江苏省某城市河流自净状态研究

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摘要：以江苏省某城市河流为研究对象，用原位调查的方法对其自净状态进行了研究。研究发现，该河流超标最严重的指标是BOD5（9. 0～16. 2 mg/L）和氨氮（1.07～4.78 mg/L）。溶解氧、氮元素形态和有机物浓度等都能较好地指示河流的自净状态。在河流自净状态较健康的河段，河流溶解氧含量较高，处于好氧状态，氮元素形态以硝氮为主（60%），有机物含量相对较低；在河流自净状态较差的河段，河流溶解氧较低，进入厌氧状态，氮元素以氨氮为主（80%），有机物形成积累。所研究河流的自净状态并不稳定，尤其下游河段进入了厌氧状态，有发生黑臭的风险。该研究可为今后该河流的进一步治理提供科学依据。

关键词：城市河流；自净状态；修复；溶解氧

中图分类号：X523文献标识码：A文章编号：1674-9944（2015）12-0177-04

2实验方法

2.1采样方法

考虑采样代表性，兼顾采样可行性。采取在河流水力情况和水文条件改变的地方布点和沿程等距布点结合的方式布设采样点。2015年3月进行采样，采样点布置如下：①上游人工湖口前200m及湖口处布置两个采样点（1、2）；②湖面、湖改河道处共两个点（3、4）；③中游橡胶坝A前后共两个点（5、6）；④沿下游河段等距布三个点（7、8、9）；⑤下游橡胶坝B前后共两个点（10、11）。采样点分布图如图1所示。

3.2氮、磷等营养盐指标

河水中氮、磷等营养盐含量及其形态变化，也是评价河流自净状态的重要指标。水中的氮元素包括有机氮和无机氮。由于微生物的生物降解作用，一般来说，在天然水体中无机氮是氮元素的主要形态。而无机氮的形态包括氨氮、亚硝氮和硝氮，这些无机氮形态可以通过硝化作用和反硝化作用进行转化[12，13]。氨氮在好氧状态下，能够通过硝化反应逐步转化为亚硝氮和硝氮，因此氨氮不会在处于好氧状态下的河水中大量存

在，硝氮是好氧河流中的氮元素主要形态。但是氧化氨氮会消耗大量溶解氧，将1 mg氨氮转化为硝氮理论上需要消耗4.5 mg溶解氧，这会使河水逐渐进入厌氧状态。在厌氧状态下，厌氧微生物进行反硝化反应，氧化有机碳源以获得能量，硝氮在此过程中作为电子受体被还原为氮气，从而从水体中去除。因此，氨氮在厌氧条件下会形成积累，是氮元素的主要形态。也有人用无机氮在河水中的形态比例来表征河水的自净状态[14]。

图3为研究河流中氮元素沿河变化的情况。从图中可以看到，氮元素在上游来水浓度较高，总氮为5.52 mg/L，在进入人工湖前，经过了砂滤装置，因此氮元素水平有所下降，总氮浓度下至4.18 mg/L。但是在河流进入工业园区之后，总氮水平又逐渐升高，最高达到6.42 mg/L，超过上游水平。从氮元素的形态变化来看，氨氮浓度范围在1.07～4.78 mg/L，硝氮浓度范围在0.44～1.72 mg/L。在上游人工湖及中上游河段（3-6号采样点），氮元素主要形态为硝氮，硝氮占氨氮硝氮之和的比例范围为46%～61%，最高值出现在6号采样点；氨氮指标在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）规定的Ⅳ-Ⅴ类水之间。但是在河流中游进入工业园区之后，氨氮开始成为氮元素的主要形态，占氨氮硝氮之和的比例超过80%，相比硝氮只占10%左右；这说明在中下游厌氧河段，氨氮开始积累，而一部分硝氮由于反硝化作用得到了去除。这反映了中下游河段的水质开始逐渐恶化的情况。同时从中游开始，河水中氨氮指标已经劣于国标的Ⅴ类水限值2mg/L。这说明，该河流的污染在中下游河段最为突出，应该是河道治理的重点。

磷元素在河水中的浓度是磷元素输入和输出综合作用的结果，取决于外源输入量、水体溶解氧浓度、磷元素沉积和底泥释放等因素[15]。图4为研究河流总磷（TP）的沿程变化。从图中可以看到，该河流总磷浓度从上游至下游逐渐降低。但该河硫的总磷浓度总体仍高于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅴ类水限值0.4 mg/L，最低值为4号采样点的0.32 mg/L。这说明，研究河流有较高的富营养化风险，应该在河流治理中注意防范。该河流在上游湖人工湖之前河段，流经当地农村，有散落的农田和养殖业，一部分污染物可能通过地表径流进入河道，造成了上游来水总磷较高。之后由于人工湖段河面变宽及两道橡胶坝的作用，使得河水流速变缓，一部分磷可能沉积进入底泥，因此总磷浓度有沿河逐渐降低的趋势。

3.4河流景观指标

城市河流担负的一个重要功能是景观功能，因此在评价城市河流的状态时，往往也会关注其感官性水质指标的情况。表1列出了各采样点浊度、透明度和色度等感官指标的数值。从总体上来看，所研究河流的河水不够清澈，对水体的景观功能有一定影响，河水景观效果上游优于中下游。

该河流浊度相较于其他一些城市河流并不高，浊度呈现出从上游至下游逐渐降低的趋势，逐渐从16.7 NTU下降至3. 6 NTU，在汇入古运河前略有回升。由于河流经过人工改造拓宽，且有橡胶坝阻拦，河流流速在中下游逐渐变缓，一部分颗粒物沉积进入底泥，这可能是浊度有所下降的原因。河流的透明度在17.5～29.8 cm之间，属于透明度较低的情况。透明度较低影响水体景观效果，在治理工作中需要进行相关考虑。而色度指标则是在河流流经工业区的河段变差，这与该河段水质恶化的情况相符。

4结语

（1）溶解氧、氮元素形态和有机物浓度等指标可以指示所研究的城市河流的自净状态：溶解氧降低，河道进入厌氧状态；氮元素形态变为以氨氮为主；有机物浓度升高，生物快速利用物质如BOD5比例升高等现象，都说明河流的自净状态变差，需要引起重视。

（2）各个河流自净状态指示指标之间有着密切联系。氨氮氧化和有机物分解都需要消耗溶解氧，可以看到在河流上游溶解氧浓度较高，氮元素形态以硝氮为主，有机物浓度相对较低；在河流下游由于溶解氧消耗进入厌氧状态（DO

（3）作为研究对象的城市河流的自净状态并不稳定，在中下游河段形成了厌氧段，有机物和氨氮浓度较高，容易发生黑臭现象，影响河道生态环境。中下游河段应该是该城市河流治理的重点。从景观功能来看，该河流的河水不够清澈，透明度较低。

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