太湖金墅港水源地取水口附近水域水質(zhì)分析

韓婷婷，黃嘉玲，曹 勇，張 雪，蔣福春，王冬生*

（1.南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，江蘇南京 210023；2.蘇州市自來(lái)水有限公司，江蘇蘇州 215002）

1 概述

1.1 研究區(qū)概況

太湖金墅港水源地位于太湖東北部的貢湖地區(qū)，總面積22 km2，是白洋灣水廠和相城水廠的取水地，取水規(guī)模60萬(wàn)t/d。水源地周邊河網(wǎng)密布，金墅港取水口南側(cè)有龍?zhí)粮?，北?cè)有金墅港，而且2條河道均離取水口較近。除這2條較近的河道外，近岸還有田雞港、南浜港、朱家村港、郁舍新港和馬山港等。龍?zhí)粮酆徒鹗劬o鄰水源地水域一級(jí)保護(hù)區(qū)，與滸光運(yùn)河相連，最后匯入京杭大運(yùn)河。20世紀(jì)60年代中國(guó)科學(xué)院地理研究所對(duì)太湖的綜合調(diào)查顯示：貢湖灣分布著大面積的水生植物［1］，正是由于水生植物的大量存在，遏制了底泥中營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放。水生植物吸收水體和沉積物中的營(yíng)養(yǎng)元素，死亡后沉積于湖底，將水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移到沉積物中，使得水體中營(yíng)養(yǎng)鹽不足以發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化和藍(lán)藻水華［2-3］。近年來(lái)，金墅港水源地藍(lán)藻暴發(fā)次數(shù)顯著減少。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，飲用水水源地作為城市制水最重要的場(chǎng)所，也越來(lái)越成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)。蘇州市太湖金墅港水源地水質(zhì)常年保持在Ⅱ～Ⅲ類水平，水質(zhì)狀況總體達(dá)標(biāo)。

1.2 點(diǎn)位設(shè)置與監(jiān)測(cè)方法

目前我國(guó)在積極開(kāi)展水質(zhì)分析工作的過(guò)程中，人為因素、設(shè)備因素、環(huán)境因素、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)控制因素和技術(shù)因素等均對(duì)水質(zhì)分析質(zhì)量產(chǎn)生較大影響［4］。

本研究結(jié)合取水口、等間距、風(fēng)向等因素對(duì)水源地水質(zhì)的影響，在金墅港水源地取水口附近布設(shè)5個(gè)調(diào)查樣點(diǎn)（圖1），于2021年6月至2022年6月平均每月3次進(jìn)行采樣，采樣時(shí)間歷經(jīng)4個(gè)季節(jié)。根據(jù)區(qū)域水質(zhì)特點(diǎn)，從水體包含的物質(zhì)中抽取具有代表性的物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，確保數(shù)據(jù)的可信度。

圖1 采樣點(diǎn)位布置

水質(zhì)分析具有較強(qiáng)的復(fù)雜性和綜合性的特點(diǎn)，在實(shí)際分析的過(guò)程中，必須綜合應(yīng)用多種技術(shù)方法，才能夠確保水質(zhì)分析工作的高效開(kāi)展。本研究中的水質(zhì)樣品的采集和分析依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2002）中的規(guī)定。pH值采用雷磁PHS-3C型pH分析儀測(cè)定；濁度采用哈希NTU 2100Q濁度儀測(cè)定；BOD采用酸性高錳酸鉀法測(cè)定；NH3-N采用納氏試劑比色法通過(guò)722S可見(jiàn)分光光度計(jì)；電導(dǎo)率采用DDS-11A電導(dǎo)率儀測(cè)定；DO采用哈希HQ30d型DO（DO）測(cè)定儀測(cè)定。數(shù)據(jù)分析在Excel2010和繪圖軟件Origin9.1中進(jìn)行。

1.3 研究方法

水質(zhì)分析是指通過(guò)生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)等方法對(duì)從水中采取的樣品進(jìn)行多參數(shù)的定性及定量分析［5］。水質(zhì)分析是水質(zhì)研究工作中的重要內(nèi)容，可檢測(cè)研究區(qū)域水質(zhì)是否符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)水源地進(jìn)行水質(zhì)分析是正確認(rèn)識(shí)水體狀態(tài)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是對(duì)水源地進(jìn)行管理保護(hù)和維護(hù)居民用水安全的重要基礎(chǔ)［6］。本文采用濁度、pH、電導(dǎo)率、DO、BOD和NH3-N指標(biāo)參數(shù)測(cè)量結(jié)果對(duì)2021年6月至2022年6月太湖金墅港水源地取水口附近水質(zhì)的時(shí)間和空間變化情況進(jìn)行研究分析。時(shí)間上，本文將水源地取水口附近的6項(xiàng)參數(shù)在各月所測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，分析最值和均值，然后對(duì)濁度、pH、電導(dǎo)率、DO、BOD和NH3-N的各月數(shù)據(jù)做趨勢(shì)變化圖，分析各參數(shù)在13月中的趨勢(shì)變化?？臻g上，本文按照采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)將數(shù)據(jù)分為5組，分析各參數(shù)的取值范圍和均值。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

2.1 水源地取水口附近水質(zhì)時(shí)間分析

將取水口附近每個(gè)指標(biāo)每個(gè)月9次的數(shù)據(jù)結(jié)果取平均，得到月平均水質(zhì)，水源地取水口附近水質(zhì)，見(jiàn)圖2～4。

圖2 取水口附近pH、DO情況

水源地取水口附近13個(gè)月內(nèi)的pH、DO、電導(dǎo)率、濁度、NH3-N、BOD分別介于7.8～8.5、6.2～12 mg/L、

379.7～461.1μS/cm、11.4～93.93NTU、0.06～0.148mg/L、2.481～7.774 mg/L，水源地取水口附近水質(zhì)中無(wú)超標(biāo)因子，主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)（DO、NH3-N、BOD）均達(dá)到國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 取水口附近電導(dǎo)率、濁度值情況

圖4 取水口附近NH3-N、BOD情況

pH值夏季偏高，在8.1～8.5之間波動(dòng)，最高值在9月出現(xiàn)，達(dá)到8.54，秋冬兩季的pH值普遍偏低。pH與水溫變化趨勢(shì)基本一致，水溫通過(guò)影響水中的離子化學(xué)反應(yīng)和藻類以及水生植物的新陳代謝，從而影響pH值。

DO指標(biāo)在夏季可達(dá)到Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，10月份以后逐月上升，2月份達(dá)到最高值（11.94 mg/L），全年達(dá)到Ⅰ、Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比例為62%和38%。冬季低溫狀態(tài)下DO明顯高于夏季數(shù)值，一方面，夏季水草及藻類夜間的呼吸作用降低了水中的DO，另一方面，夏季氣溫偏高，水中的復(fù)氧能力較弱。

BOD秋季較高，但未超過(guò)Ⅰ類水質(zhì)限值，夏、冬兩季也均達(dá)到Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)，全年達(dá)到Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)的比例為100%。

金墅港水源地NH3-N主要來(lái)源于內(nèi)河水倒流，NH3-N指標(biāo)夏季達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，秋季呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，并達(dá)到最大值，冬季略有下降，主要是由于冬季硝化細(xì)菌活性低，內(nèi)河NH3-N難以轉(zhuǎn)化為硝氮，全年達(dá)到I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的的比例為100%。濁度整體表現(xiàn)為夏季較清澈、秋季較渾濁，這可能是由于夏季水草瘋漲，覆蓋在湖體底面，減弱了水流對(duì)底泥的擾動(dòng)，導(dǎo)致夏季濁度相對(duì)偏低。

由于濁度降低，導(dǎo)致湖體中透光性能增強(qiáng)，進(jìn)一步促使了太湖湖底水草的瘋漲，形成了一種相互促進(jìn)的變化關(guān)系［7］。同時(shí)，夏季降水量相對(duì)于秋季高，水體總量增加，水體透明度較高。濁度范圍變化幅度最大，最大值和最小值之間相差82.53 NTU，3月份渾濁程度達(dá)到最高，達(dá)到93.93 NTU，其次是1月（80.5 NTU）和11月（63.1 NTU）。

電導(dǎo)率指標(biāo)整體表現(xiàn)為夏季較高，秋季較低，原因可能是夏季的降水量較高，因此夏季的電導(dǎo)率普遍高于秋季和冬季。

2.2 水源地取水口附近水質(zhì)空間分析

各水質(zhì)參數(shù)在不同采樣點(diǎn)的值見(jiàn)表1。

由表1可知，5個(gè)采樣點(diǎn)中，pH值的范圍時(shí)7.7～8.8，各采樣點(diǎn)的范圍大致一致，幾乎沒(méi)有差別。pH值是水質(zhì)的首項(xiàng)指標(biāo)，是動(dòng)植物生存的平衡要素，水體中pH值的變化會(huì)影響水中藻類對(duì)氧氣的攝入能力和水生植物的生長(zhǎng)，pH值與DO、濁度、溶解氧以及堿度有直接或間接關(guān)系，因此其值的大小能夠衡量水質(zhì)的好壞。

DO是水體自凈過(guò)程中的重要氧化劑，湖泊水體自凈過(guò)程中很多生物地球化學(xué)過(guò)程需要DO的直接或間接參與。它會(huì)直接影響水生生物的新陳代謝和生長(zhǎng)與水體中有機(jī)物的分解速率，反映了水體受污染的程度和自凈能力［8］。根據(jù)表1可得，DO質(zhì)量濃度范圍為5.86～12.3 mg/L，其中，最高的是采樣點(diǎn)5為8.444 mg/L，最低的是采樣點(diǎn)3為8.36 mg/L。5個(gè)采樣點(diǎn)的DO平均質(zhì)量濃度都高于7.5 mg/L，水體自凈能力良好，水中有機(jī)物的氧化速率較快，導(dǎo)致有機(jī)物不能大量積累，水環(huán)境質(zhì)量良好。

表1 各采樣點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)

BOD是水體有機(jī)污染的一項(xiàng)重要指標(biāo),能夠反映出水體的污染程度。BOD質(zhì)量濃度越高，說(shuō)明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重。本次水質(zhì)監(jiān)測(cè)的BOD的各采樣點(diǎn)平均質(zhì)量濃度范圍均在5 mg/L以下，達(dá)到了地表水I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明了白洋灣水廠金墅水源地取水口附近的水質(zhì)有機(jī)物的氧化物能力強(qiáng)，沒(méi)有嚴(yán)重的有機(jī)污染情況。

營(yíng)養(yǎng)鹽的形態(tài)轉(zhuǎn)化和消減程度也會(huì)反映水體自凈能力。監(jiān)測(cè)到NH3-N質(zhì)量濃度變化幅度很小，各采樣點(diǎn)均值在0.1 mg/L以下，表明水體中的含氮有機(jī)物被分解為硝酸鹽等穩(wěn)定化合物，水體自凈能力強(qiáng)。

濁度測(cè)量參數(shù)是反映水體污染程度的綜合指標(biāo)，水體濁度的變化會(huì)影響水中植物的光合作用效率，進(jìn)而影響了氧氣的產(chǎn)生，導(dǎo)致腐爛生物降解過(guò)程中的催化能力下降，使水體進(jìn)一步惡化。研究結(jié)果顯示，太湖中水體濁度的主要組分是TurbNonAlg，其平均占比達(dá)到了83%［9］。表1說(shuō)明，5個(gè)采樣點(diǎn)的濁度范圍大致一致，但波動(dòng)范圍相比于其他5項(xiàng)指標(biāo)大，其中，采樣點(diǎn)5濁度質(zhì)量濃度均值最低，采樣點(diǎn)1最高。有研究表明，沉水植物對(duì)水體濁度有抑制作用，其可通過(guò)穩(wěn)定底質(zhì)、抑制沉積物再懸浮等方式直接控制Turb NonAlg［10］。采樣點(diǎn)5離岸邊較遠(yuǎn)，水更深，沉水植物生長(zhǎng)較為茂盛，在水體的清水穩(wěn)態(tài)維持方面起到了一定作用。

水體電導(dǎo)率由溶解在水體的離子濃度、種類和水溫等決定，受多種因素的綜合影響，是水質(zhì)分析中反映水體污染情況的一個(gè)重要指標(biāo)。由表1可知，2021年6月至2022年6月，金墅港水源地取水口附近水體電導(dǎo)率基本維持在360～480 μS/cm，平均值為421.1 μS/cm，表明多個(gè)月以來(lái)各采樣點(diǎn)水體中的離子含量變化相對(duì)穩(wěn)定。

3 結(jié)論

金墅港水源地取水口附近的水質(zhì)指標(biāo)pH值、NH3-N、BOD、DO等都能夠達(dá)到地表水Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，符合飲用水水源水質(zhì)要求。表明金墅港水源地在人為治理下，水質(zhì)有著較好的轉(zhuǎn)變。

各項(xiàng)指標(biāo)有著明顯的時(shí)間差異性。pH值在6—10月偏高，與水溫變化趨勢(shì)基本一致，與DO、濁度、BOD變化趨勢(shì)相反。DO指標(biāo)13個(gè)月中達(dá)到Ⅰ、Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比例為62%和38%。濁度質(zhì)量濃度范圍變化幅度最大，3月份渾濁程度達(dá)到最高，1月和11月次之。電導(dǎo)率指標(biāo)整體表現(xiàn)為夏季較高、秋季較低。各項(xiàng)指標(biāo)的變化均與水溫和降水有著聯(lián)系。