谷少委，劉杰云，范習(xí)超，秦京濤，忠智博，呂謀超*，高劍民

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部節(jié)水灌溉工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng)453002；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 研究生院，北京100081；3.連云港市通榆河北延送水工程管理處，江蘇 連云港222000）

0 引 言

【研究意義】灌區(qū)是中國(guó)農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的重要基地和農(nóng)業(yè)、農(nóng)村及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)也是一個(gè)開放式生態(tài)系統(tǒng)。目前灌區(qū)水環(huán)境惡化、農(nóng)業(yè)面源污染嚴(yán)重、生物多樣性減少等一系列問(wèn)題嚴(yán)重影響著灌區(qū)的持續(xù)發(fā)展[1]。河流水質(zhì)是流域地形、地貌等自然條件和人類生產(chǎn)、生活綜合作用的結(jié)果[2]。水體富營(yíng)養(yǎng)化是河流污染的一個(gè)典型問(wèn)題[3]，已經(jīng)嚴(yán)重影響到水資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[4]。氮、磷是影響水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素，氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入湖泊、河口等水體中，導(dǎo)致水體中的藻類大量繁殖，使得水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度日益嚴(yán)重[5]。因此，對(duì)灌區(qū)水質(zhì)及氮磷污染狀況進(jìn)行研究對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)生態(tài)灌區(qū)建設(shè)具有重要意義。

【研究進(jìn)展】在中國(guó)污染物排放中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)排放的污染物成了重要排放源，超過(guò)了工業(yè)和生活污染，其中氮磷污染占50%以上[6]。農(nóng)業(yè)面源污染已成為當(dāng)前形勢(shì)下最嚴(yán)重的面源污染[7-9]。灌區(qū)內(nèi)大量廢水的排放，導(dǎo)致灌溉回歸水中的氮、磷等普遍超標(biāo)，已成為灌區(qū)河道的主要污染來(lái)源[10]；寧夏引黃灌區(qū)排水溝水環(huán)境的研究表明，農(nóng)業(yè)面源污染及工業(yè)廢水是影響其水環(huán)境的主要原因[11]。河套灌區(qū)秋澆導(dǎo)致溝道中總氮、氨態(tài)氮質(zhì)量濃度明顯增大，對(duì)地表水及地下水環(huán)境都產(chǎn)生了很大的影響[12]，控水控肥有利于控制農(nóng)田面源污染[13]?！厩腥朦c(diǎn)】而廣利灌區(qū)流經(jīng)城鎮(zhèn)生活區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，面臨著諸多污染和富營(yíng)養(yǎng)化等問(wèn)題，而且村鎮(zhèn)級(jí)小河流數(shù)目眾多且狹窄，大多是監(jiān)測(cè)盲點(diǎn)。且灌區(qū)水環(huán)境的改善和河流污染綜合治理在加強(qiáng)農(nóng)村污染治理和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，推動(dòng)農(nóng)業(yè)農(nóng)村綠色發(fā)展等方面承擔(dān)著重要的角色。因此，有必要對(duì)廣利灌區(qū)總干渠水質(zhì)及氮磷污染進(jìn)行研究。

【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本文從灌區(qū)尺度出發(fā)，研究灌區(qū)總干渠總氮（TN）、總磷（TP）、CODCr和BOD5等的負(fù)荷特征及趨勢(shì)，全面了解河流水環(huán)境及氮磷污染和富營(yíng)養(yǎng)化狀況，有助于準(zhǔn)確掌握灌區(qū)的水環(huán)境狀況，可為灌區(qū)總干渠的水環(huán)境治理，尤其是氮磷污染控制與治理提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況與樣品采集

廣利灌區(qū)位于河南省焦作市西南部，北緯34°55′—35°11′，東經(jīng)112°37′—113°13′，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫14.2～14.8 ℃，年平均降水量為585 mm，多年平均蒸發(fā)量為1 668 mm，無(wú)霜期216～240 d。灌區(qū)是集灌溉、補(bǔ)源等功能為一體的井渠結(jié)合大型灌區(qū)，涉及濟(jì)源市東北部、沁陽(yáng)市沁南地區(qū)、溫縣以北、武陟沁南西部24 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、辦事處）、441 個(gè)行政村，人口50 余萬(wàn)人；現(xiàn)有總干渠1 條、干渠10 條、支渠33 條，設(shè)計(jì)自流灌溉面積1.2 萬(wàn)hm2，以灌代補(bǔ)面積0.87 萬(wàn)hm2，補(bǔ)源面積1.33 余萬(wàn)hm2；作物種植模式以冬小麥-夏玉米輪作為主，并有少量水稻以及花生、油菜等經(jīng)濟(jì)作物。本研究選取灌區(qū)內(nèi)最具有代表性的輸水總干渠為研究對(duì)象，沿總干渠在鄉(xiāng)鎮(zhèn)下游排水溝渠交匯點(diǎn)、渠道轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分別在五龍口渠首、二號(hào)閘、水東站、三號(hào)閘、補(bǔ)源進(jìn)水口和龍澗節(jié)制閘，設(shè)置6 個(gè)取樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)。于2019年6—12月期間每月采集1 次樣品，另外在降雨能形成有效徑流的8月7日取樣。采樣時(shí)，每個(gè)取樣點(diǎn)均勻設(shè)置3 個(gè)斷面、并于監(jiān)測(cè)斷面水下0.5 m 處采集水樣，裝入采樣瓶中低溫保存，在24 h 內(nèi)送到實(shí)驗(yàn)室分析。

圖1 廣利灌區(qū)灌排系統(tǒng)示意Fig.1 Schematic diagram of irrigation and drainage system in Guangli irrigation district

1.2 樣品分析與數(shù)據(jù)處理方法

TN 采用堿性過(guò)硫酸鉀消解-紫外分光光度法（HJ636—2012）測(cè)定；TP 采用鉬銻抗-分光光度法（GB11893—1989）測(cè)定；氨氮采用納氏試劑-分光光度法（HJ535—2009）測(cè)定；化學(xué)需氧量（CODCr）采用重鉻酸鹽法（HJ828—2017）測(cè)定；5 d 生化需氧量（BOD5）使用培養(yǎng)箱采用稀釋與接種法（HJ505—2009）測(cè)定。具體操作方法參照水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法[14]。所有數(shù)據(jù)采用Excel 進(jìn)行分析和圖形制作。

1.3 河流綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)計(jì)算方法

采用適用于我國(guó)河流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法來(lái)綜合評(píng)價(jià)河流水質(zhì)，并根據(jù)綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)的各級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（Ⅰ類：0≤X1.X2≤2.0；Ⅱ類：2.0＜X1.X2≤3.0；Ⅲ類：3.0＜X1.X2≤4.0；Ⅳ類：4.0＜X1.X2≤5.0；Ⅴ類：5.0＜X1.X2≤6.0；劣Ⅴ類但不黑臭：6.0＜X1.X2≤7.0；劣Ⅴ類并黑臭：X1.X2＞7.0），對(duì)研究區(qū)河流的綜合水質(zhì)類別，水質(zhì)情況與水環(huán)境功能區(qū)類別進(jìn)行評(píng)價(jià)與劃分。其計(jì)算式[15]為：

其中：

式中：Iwq為綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)指數(shù)；X1.X2由計(jì)算獲得，X3和X4根據(jù)比較結(jié)果獲得；其中X1為河流總體的綜合水質(zhì)類別，X2為綜合水質(zhì)在X1類水質(zhì)變化區(qū)間內(nèi)所處位置，X3為參與綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)中，劣于水環(huán)境功能區(qū)目標(biāo)的單項(xiàng)指標(biāo)個(gè)數(shù)，X4為綜合水質(zhì)類別與水體功能區(qū)類別的比較結(jié)果、視綜合水質(zhì)的污染程度而定；m為參加綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的水質(zhì)單項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)目；P1′、P2′、Pm′分別為第1、第2、第m個(gè)水質(zhì)因子的單因子水質(zhì)指數(shù)，為對(duì)應(yīng)單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)中的整數(shù)位和小數(shù)點(diǎn)后第1 位，單因子水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)的中的X1.X2計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[16]。

1.4 河流富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)計(jì)算方法

采用廣泛適用于我國(guó)湖、庫(kù)和地面河流水體的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的對(duì)數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)公式，計(jì)算廣利灌區(qū)區(qū)域內(nèi)河流水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)綜合指數(shù)（EI）；根據(jù)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的各級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（貧：EI≤20；中：20≤EI≤39.42；富：39.42≤EI≤61.29；重富：61.29≤EI≤76.28；極富：76.28≤EI≤99.77），評(píng)價(jià)灌區(qū)內(nèi)河流各個(gè)取樣點(diǎn)處水體的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，其計(jì)算式[17]為：

式中：Wj為指標(biāo)j的歸一化權(quán)重值，本次研究將各個(gè)指標(biāo)作等權(quán)重處理；EIj為指標(biāo)j的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)普適指數(shù)；Yj為由“規(guī)范表示式”計(jì)算得到的指標(biāo)j的“規(guī)范值”，由于不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的單位、量綱并不完全相同，致使不同指標(biāo)的同級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值差異很大，有的甚至相差幾個(gè)數(shù)量級(jí)。本文中對(duì)各個(gè)指標(biāo)分別設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)摹皡⒄罩怠盋j，對(duì)不同指標(biāo)，構(gòu)造相對(duì)于指標(biāo)“參照值”Cj的不同“規(guī)范變換式”，最后可計(jì)算出各指標(biāo)的“規(guī)范值”Yj，具體計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)[17]。

表1 2019年廣利灌區(qū)沁陽(yáng)站降水量Table 1 Qinyang station in Guangli irrigation district in 2019

圖2 廣利灌區(qū)總干渠主要污染物變化特征Fig.2 Variation characteristics of main pollutants in main canal of Guangli irrigation district

2 結(jié)果與分析

2.1 廣利灌區(qū)總干渠主要污染物的時(shí)空變化特征

廣利灌區(qū)總氮（TN）、總磷（TP）、CODCr和BOD5隨時(shí)間和空間變化明顯。廣利灌區(qū)6—11月的引水量分別為75.2 萬(wàn)、180.9 萬(wàn)、419.5 萬(wàn)、683.0 萬(wàn)、1 329.7 萬(wàn)和757.1 萬(wàn)m3，6、7月廣利灌區(qū)引水量較少，6月河道基本處于斷流狀態(tài)（水流不連續(xù)，故未取樣）。如圖2 所示，在7月枯水期，各個(gè)監(jiān)測(cè)指標(biāo)質(zhì)量濃度都相對(duì)較高，TN 質(zhì)量濃度為5.95～17.40 mg/L，為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的3～8.7 倍，都處于劣Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)；在8月，TN 質(zhì)量濃度相對(duì)其他月份較低，大多為Ⅳ類水或Ⅴ類水，最高在三號(hào)閘斷面（2.79 mg/L），超出了Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)39.5%；9月TN 質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出和7月相同的趨勢(shì)，相對(duì)于8月增加了3 倍以上；10、11月情況類似，TN 質(zhì)量濃度相對(duì)于9月有所降低。總體上整個(gè)灌區(qū)內(nèi)TN 質(zhì)量濃度都較高，平均質(zhì)量濃度為5.30 mg/L，為地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的2.65 倍。TP質(zhì)量濃度在7月枯水期質(zhì)量濃度較高，為0.06～0.66 mg/L，最高為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的1.65 倍。在8月上旬，水質(zhì)相對(duì)于7月逐漸轉(zhuǎn)好，但TP 質(zhì)量濃度大多還處在Ⅳ類水或Ⅴ類水之間，在補(bǔ)源進(jìn)水口處為劣Ⅴ類水，從8月下旬開始，TP 質(zhì)量濃度逐漸降低，最高在三號(hào)閘斷面為0.21 mg/L，為Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的52.5%，渠道水質(zhì)大多處在Ⅱ類水或Ⅲ類水。進(jìn)入冬季之后，TP 質(zhì)量濃度處于較低水平，但在城市下游龍澗節(jié)制閘斷面TP 質(zhì)量濃度相對(duì)較高。灌區(qū)內(nèi)總干渠內(nèi)的TP質(zhì)量濃度除夏季枯水期之外都相對(duì)較低，灌區(qū)內(nèi)氮、磷比為33.97∶1，利于藻類的生長(zhǎng)與繁殖?？偢汕w內(nèi)CODCr及BOD5質(zhì)量濃度較低，能滿足農(nóng)業(yè)功能區(qū)用水要求，在監(jiān)測(cè)期內(nèi)，91%的水體都在Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)以下，污染程度較輕，CODCr和BOD5呈現(xiàn)出的變化趨勢(shì)大致相同，7、8月質(zhì)量濃度相對(duì)較高，上游水質(zhì)大多為Ⅲ類水，而在9、10、11月CODCr和BOD5質(zhì)量濃度逐漸回落，水質(zhì)相對(duì)較好，大多為Ⅲ類水。沿總干渠走向，從上游到下游，TN 質(zhì)量濃度總體上逐漸升高，最高在水東站斷面達(dá)到了17.4 mg/L。但從水東站斷面到三號(hào)閘斷面，河道為無(wú)襯砌土質(zhì)渠道，TN 質(zhì)量濃度呈降低趨勢(shì)，相比水東站下降了23.6%。從三號(hào)閘斷面到龍澗節(jié)制閘斷面，TN 質(zhì)量濃度又呈逐漸升高的趨勢(shì)。TP 質(zhì)量濃度沿總干渠走向直至補(bǔ)源進(jìn)水口，質(zhì)量濃度逐漸升高，且在水東站大幅度升高，在水東站到補(bǔ)源進(jìn)水口，都處于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)及以下。之后在龍澗節(jié)制閘斷面質(zhì)量濃度顯著降低。隨著河流經(jīng)過(guò)城鎮(zhèn)，CODCr和BOD5質(zhì)量濃度逐漸升高，最高在水東站，達(dá)到了8.10 mg/L 和35.00 mg/L，水質(zhì)僅為Ⅳ類水或Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 廣利灌區(qū)河流水質(zhì)綜合變化特征

采用廣泛適用于我國(guó)河流水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)法來(lái)評(píng)價(jià)各取樣點(diǎn)不同時(shí)期的水質(zhì)。由圖3 可知，在7月，隨著水流從渠首進(jìn)入灌區(qū)，水質(zhì)逐漸惡化，在水東站已經(jīng)超出了Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)，屬于劣Ⅴ類水但不黑臭，但在三號(hào)閘和補(bǔ)源進(jìn)水口已經(jīng)屬于劣Ⅴ類并產(chǎn)生了黑臭水體，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了功能區(qū)所要求的水質(zhì)。隨著水流經(jīng)過(guò)無(wú)襯砌的土渠，水質(zhì)在龍澗節(jié)制閘有所轉(zhuǎn)好，但也超出了功能區(qū)所要求的標(biāo)準(zhǔn)。在8月整個(gè)灌區(qū)內(nèi)的水質(zhì)相對(duì)較好，灌區(qū)總干渠內(nèi)水質(zhì)大多不超過(guò)Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，僅在8月上旬的補(bǔ)源進(jìn)水口為Ⅴ類水。9月水質(zhì)相對(duì)于8月下旬變差，但9月整個(gè)灌區(qū)內(nèi)水質(zhì)較好且穩(wěn)定，在三號(hào)閘水質(zhì)為Ⅲ類，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)都為Ⅳ類。10月總干渠內(nèi)水質(zhì)較好，都為Ⅲ類水。11月總干渠內(nèi)在三號(hào)閘和補(bǔ)源進(jìn)水口為Ⅳ類水，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)都為Ⅲ類水。

圖3 廣利灌區(qū)綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)Fig.3 Comprehensive water quality identification index of Guangli irrigation district

綜上所述，灌區(qū)內(nèi)除7月外，在下半年水質(zhì)都能滿足農(nóng)業(yè)用水和一般景觀要求用水的水質(zhì)要求，但在7月，整個(gè)灌區(qū)內(nèi)66.7%的區(qū)域都超出了此類標(biāo)準(zhǔn)，有些地方還出現(xiàn)了黑臭水體。灌區(qū)總干渠內(nèi)水質(zhì)從渠首進(jìn)入灌區(qū)內(nèi)基本上都呈現(xiàn)出水質(zhì)變差的規(guī)律，但在水東站到三號(hào)閘這2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在50%監(jiān)測(cè)時(shí)間，水質(zhì)呈現(xiàn)出變好的趨勢(shì)。在其他時(shí)間水質(zhì)增加幅度也較小，從補(bǔ)源進(jìn)水口到龍澗節(jié)制閘，渠道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離無(wú)襯砌土渠，水質(zhì)相對(duì)于補(bǔ)源進(jìn)水口處呈變好的趨勢(shì)。

2.3 廣利灌區(qū)河流水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化變化特征

廣利灌區(qū)總干渠水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)綜合指數(shù)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 廣利灌區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)綜合指數(shù)Fig.4 Comprehensive index of evaluation status of eutrophication in Guangli irrigation district

灌區(qū)內(nèi)河流富營(yíng)養(yǎng)化水平較高，水體100%處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，且41.6%的水體處于重富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。EI最低值出現(xiàn)在10月（51.4），EI最高值出現(xiàn)在7月（69.1）。富營(yíng)養(yǎng)化水平在7月遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他月份，屬于重富營(yíng)養(yǎng)化水平，其中在7月補(bǔ)源進(jìn)水口EI值達(dá)到最高值（80.5），屬于極富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)；伴隨著雨季的降雨，富營(yíng)養(yǎng)化水平在8月呈下降趨勢(shì)；但在9月富營(yíng)養(yǎng)化水平又有所升高，處于重富營(yíng)養(yǎng)化水平的邊緣；10月灌區(qū)引水量加大而使富營(yíng)養(yǎng)化水平處于下半年歷史最低點(diǎn)；11月富營(yíng)養(yǎng)化水平又有所升高。就空間分布而言，所有水體都處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。水體從渠首進(jìn)入灌區(qū)之后，伴隨著水體經(jīng)過(guò)城鎮(zhèn)和農(nóng)業(yè)工業(yè)區(qū)，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸升高，但在水東站至三號(hào)閘這段除7月和10月之外，富營(yíng)養(yǎng)化程度都有所降低，這與水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果一致。水體在補(bǔ)源進(jìn)水口進(jìn)行了分流，大部分水體進(jìn)入補(bǔ)源區(qū)，另一部分水體隨總干渠往下游到達(dá)龍澗節(jié)制閘，在龍澗節(jié)制閘水體富營(yíng)養(yǎng)化程度相對(duì)于補(bǔ)源進(jìn)水口有所下降，但仍處于富營(yíng)養(yǎng)化或重富營(yíng)養(yǎng)化水平。

3 討論

3.1 總干渠水質(zhì)及氮磷污染時(shí)間變化特征分析

灌區(qū)內(nèi)水體水質(zhì)在7月污染較為嚴(yán)重，綜合水質(zhì)標(biāo)識(shí)指數(shù)最高值為7.64，平均值為5.81，超出Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)52.8%，屬于劣Ⅴ類水。EI最高值出現(xiàn)在7月的補(bǔ)源進(jìn)水口（80.5），處于極富營(yíng)養(yǎng)化水平；且TN、TP最大值也均出現(xiàn)在7月，這主要是由于7月灌區(qū)引水量較小，因此對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染和工業(yè)點(diǎn)源污染的稀釋作用較小，導(dǎo)致7月整體水質(zhì)較差[18]。有研究表明，河流水體中的氮磷質(zhì)量濃度隨河流流量的增加而降低[19]，但河流水體中的氮磷質(zhì)量濃度并不是隨著流量的增大而一直降低，當(dāng)流量達(dá)到一定值后，其質(zhì)量濃度會(huì)趨于穩(wěn)定[20]。TN質(zhì)量濃度在8月降至較低水平。分析其原因，主要是因?yàn)楹恿髯詢裟芰εc降雨呈相關(guān)關(guān)系，8月降雨較多，雨水進(jìn)入渠道對(duì)污染物進(jìn)行了一定的稀釋，增強(qiáng)了河流自凈能力，致使水質(zhì)變好[21]，經(jīng)過(guò)對(duì)水質(zhì)和降雨線性回歸分析，廣利灌區(qū)的水質(zhì)與降雨之間的相關(guān)系數(shù)為0.32，呈一定的相關(guān)關(guān)系。在雨季，河流水體中的氮磷質(zhì)量濃度有一定的降低，而9—11月，氮磷質(zhì)量濃度顯著增加，分析原因，可能是由于雨季藻類的大量繁殖吸收了一定的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素[22]，但隨著降雨減少，氣溫降低，存在藻類死亡的情況，導(dǎo)致氮磷質(zhì)量濃度增加[23]。廣利灌區(qū)內(nèi)富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重，整個(gè)灌區(qū)內(nèi)的所有監(jiān)測(cè)斷面都處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，在8月，TP質(zhì)量濃度和富營(yíng)養(yǎng)化水平較高，這主要是受降雨的影響，降雨對(duì)地面產(chǎn)生沖刷，使地面污染物和土壤中的氮磷隨地表徑流進(jìn)入水體中[24]，同時(shí)周圍農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的大量化肥和農(nóng)藥，牲畜糞便等也徑流到河流中[25]，但由于磷在土壤中易形成難溶或不溶的磷酸鹽，隨雨水進(jìn)入水體后造成水體中磷質(zhì)量濃度增高[26]，這與劉峰等[27]研究結(jié)果一致，其認(rèn)為河底沉積物承擔(dān)著“匯”和“源”的作用，河流中水體的擾動(dòng)使其不斷釋放磷而使水體中磷質(zhì)量濃度增加，但隨著降雨量的增大，其增長(zhǎng)幅度會(huì)逐漸變緩。對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化和降雨經(jīng)過(guò)線性回歸分析，廣利灌區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化狀況與降雨之間的相關(guān)系數(shù)為0.23，呈一定的相關(guān)關(guān)系。廣利灌區(qū)TP質(zhì)量濃度在10月和11月相對(duì)于9月有所減少，且10月富營(yíng)養(yǎng)化水平較低，這主要是由于10月灌區(qū)引水量較大，對(duì)氮磷及其他影響水質(zhì)的因子進(jìn)行了稀釋，使水體中TP質(zhì)量濃度處于較低水平[19]，進(jìn)而使EI值下降[28]。以往研究表明，一定的生態(tài)流量可以滿足河流生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和修復(fù)需要，并在一定程度上可保障敏感河段的生態(tài)系統(tǒng)健康[29]。CODCr和BOD5質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)一致且隨時(shí)間變化顯著，CODCr和BOD5質(zhì)量濃度在7—9月質(zhì)量濃度較高，根據(jù)調(diào)查與查閱資料，CODCr主要污染源為畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植，BOD5受到農(nóng)業(yè)種植、工業(yè)廢水與生活污水影響[30]，在7—9月伴隨著降雨，農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)入渠道和工業(yè)生活污水的排放導(dǎo)致這段時(shí)間內(nèi)的CODCr和BOD5質(zhì)量濃度較高。進(jìn)入10月，廣利灌區(qū)引水量達(dá)到了1 329.7萬(wàn)m3，分別為7、8、9月的7.35、3.17、1.95倍，對(duì)CODCr和BOD5質(zhì)量濃度進(jìn)行了一定的稀釋，使CODCr和BOD5質(zhì)量濃度在10月降低的一個(gè)主要原因。11月灌區(qū)引水量減少，導(dǎo)致11月的CODCr和BOD5質(zhì)量濃度又有所升高。

3.2 總干渠水質(zhì)及氮磷污染空間變化特征分析

廣利灌區(qū)流經(jīng)城市生活區(qū)、村鎮(zhèn)工業(yè)區(qū)和農(nóng)業(yè)區(qū)，污染來(lái)源較為復(fù)雜，TN、TP、CODCr及BOD5質(zhì)量濃度空間變化大。灌區(qū)總干渠水質(zhì)、富營(yíng)養(yǎng)化情況、TN、TP質(zhì)量濃度等從渠首進(jìn)入灌區(qū)內(nèi)都呈逐漸升高的趨勢(shì)。分析其原因，主要是因?yàn)閺V利灌區(qū)總干渠流經(jīng)城鎮(zhèn)生活區(qū)，區(qū)域內(nèi)生活污水、工業(yè)廢水的匯集以致渠道內(nèi)的TN、TP質(zhì)量濃度升高，且區(qū)域內(nèi)的人類活動(dòng)也會(huì)引發(fā)了較多的河流生態(tài)問(wèn)題[31-32]。有研究表明，水質(zhì)與土地利用類型關(guān)系密切[33-35]，渠首斷面的TN、TP質(zhì)量濃度較低，這主要是由于其位于五龍口沁河出山口，山區(qū)主要以林地為主，林地利于減少水土流失和水質(zhì)的污染[36]。水東站斷面的水質(zhì)綜合指數(shù)及TN質(zhì)量濃度平均值最高，富營(yíng)養(yǎng)化水平較高，分析原因，一方面是由于此處位于城鎮(zhèn)，水體中氮磷污染物受生活污水、工業(yè)廢水等排放的影響較大[37]，且城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)較差，生活污水直接進(jìn)入河道，加劇了污染程度[38]；另一方面由于城鎮(zhèn)污染物的排放對(duì)水生植物產(chǎn)生了毒害，不利于氮磷的降解，人類活動(dòng)加劇了河道的富營(yíng)養(yǎng)化水平[39]。三號(hào)閘斷面位于水東站下游，但其水質(zhì)綜合指數(shù)、富營(yíng)養(yǎng)化水平及TN質(zhì)量濃度都有所減少。分析原因，主要是由于從水東站至三號(hào)閘是一段長(zhǎng)達(dá)8 km的無(wú)襯砌土質(zhì)渠道，兩岸與護(hù)坡上生長(zhǎng)著許多水生植物。以往研究表明，渠道襯砌不僅減少了淺層地下水補(bǔ)給，而且影響河道護(hù)坡上草本植物的生長(zhǎng)，影響渠道周邊的生態(tài)環(huán)境[40]，不利于水體的自我凈化，面源污染很容易通過(guò)襯砌護(hù)坡進(jìn)入水體加劇水體的污染負(fù)荷[41]。從生態(tài)角度來(lái)說(shuō)，土質(zhì)渠道是多種草、水生生物、昆蟲等繁衍棲息的場(chǎng)所[1]，且水生植物對(duì)于水體中的氮磷有很好的吸收作用，對(duì)農(nóng)業(yè)面源污染有很好的攔截效果[42]；其自我凈化能力相對(duì)較好。隨著水體流過(guò)村莊、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市，CODCr和BOD5質(zhì)量濃度逐漸升高，但從水東站到三號(hào)閘，同樣出現(xiàn)了質(zhì)量濃度降低的情況，這與TN所呈現(xiàn)的規(guī)律一致，這表明土質(zhì)渠道同樣對(duì)CODCr和BOD5有一定的凈化能力。

4 結(jié)論

1）廣利灌區(qū)總干渠水體內(nèi)CODCr和BOD5質(zhì)量濃度較低，在監(jiān)測(cè)期內(nèi)，91%的水體都在Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)以下，污染程度較輕。

2）廣利灌區(qū)總干渠水體中主要污染物（TN、TP）時(shí)空分布特征明顯，平水期氮磷污染嚴(yán)重，豐水期氮污染嚴(yán)重。TN平均質(zhì)量濃度為5.30 mg/L，為地表水Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)的2.65倍，氮、磷比為33.97∶1，利于藻類的生長(zhǎng)；氮污染是影響廣利灌區(qū)水質(zhì)的最主要因素，需重點(diǎn)加強(qiáng)水體氮污染的監(jiān)測(cè)與削減。

3）廣利灌區(qū)總體水質(zhì)尚能滿足農(nóng)業(yè)功能區(qū)用水要求，但富營(yíng)養(yǎng)化水平較高，水體100%處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，且41.6%的水體處于重富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。因此，加大氮磷污染物在不同環(huán)節(jié)的最優(yōu)滯留時(shí)間與凈化效果的研究；同時(shí)構(gòu)建田間節(jié)水灌溉、溝系控制排水和河道吸收凈化的系統(tǒng)模式，以改變灌區(qū)氮磷污染現(xiàn)狀。

4）廣利灌區(qū)水質(zhì)和富營(yíng)養(yǎng)化狀況在原生態(tài)土渠和水生植物生長(zhǎng)區(qū)有明顯改善趨勢(shì)，渠道襯砌要考慮生態(tài)環(huán)境，配比生態(tài)襯砌和原生態(tài)土渠；河道搭配水生植物，進(jìn)而對(duì)河水中的氮磷等污染物進(jìn)行吸附，以改善灌區(qū)水環(huán)境。