城市港渠富营养化评价及防治对策以武汉市沙湖港为例.docx
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城市港渠富营养化评价及防治对策以武汉市沙湖港为例
湖北省第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛
城市港渠富营养化评价及防治对策
——以武汉市沙湖港为例
学院：
资源环境学院
专业班级：
环境工程0601班
姓名：
胡志操
指导教师：
胡细全
目录
摘要I
AbstractII
引言1
1概况1
2水质监测2
2.1采样点布设2
2.2监测指标2
2.3水质评价3
3结果与分析3
3.1单项指标年度变化3
3.1.1水温变化曲线分析3
3.1.2pH值变化曲线分析4
3.1.3悬浮物变化曲线分析4
3.1.4氧化还原电位变化曲线分析5
3.1.5溶解氧变化曲线分析5
3.1.6硝酸盐氮变化曲线分析6
3.1.7氨氮变化曲线分析7
3.1.8总氮变化曲线分析8
3.1.9总磷变化曲线分析8
3.1.10高锰酸盐指数变化曲线分析9
3.2主要指标各水期变化9
3.3富营养化评价10
4污染原因11
4.1水源影响11
4.2建筑填占12
4.3生活污染12
4.4农业污染12
5防治对策13
5.1调整规划13
5.2生态修复13
5.3水源治理13
5.4生活污染治理14
5.5农业污染控制14
6结论15
参考文献16
致谢19
附录1说明20
附录2调研报告21
附录3问卷调查23
附录4水质监测数据表24
摘要
本文以武汉市沙湖港为例，通过2007年6月-2008年6月水质监测，探讨了沙湖港富营养化水平和防治对策。
结果表明：
沙湖港大多数时间DO在0-2.5mg/L范围内，为缺氧性环境。
除硝酸盐氮未超标，氨氮、总氮和总磷均超标。
根据地表水环境质量标准（GB3838-2002）中Ⅳ类标准，在各监测点的超标率，总磷均为100%，氨氮分别为86%、95%、100%、100%，总氮分别为90%、95%、95%、95%。
总磷平均浓度大于0.660mg/L，为极富营养状态；总氮平均浓度大于4.60mg/L，为极富营养状态。
丰水期流量大，氨氮、硝酸盐氮、总磷浓度低于枯水期和平水期。
汇入沙湖港的东湖港对氨氮、总磷贡献较大，氨氮浓度偏高，最高达18.30mg/L。
总氮是主要污染物，污染指数范围9.49-11.39。
氮是沙湖港水体富营养化的限制因素，建议重点控制氮的含量。
对污染原因进行分析，指出水源水质与水量、建筑填占、生活污染和农业污染是主要原因，并且从调整规划、生态修复、水源治理、生活污染治理和农业污染控制方面，提出了一系列的防治对策。
关键词：
城市港渠；沙湖港；富营养化；评价；防治对策
Abstract
AccordingtothewaterqualitymonitoringfromJune2007toJune2008,thispaper,takingShahuChannelforexample,discussestheeutrophicationlevelandpreventionstrategyofcitychannelinWuhan.Theresultsshowthat:
DOinShahuChannelisvariedfrom0to2.5mg/Linalmostallthetimeandcreatestheanoxicenvironment.NH3-N,TNandTPhaveexceededthestandardseriouslyexceptNO3--N.Thereareabout100%ofTPinallthesamplepoints,andabout86%,95%,100%,100%ofNH3-N,about90%,95%,95%,95%ofTNinvarioussamplepointsrespectivelywhichhaveexceedthevalueofEnvironmentalQualityStandardforSurfaceWater（GB3838-2002,GradeⅣ）.TheaverageconcentrationofTPishigherthan0.660mg/L,whichindicatethatthewaterishighlyeutrophicated;theaverageconcentrationofTNisalsohigherthan4.60mg/L,whichindicatethatthewaterishighlyeutrophicatedtoo.NH3-N,NO3--N,TPconcentrationinrainyseasonislowerthanthatindryseason.TNisthemainpollutant,thepollutionindexisaboutfrom9.49to11.39.TheconcentrationofNH3-NandTPinEastLakeChannelishigherthaninShahuChannel,andcontributetothepollutionofShahuChannel.TheconcentrationofNH3-NinEastLakeChannelishigher,andreaches18.30mg/L.NitrogenisthekeyfactorfortheeutrophicationintheShahuChannel，suggestingthatthekeystepofcontroltheeutrophicationofShahuChanneliscontrolthedischargeofnitrogen.Throughanalysisofthecausesofpollution,pointsoutthequalityandvolumeofwatersource,theconstructionfillsinoccupies,thedomesticpollutionandtheagriculturalpollutionarethemainreasons.Andfromtheadjustmentplan,theecologyrepair,thewatersourcemanagement,thelifepollutiontreatmentandtheagriculturecontaminationcontrolaspect,proposesaseriesofpreventioncountermeasure.
Keywords:
Citychannel;ShahuChannel;Eutrophication;Assessment;Preventionstrategy
引言
良好的城市生态是现代化城市的重要内容，因而许多大城市都对原有的港渠进行了疏通改造，使得无数“臭水沟”成为风景亮丽的景观水体[1]。
武汉，两江交汇，境内江河纵横、湖泊星布，大小河港350余条是连通武汉市的重要“血脉”。
近十多年来，随着经济飞速发展，主城区湖泊水体质量恶化，使武汉处于“优于水而忧于水”的尴尬境地。
从不同水体来看，港渠劣于湖泊，湖泊劣于河流[2]。
因此，改善港渠水质，营造人与自然和谐共处的生态环境，对提升城市生态功能，具有重要的现实意义。
本文以武汉市沙湖港为例，通过2007年6月-2008年6月水质监测，对营养状况进行了分析和评价，为沙湖港和武汉市其它城市港渠的合理整治提供有益的参考。
1概况
武汉市沙湖港兴建于1978年，是武汉众多港渠中的一个。
东北起友谊大道，西南至外沙湖，全长约9.45km，以罗家港为界分为南段和北段。
沙湖港过去生物组成多样化，营养结构多层次，具有自我维持和自我调节的功能特征。
随着城市的迅速发展，沙湖港水生植物匮乏，沿线植被遭到破坏，生态系统严重失衡。
因此，保护沙湖港水环境刻不容缓。
2水质监测
2.1采样点布设
图1沙湖港水质监测采样点布设
Fig.1LayoutofsamplingpointsforShahuChannelwaterqualitymonitoring
对沙湖港主要进水口、湖岔、出水口等位置进行水质监测。
共设四个监测点，1号“水云居”为沙湖港进水口；2号“徐东街”；3号位于汇入沙湖港的东湖港出水口；4号“杨家桥”为沙湖港出水口，距离东湖港出水口约15米。
水流自水云居流向杨家桥，与东湖港在杨家桥汇合，通过罗家港排入长江。
根据沙湖港的平均水深，在布设点水面下0.5m处设一个采样点。
监测时间为2007年6月-2008年6月，每两周监测一次。
2.2监测指标
水温和pH值：
HANNAHI98153型酸度计；SS：
PARTECH740型SS监测仪；ORP：
HANNAHI98120型袖珍氧化还原电位仪；DO：
HANNAHI9412测定仪。
NO3--N：
酚二磺酸分光光度法；NH3-N：
纳氏试剂分光光度法；TN：
过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；TP：
过硫酸钾氧化-钼锑抗分光光度法；CODMn:
酸性高锰酸钾法[3]。
测试中所用分光光度计均为北京瑞利分析仪器公司的UV-2100双光束紫外可见分光光度计。
2.3水质评价
在“武汉市地表水环境功能区类别”中，作为沙湖港水量来源的沙湖执行Ⅳ类环境质量标准类别，设定沙湖港也为Ⅳ类水域。
根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）[4]，采用单因子评价法进行水质现状评价，利用单项污染指数表示平均浓度与最高允许标准值的百分比，超标率表示超标次数与总次数的百分比。
根据评价指标参数，确定富营养化状态[5]。
3结果与分析
3.1单项指标年度变化
3.1.1水温变化曲线分析
图2水温变化曲线
Fig.2Watertemperaturechangecurve
水温密切关系到水的许多物理化学性质。
pH值、生物活动等都受水温变化的影响，水温的测量对水体自净具有重要意义。
地表水水温度随季节和气候变化较大，变化范围约为0-30℃。
监测中水温符合季节变化规律。
3.1.2pH值变化曲线分析
图3pH变化曲线
Fig.3pHchangecurve
天然水pH值范围在6-9。
四个监测点pH值变化趋势大致相同，范围6.5-7.3，其中，3号点pH值较高，4号点次之，1、2号较低。
3.1.3悬浮物变化曲线分析
图4SS变化曲线
Fig.4SSchangecurve
地表水中存在悬浮物，使水体浑浊，透明度降低，影响水生生物呼吸和代谢。
四个监测点的SS变化趋势大致相同。
2007年6月SS较低，然后迅速上升；2007年8月-2007年9月，SS较高，浓度范围200-500mg/L，主要原因是夏季雨量大，冲刷泥沙进入沙湖港所致；2008年1月-2008年6月，SS较低，浓度范围0-100mg/L。
3.1.4氧化还原电位变化曲线分析
氧化还原电位越正，表明溶解氧越大，氧化性环境；越负，表明严重缺氧，还原性环境。
图5ORP变化曲线
Fig.5ORPchangecurve
1、2号ORP变化趋势大致相同，范围在10-120mv，氧化性环境；3、4号ORP变化趋势也大致相同，大多数时间还原性环境。
对于3号，2007年8月-2008年4月绝大部分时间ORP为负值，其中2007年12月，ORP最低至-223mv，说明东湖港出水为还原性环境，与沙湖港出水混合进入罗家港后，ORP有所上升。
3.1.5溶解氧变化曲线分析
清洁地表水溶解氧接近饱和。
当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，含量降低，甚至趋于零，此时厌氧细菌繁殖活跃，水质恶化。
水中溶解氧低于3-4mg/L时，许多鱼类呼吸困难；继续减少，则会窒息死亡。
图6DO变化曲线
Fig.6DOindexchangecurve
除2008年3月DO大于4mg/L外，其余时间各监测点DO均低于4mg/L，大多数时间为0-2.5mg/L，表明水体主要为缺氧性环境。
这是由于大量受纳污水排入，水体中耗氧性物质增多，DO很低，易造成鱼类窒息死亡。
3.1.6硝酸盐氮变化曲线分析
硝酸盐氮是含氮有机物经无机化作用后的最终产物。
清洁地表水中硝酸盐氮含量较低，但受污染水体含量较高，农田排水常含大量硝酸盐氮。
图7NO3--N变化曲线
Fig.7NO3--Nchangecurve
2007年8月-2007年11月，1、2号硝酸盐氮浓度持续较高，浓度范围4-6mg/L，与沙湖污水处理厂改造前排放出的尾水中硝酸盐氮含量较高有关；2008年3月-2008年6月，1、2号稍有增加，变化不大；其余时间较低。
同时，4号与1、2号变化趋势相同，但幅度较小。
整个监测期间，东湖港出水硝酸盐氮浓度一直较低，浓度范围0.01-0.4mg/L。
3.1.7氨氮变化曲线分析
氨氮是在好氧或缺氧条件下，微生物分解含氮有机物的中间产物。
一般情况下，水中氨氮浓度增高时，提示水质近期可能受到有机物的污染。
氨氮含量较高时，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有不同程度的危害。
图8NH3-N变化曲线
Fig.8NH3-Nchangecurve
2007年8月-2007年11月和2008年1月-2008年4月，3号点氨氮浓度均高于其他点，最高达18.30mg/L，说明东湖港出水氨氮浓度偏高，来源于沿岸农田面源污染。
整个监测阶段，1、2号氨氮浓度始终相当，绝大部分时间低于3、4号；2007年12月-2008年5月，氨氮浓度持续偏高，约为6-10mg/L。
沙湖港氨氮主要来源于生活污水，以及农田排水等。
3.1.8总氮变化曲线分析
总氮是反映水体重要指标之一，是控制水体富营养化的特定项目。
大量生活污水、农田排水使水中有机氮和各种无机氮化物含量增加，生物大量繁殖，消耗水中溶解氧，使水体恶化。
图9TN变化曲线
Fig.9TNchangecurve
监测中，各点总氮浓度变化幅度较大，在1.5-20mg/L。
2007年11月-2008年3月，各监测点总氮较低，为1.5-7mg/L。
对于东湖港出水的总氮，2007年8月-2008年4月，均高于其他监测点；2007年6月-2007年8月，与其它监测点相当；2008年4月-2008年6月，低于其它监测点。
3.1.9总磷变化曲线分析
图10TP变化曲线
Fig.10TPchangecurve
水体中磷含量过高，会导致富营养化，使水质恶化。
水环境中的磷主要来源于化肥和生活污水。
相同日期时，3号点的总磷浓度普遍偏高，4号次之，1号和2号较低。
说明东湖港出水总磷浓度比沙湖港高。
除2008年4月19日1号点总磷浓度为0.086mg/L，小于0.4mg/L外，其余所有点均大于此值，为劣Ⅴ类。
2008年1月-2008年4月，3号点总磷浓度异常偏高，可能与东湖港两岸农田较多,春耕播种施肥有关，导致有大量含磷物质排入东湖港。
3.1.10高锰酸盐指数变化曲线分析
图11CODMn变化曲线
Fig.11CODMnchangecurve
高锰酸盐指数作为地表水受有机物和还原性无机物污染程度综合指标。
2008年4月-2008年6月，1、2号高锰酸盐指数变化趋势相反，3、4号变化趋势相同，所有点的浓度范围为8.5-15.5mg/L，为劣V类。
3.2主要指标各水期变化
将6月-9月定为丰水期，10月-12月定为平水期，1月-6月定为枯水期。
主要指标各水期变化，见表1。
表1主要指标各水期变化（单位：
mg/L）
Table.1Mainindexinvariouswaterperiods（unit:
mg/L）
指标
氨氮
硝酸盐氮
总氮
总磷
监测点
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
丰水期
2.39
3.48
8.40
8.37
2.50
2.72
0.06
0.45
9.33
9.93
12.53
11.89
0.96
1.11
1.43
1.36
平水期
5.12
5.40
9.17
9.35
3.27
2.94
0.09
1.25
8.69
7.27
11.46
10.45
1.37
1.44
1.82
1.60
枯水期
5.86
6.65
7.46
8.05
1.28
1.05
0.07
0.56
11.44
11.26
8.68
11.83
0.81
0.86
1.52
1.04
由表1，氨氮丰水期低于平水期和枯水期，3、4号高于1、2号；硝酸盐氮平水期高于丰水期和枯水期，1、2号远高于3、4号；总氮平水期低于丰水期和枯水期，各监测点浓度相当，变化范围不大；总磷平水期高于丰水期和枯水期，3号高于其它点。
总之，3号氨氮、总磷高于其它点，说明东湖港出水氨氮、总磷高于沙湖港出水，与东湖港沿岸农田较多，施用化肥较普遍有关。
丰水期氨氮、硝酸盐氮、总磷低于枯水期和平水期。
一般来讲，流量大可对污染物起到稀释作用，致使污染物浓度变小。
3.3富营养化评价
沙湖港主要指标统计分析，见表2。
在各监测点，总磷平均浓度都大于0.660mg/L，为极富营养状态；总氮平均浓度都大于4.60mg/L，为极富营养状态[5]。
沙湖港中的氮、磷污染十分严重。
单项污染指数：
总氮>氨氮>总磷>硝酸盐氮，因此，总氮是主要污染物，污染指数范围9.49-11.39。
各监测点除硝酸盐氮未超标，为Ⅰ类水质外，其余指标在各监测点均超标，为劣V类水质。
在各监测点的超标率，总磷均为100%，氨氮分别为86%、95%、100%、100%，总氮分别为90%、95%、95%、95%。
表2沙湖港主要指标统计分析
Table.5StatisticalanalysisofmainindexofShahuChannel
指标
氨氮
硝酸盐氮
总氮
总磷
监测点
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
平均浓度
（mg/L）
4.46
5.18
8.34
8.59
2.35
2.24
0.08
0.75
9.82
9.49
10.89
11.39
1.05
1.14
1.59
1.34
单项污染
指数
2.97
3.45
5.56
5.73
0.12
0.11
0.01
0.04
6.55
6.32
7.26
7.59
3.49
3.79
5.30
4.45
水质类别
劣V类
劣V类
劣V类
劣V类
Ⅰ类
Ⅰ类
Ⅰ类
Ⅰ类
劣V类
劣V类
劣V类
劣V类
劣V类
劣V类
劣V类
劣V类
超标率（%）
86
95
100
100
0
0
0
0
90
95
95
95
100
100
100
100
一般认为当氮磷比>10:
1时为磷限制，<10:
1时为氮限制[6]。
由表可知，绝大部分时间，氮磷比小于16，即氮成为沙湖港水体富营养化限制因素，磷未成为限制因子，说明沙湖港周边农业施用的磷肥随地表径流进入水体。
因此，在沙湖港治理过程中，建议重点控制氮的含量，进而可以控制住富营养化状态的加剧。
4污染原因
4.1水源影响
沙湖港水量主要来源于外沙湖，而外沙湖水质指标严重超标[7]。
据“2007年武汉市环境状况公报”，外沙湖水质为劣Ⅴ类，富营养状态。
同时，外沙湖出水设水闸，由于进入港渠的水流量不能满足冲淤，稀释污水以维持基本生态条件的要求，导致港渠生态基流量严重不足[8]。
外沙湖的水质、水量严重影响了沙湖港水环境。
4.2建筑填占
沙湖港作为城市重要基础设施，但两侧乱搭乱盖现象严重，仅排水功能被保留。
在友谊大道至和平港段部分，由于地势平坦，淤塞严重。
建筑填占不仅改变了局部水域形态，破坏水域景观和植被缓冲带，降低了调蓄功能，同时加速了淤积，恶化了水质。
建筑填占是影响沙湖港水环境的主要原因之一。
4.3生活污染
沙湖港处于武昌区中心地带，沿线的工厂并不多，主要以木材加工为主的私营企业。
武汉市主城现行排水体制主要为雨污合流制。
随着友谊大道周边地区的发展以及徐东商业中心的建立，居民生活污水量显著增加，而周边只有一个具有一级处理的二郎庙污水处理厂，并且配套管网建设相对滞后，生活污水大多未通过处理直接排入沙湖港。
生活污水是影响沙湖港水环境的最主要的原因。
4.4农业污染
近年来，农业生产的非点源污染已经成为水环境的主要污染源[9]，农药化肥的利用率低[10]。
沙湖港周边禽畜养殖以鸡、猪、鸭、鹅为主，养殖形式以散养为主。
沙湖港周边有一定规模的农田，农作物以蔬菜、棉花等为主，氮肥和磷肥、农药和除草剂的使用率非常之高。
对沙湖港水环境产生影响的农业退水来源主要是两岸农田，农业生产导致的地表径流是影响沙湖港水环境又一主要原因。
5防治对策
5.1调整规划
随着新的火车站“武汉站”的建设，依据《武汉市水环境保护与治理规划》、《武汉站周边用地规划》和《杨春湖城市副中心综合规划》，沙湖港作为农田灌溉渠道的功能将逐步取消，但作为城市排水功能和城市生态景观的功能将得到强化。
根据《武汉市水生态系统修复与保护规划》，2008年开始构造的“武昌大东湖水系”水生态修复工程，沙湖港规划为城市的生态廊道，同时也将作为引江入湖工程的重要引水渠道。
此外，从城市发展历史的角度来看，沙湖港的规划定位也是历史的渠道。
5.2生态修复
利用生态修复技术，逐步恢复沙湖港生态功能[11]，沿着沙湖港两边堤岸种植水生植物及陆生植物护坡，充分发挥堤岸生态系统的净化功能，以达到生态港渠的建设要求。
国内城市的港渠整治工程中，大量建设钢筋混凝土、块石等直立式护岸和混凝土块护坡，影响了港渠的生态特征和功能[12]。
对沙湖港来说，应重建和恢复原有的生态的系统，并保持其良性循环。
5.3水源治理
沙湖港要能满足城市排污的要求，需要有较稳定的水源补给。
适当放大外沙湖闸门，增加港渠流速，加快水交换，缩短水滞留时间，对港渠中营养物有一定稀释作用，也加大了排污量。
同时，控制外沙湖污染，适当调整养殖结构，以降低浮游藻类的数量，减轻富营养化程度。
5.4生活污染治理
沙湖港属于“六湖六渠”综合治理工程。
对周边生活垃圾、建筑垃圾作彻底处理，对沿岸农贸市场和餐饮业进行严格的管理。
在市政建设上，应加快污水处理厂配套管网的建设，尽量使污水集中到处理厂处理后排放，以减轻沙湖港污染。
5.5农业污染控制
加强对沙湖港周边农药和化肥使用量的控制，扩大有机肥的生产和使用，加强农业生态环境保护，发展节水型的生态农业。
沙
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