：白塔河污染源影響；S3：楊村河污染源影響；S4：秦欄河污染源影響；S5：銅龍河污染源影響。通過將S1 至S5 的模擬結(jié)果與S0 對(duì)比，即可闡明單獨(dú)污染源對(duì)考核斷面的影響。

根據(jù)高郵湖流域多支流的特征，選用“分擔(dān)率法”有針對(duì)性的對(duì)高郵湖污染物濃度進(jìn)行分析，過分擔(dān)率來表明某個(gè)支流污染物對(duì)高郵湖水質(zhì)情況的影響程度，即根據(jù)線性疊加原理，n個(gè)污染源共同作用下所形成的濃度場(chǎng)C(x,y)可視為各個(gè)污染源單獨(dú)造成的影響所形成的濃度場(chǎng)線性疊加結(jié)果，即：

式中：Ci（x,y）為第i個(gè)污染源的單獨(dú)影響濃度場(chǎng)，（x,y）為空間點(diǎn)坐標(biāo)。

分擔(dān)率是指某個(gè)污染源對(duì)水域總體污染物濃度影響所占的百分率，即：

入湖河道總磷污染貢獻(xiàn)見表1。

表1 入湖河道總磷污染貢獻(xiàn)

由表1 可以看出，淮河流域?qū)Ω哙]湖湖心污染貢獻(xiàn)最高，總磷污染均大于80%，其他各河流總磷污染貢獻(xiàn)從大到小依次為銅龍河、秦欄河、白塔河楊村河污染貢獻(xiàn)，其他2 種參數(shù)污染貢獻(xiàn)排序也基本一致。各河流總磷年均貢獻(xiàn)情況見圖5。由圖5 可以看出，空間上，淮河、銅龍河、白塔河污染貢獻(xiàn)呈現(xiàn)北高南低的分布特征，楊村河、秦欄河呈現(xiàn)南高北低的分布特征。

圖5 各入湖河流總磷貢獻(xiàn)情況

高郵湖屬于典型的過水型湖泊，受上游水質(zhì)影響較大?；春又猩嫌蝺砂冻鞘斜姸啵髽I(yè)密布，耕地集中，沿線接納了大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污廢水，且淮河有80%的水量流經(jīng)高郵湖進(jìn)入長(zhǎng)江，上游大量污水下泄會(huì)造成一段時(shí)期的大面積水質(zhì)惡化。特別是上游地區(qū)發(fā)生較大降水后，上游河道內(nèi)積蓄的大量污水與上游洪水一起下泄，集中進(jìn)入洪澤湖，污染物濃度高、污染范圍大，使得位于下游的高郵湖也較大影響[5]。

3 結(jié)語

高郵湖湖心區(qū)斷面總磷超標(biāo)因素分析是一個(gè)復(fù)雜的過程，本技術(shù)方案通過數(shù)據(jù)調(diào)查、現(xiàn)場(chǎng)采樣、模型搭建分析了高郵湖各入湖河道對(duì)高郵湖污染貢獻(xiàn)，但若要對(duì)高郵湖總磷污染因素進(jìn)行充分解析，還應(yīng)詳細(xì)分析內(nèi)源因素對(duì)湖泊的污染影響，如圍網(wǎng)養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染負(fù)荷、麥黃草、野菱等水生植物腐爛分解過程的污染物釋放、湖泊底泥產(chǎn)生的污染負(fù)荷，對(duì)環(huán)湖各地區(qū)的不同點(diǎn)源、面源，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活污染物的排放量進(jìn)行核算，對(duì)可能的污染源進(jìn)行全面、充分調(diào)查。因此本文僅作為總磷溯源分析過程的初步成果，為后續(xù)總磷溯源工作及水環(huán)境污染防治工作的開展奠定了一定的基礎(chǔ)。